環(huán)境保護(hù)與綜合利用：核污染及防護(hù)

1、核污染及其防治 核污染的起因輻射的生物效應(yīng)及危害輻射防護(hù)技術(shù)方法放射性廢物處理技術(shù) 核污染主要指核物質(zhì)泄露后的遺留物對環(huán)境的破壞，包括核輻射、原子塵埃等本身引起的污染，還有這些物質(zhì)對環(huán)境的污染后帶來的次生污染，比如被核物質(zhì)污染的水源對人畜的傷害。核污染的起因核武器的實(shí)驗(yàn)和使用1945年7月15日凌晨5點(diǎn)30分，世界上第一顆原子彈在美國新墨西哥沙漠試驗(yàn)成功。核武器的實(shí)驗(yàn)和使用1945年8月6日和9日，美國分別在日本的廣島和長崎投下了原子彈。 核武器的實(shí)驗(yàn)和使用中國于1964年10月16日在新疆羅布泊核試驗(yàn)場進(jìn)行了首次原子彈試驗(yàn)，1966年12月28日進(jìn)行了首次氫彈原理試驗(yàn)。核武器的實(shí)驗(yàn)和使用朝鮮

2、核試驗(yàn)，始于2006年10月9日，地點(diǎn)分別位于咸鏡北道的三處核試驗(yàn)場。朝鮮核試驗(yàn)是對核不擴(kuò)散制度的公然挑戰(zhàn)，引起了國際社會的強(qiáng)烈譴責(zé)。2016年1月6日，朝鮮宣布第一枚氫彈成功試驗(yàn) 。核武器的實(shí)驗(yàn)和使用20世紀(jì)50年代，伊朗開始了核能源開發(fā)活動。伊朗核問題在2006年初成為美國和伊朗關(guān)系的核心問題，并成為美國伊朗戰(zhàn)爭的潛在導(dǎo)火線。核電站核物質(zhì)的泄漏1986年4月26日凌晨1時30分，在蘇聯(lián)白俄羅斯烏克蘭大森林地帶東部的切爾諾貝利核電站第4號機(jī)組發(fā)生的一次反應(yīng)堆堆心毀壞、部分廠房倒塌的災(zāi)難性事故。當(dāng)場造成31人死亡，大量強(qiáng)輻射物質(zhì)泄漏。俄羅斯大約4300個城鎮(zhèn)和村莊坐落在切爾諾貝利核電站事故后遭

3、受放射污染的區(qū)域。蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站事故蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站事故美國三里島核電站事故1979年3月28日凌晨4時，美國賓夕法尼亞州的三里島核電站第2組反應(yīng)堆的操作室里，紅燈閃亮，汽笛報(bào)警，渦輪機(jī)停轉(zhuǎn)，堆心壓力和溫度驟然升高， 2小時后，大量放射性物質(zhì)溢出。 日本福島核電站嚴(yán)重事故介紹日本核電概況：1966年，日本第一座核電站開始商運(yùn)。日本有17個核電站、共55臺機(jī)組，核電占發(fā)電比重30%，預(yù)計(jì)至2017年，將占到40%。一、日本核電現(xiàn)狀及福島核電站情況 日本核電站分布圖福島核電站：（目前世界最大核電站）由福島一站和福島二站組成，共10臺機(jī)組（一站6臺，二站4臺），均為沸水堆福島第一核電站廠區(qū)

4、布置圖一、日本核電現(xiàn)狀及福島核電站情況 二、福島核電站事故主要進(jìn)程 2011 年3月11日14時46分（北京時間13時46分）發(fā)生在日本本州東海岸附近海域的里氏9級地震歷史最大。 地震震中位于北緯38.1度，東經(jīng)142.6度，震源深度約20公里； 地震引發(fā)約14米高海嘯超過電站防波堤（約5.7米）。地震發(fā)生，控制棒插入堆芯，在運(yùn)機(jī)組自動緊急停堆，廠外電失去，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)自動啟動廠內(nèi)柴油機(jī)正常啟動對堆芯實(shí)施冷卻，約一小時后，地震驅(qū)動的海嘯淹沒了廠房，導(dǎo)致應(yīng)急柴油機(jī)、泵、閥門和其它設(shè)備不可用，最終導(dǎo)致超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)全廠斷電事故使得堆芯余熱不能及時導(dǎo)出，堆芯狀況逐步惡化，冷卻水蒸發(fā)導(dǎo)致燃料棒裸露燃料棒

5、高溫情況下與水蒸氣發(fā)生反應(yīng)（鋯水反應(yīng)），產(chǎn)生氫氣氫氣聚集，反應(yīng)堆廠房發(fā)生氫氣爆炸，建筑物受損衰變熱無法導(dǎo)出（衰變能約占裂變能的7），也使得燃料棒不斷升溫，裸露部分開始融化后續(xù)3、4號機(jī)的乏燃料水池也因?yàn)槭ダ鋮s，引發(fā)燃料融化風(fēng)險(xiǎn)事故過程二、福島核電站事故主要進(jìn)程 放射性蒸汽外泄堆芯裸露，包殼快速升溫鋯水反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣開閥泄壓，部分放射性外泄壓力容器嚴(yán)重超壓燃料棒裸露鋯水反應(yīng)，產(chǎn)生大量氫氣，這是后面發(fā)生爆炸的根本原因繼續(xù)升溫，冷卻水大量蒸發(fā)放射性蒸汽外泄21氫氣爆炸壓力容器泄壓，蒸汽通過泄壓水池釋放到反應(yīng)堆廠房中帶有大量氫氣的水蒸氣進(jìn)入到廠房中與氧氣混合，發(fā)生所謂“氫氣爆炸”反應(yīng)堆壓力容器安全殼

6、反應(yīng)堆廠房氫氣爆炸爆炸后，眾多猜測和誤解壓力容器內(nèi)爆炸？安全殼內(nèi)爆炸？非也！安全殼外廠房爆炸氫氣爆炸爆炸后，反應(yīng)堆廠房房頂被掀開，只剩下鋼架。通過爆炸后的輻射劑量大小可以預(yù)測：壓力容器和安全殼總體上完整。盡管發(fā)生爆炸，但是后果沒有那么嚴(yán)重！爆炸前爆炸后與三里島（TMI）核電事故比較福島核電站事故比TMI核電事故嚴(yán)重！三里島核電廠安全殼在事故中保持完整日本福島核電站安全殼在氫氣爆炸后出現(xiàn)裂痕VS反射性物質(zhì)被包容在安全殼內(nèi)，對環(huán)境影響甚微放射性物質(zhì)已經(jīng)泄露到環(huán)境中去VS三里島核電廠應(yīng)急給水系統(tǒng)正常開啟，且持續(xù)向堆芯注入冷卻劑日本福島核電站應(yīng)急給水系統(tǒng)被海嘯摧毀，堆芯冷卻被迫暫時中止VS與切爾諾貝利

7、（Chernobyl）核電事故比較福島核電站不會重演切爾諾貝利悲??！切爾諾貝利核電站為壓力管式石墨慢化沸水反應(yīng)堆反應(yīng)堆系統(tǒng)試驗(yàn)過程中發(fā)生功率瞬變引起的瞬發(fā)臨界而造成的嚴(yán)重事故切爾諾貝利反應(yīng)堆設(shè)計(jì)具有缺陷：正的空泡系數(shù)；無反應(yīng)堆壓力容器日本福島核電站為輕水慢化冷卻反應(yīng)堆地震時，日本福島核電站的反應(yīng)堆已及時自動關(guān)閉，因此不會發(fā)生瞬發(fā)臨界日本福島核電站具有放置反應(yīng)堆的15cm厚的不銹鋼壓力容器，冷卻劑為負(fù)反饋系數(shù)VSVSVS福島我國地震地震帶地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定海嘯發(fā)生基本不具備發(fā)生條件技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)60年代90年代安全殼承壓能力較弱較強(qiáng)安全殼消氫無能動+非能動全廠斷電汽動泵汽動泵+非能動系統(tǒng)嚴(yán)重事故管理導(dǎo)則無已

8、有并全面推廣三、經(jīng)驗(yàn)反饋、改進(jìn)及啟發(fā) 無論對二代還是三代核電站、壓水堆還是沸水堆，福島核電站嚴(yán)重事故均給我們很多改進(jìn)啟示：1.廠址抗震能力廠址選擇2.廠址防海嘯、洪水能力設(shè)計(jì)考慮和現(xiàn)行改進(jìn)3.預(yù)防嚴(yán)重事故發(fā)生應(yīng)急電源、應(yīng)急水源4.嚴(yán)重事故緩解氫氣復(fù)合器、過濾排放、SAMG5.應(yīng)急響應(yīng)能力公眾撤離6.事故后續(xù)處理、放射性物質(zhì)處理設(shè)備、技術(shù)三、經(jīng)驗(yàn)反饋、改進(jìn)及啟發(fā) 2004年7月12目唐山市發(fā)生工業(yè)探傷機(jī)放射源“Se-75”(100居里)遺失,導(dǎo)致數(shù)十名工地工作人員受到不同程度輻射事故,其中4人傷情相對嚴(yán)重。事故經(jīng)過:2004年7月12日凌晨3點(diǎn)鐘,唐山市熱電廠工程工地上,工作人員正在用“工業(yè)探傷

9、機(jī)”,對電焊焊接的鋼板進(jìn)行工業(yè)探傷拍片檢查,工作中不慎將探傷機(jī)中的放射源遺失在現(xiàn)場，上午上班后，被值班領(lǐng)導(dǎo)撿到，裝入上衣口袋，后又裝入褲子口袋，且直到中午與工人一起吃晚飯后，在從口袋中掏出放入辦公室抽屜中，造成較大輻射損傷。工業(yè)和醫(yī)療上的核物質(zhì)丟失2014年5月7日，發(fā)生在南京的一起因天津宏迪檢測公司4名工作人員在放射源操作和保管過程中違反相關(guān)規(guī)定，導(dǎo)致放射源銥-192丟失的事件。工業(yè)和醫(yī)療上的核物質(zhì)丟失核廢料的不當(dāng)處理烏克蘭的核廢料污染2. 輻射的生物效應(yīng)及其危害32生物效應(yīng)作用途徑原發(fā)作用繼發(fā)作用射線的能量或粒子直接引起生物分子的電離、激發(fā)和斷裂，造成生物組織結(jié)構(gòu)和功能的損傷（早期發(fā)生）射

10、線直接作用下產(chǎn)生的自由基（主要是水自由基），對生物分子的損傷作用（代謝、功能、結(jié)構(gòu)）33（一）輻射的生物效應(yīng) 輻射生物反應(yīng)的演變過程輻射與人體相互作用會導(dǎo)致某些特有生物效應(yīng)其性質(zhì)和程度主要取決于人體組織吸收的輻射能量，演變過程如圖所示。輻射損傷示意圖主要作用位點(diǎn)： DNA生物效應(yīng) 軀體效應(yīng) 遺傳效應(yīng) 2.輻射的生物效應(yīng) 輻照對受照者本身的有害效應(yīng)；是由于人體普通細(xì)胞受損引起的；只影響到受照者個人本身。輻射引起人體細(xì)胞內(nèi)的基因突變；是生殖細(xì)胞受損傷引起的有害效應(yīng)；影響到受照者后代的身體缺陷。（二）輻射對人體的危害 1.急性放射病 由大劑量急性照射引起，多為意外核事故、 核戰(zhàn)爭造成。全身性輻射損傷

11、局部性輻射損傷按射線的作用范圍，短期大劑量外照射引起 的輻射損傷可分成2.遠(yuǎn)期影響 主要是慢性放射病和長期小劑量照射對人體 健康的影響，多屬于隨機(jī)效應(yīng)。 慢性放射病是由于多次照射、長期累積的結(jié)果。危害取決于受輻射時間和輻射量輻射劑量與機(jī)體反應(yīng)3.輻射防護(hù)技術(shù)方法分類 內(nèi)照射呼吸道吸入消化道吸入皮膚沾染射線照射人體途徑 外照射接觸放射源內(nèi)照射防護(hù) 避免食入 減少吸收 增加排泄 清除污染 指定區(qū)域操作 避免環(huán)境及操作場所污染 定期檢查與監(jiān)測 嚴(yán)格存放放射性藥品及其他放射源預(yù) 防 措 施時間防護(hù) 距離防護(hù) 屏蔽防護(hù)外照射防護(hù)措施輻射防護(hù)原則時間Dose rate x Time = Dose劑量率x時

12、間=劑量在放射區(qū)域里的時間越短接受的劑量越小輻射防護(hù)原則 距離離放射源盡可能遠(yuǎn)劑量和距離平方成反比A1D2D1A2_=2A1 = Dose rate at distance D1A2 = Dose rate at distance D2 輻射防護(hù)原則屏蔽輻射防護(hù)一般措施輻射類型措 施說 明外照射的防護(hù)距離防護(hù) 其他條件不變時，操作人員所受劑量的大小與距放射源距離的平方成反比，故實(shí)際操作應(yīng)盡量遠(yuǎn)離放射源時間防護(hù) 其他條件不變時，操作人員所受劑量的大小與操作時間成正比。故工作人員須熟悉操作，盡量縮短操作時間，從而減少所受輻射劑量屏蔽防護(hù) 是射線防護(hù)的主要方法，依射線的穿透性采取相應(yīng)的屏蔽措施。對射

13、線，戴上手套，穿好鞋襪，不讓放射性物質(zhì)直接接觸到皮膚即可；對射線，用一定厚度（一般幾毫米）的鋁板，有機(jī)玻璃等輕質(zhì)材料即可完全屏蔽；具強(qiáng)穿透力的射線是屏蔽防護(hù)的主要對象內(nèi)照射的防護(hù)防止呼吸道吸收 氣體放射性核素如氡(Rn)，氚（3H）等可由呼吸道進(jìn)入人體而被吸收，吸收率的大小與放射性核素的溶解度成正比防止胃腸道吸收 被放射性核素沾污的食物、水等，經(jīng)口由胃腸道進(jìn)入人體，吸收率的大小取決于放射性核素的化學(xué)特性，堿族（如24Na、137Cs）鹵素（如18F、36Cl、131I）的吸收率高達(dá)100%，稀土和重金屬元素的吸收率最低，為0.001%0.01%防止由傷口吸收 某些放射性核素如Rn、3H、131

14、I、90Sr（液體）可透過完整皮膚進(jìn)入人體，吸收率隨時間增長緩慢，當(dāng)皮膚上有傷口時，吸收率就增加幾十倍以上，并使傷口沾污形成難以愈合的放射性輻射防護(hù)一般措施4.放射性廢物處理技術(shù) 放射性廢物：含放射性核素或被之污染，其 濃度或比活度大于規(guī)定的清潔解控水平，預(yù)期不會再被利用的廢棄物。處理基本途徑濃縮及固化處理與環(huán)境隔絕長期安全存放凈化后有控制排放去污后再循環(huán)利用 IAEA放射性廢物管理基本原則 （三）放射性廢物的處理原則 No.基本原則說 明1保護(hù)人類健康必須確保對人類健康的影響達(dá)到可接受水平2保護(hù)環(huán)境必須確保對環(huán)境的影響達(dá)到可接受的水平3超越國界的保護(hù)考慮超越國界的人員健康和環(huán)境的可能影響4保

15、護(hù)后代必須保證對后代預(yù)期的健康影響不大于當(dāng)今可接受的水平5給后代的負(fù)擔(dān)放射性廢物管理必須保證不給后代造成不適當(dāng)?shù)呢?fù)擔(dān)6國家法律框架必須在適當(dāng)?shù)膰曳煽蚣軆?nèi)進(jìn)行，明確劃分責(zé)任和規(guī)定獨(dú)立的審管職能7控制放射性廢物產(chǎn)生放射性廢物的產(chǎn)生必須盡可能最少化8放射性廢物產(chǎn)生和管理間的相依性必須適當(dāng)考慮放射性廢物產(chǎn)生和管理的各階段間的相互依賴關(guān)系9設(shè)施安全必須保證放射性廢物管理設(shè)施使用壽期內(nèi)的安全我國放射性廢物管理40字方針 （三）放射性廢物的處理原則 減少產(chǎn)生、分類收集、凈化濃縮、減容固化、嚴(yán)格包裝、安全運(yùn)輸、就地暫存、集中處置、控制排放、加強(qiáng)監(jiān)測。 依據(jù)IAEA的基本原則制定 二、放射性廢液處理技術(shù) 三

16、、放射性廢氣處理技術(shù) 一、放射性固體廢物處理技術(shù) 一、放射性固體廢物處理技術(shù) 放射性固體廢物 濕固體 干固體 蒸發(fā)殘?jiān)⒊恋砟酀{、廢樹脂等焚燒爐灰、污染用品、工具、設(shè)備、廢過濾器芯、活性炭等（一）固化技術(shù) （二）減容技術(shù) 一、放射性固體廢物處理技術(shù) （一）固化技術(shù) 固化對象：彌散性物質(zhì) 放射性廢液處理產(chǎn)生的泥漿、蒸發(fā)殘?jiān)蛷U樹脂等濕固體；焚燒爐灰等干固體固化：在放射性廢物中添加固化劑，使 其轉(zhuǎn)變?yōu)椴灰紫颦h(huán)境擴(kuò)散的固體的過程。 理想的廢物固化體主要特性指標(biāo) （1）低浸出率浸出率：確定固化產(chǎn)品中放射性核素在水或其他溶液中析出情況的指標(biāo)。低浸出率：使放射性污染的擴(kuò)散減至最小，固化體可長時間存放在地下

17、處置庫或水中。 （2）高熱導(dǎo)率使固化體因內(nèi)部溫度過高而損壞的可能性減至最?。蝗菰S固化高濃度的放射性廢物，又不致產(chǎn)生過高的內(nèi)部溫度。（3）高耐輻射性保證固化體不致由于放射性廢物產(chǎn)生的輻射而損壞。（4）高生化穩(wěn)定性和耐腐蝕性 保證固化體不致由于周圍環(huán)境介質(zhì)的腐蝕或本身所含有的化學(xué)物質(zhì)的腐蝕而損壞。 （5）高機(jī)械強(qiáng)度保證固化體在裝卸、運(yùn)輸、處置期間的結(jié)構(gòu)完整性，而不致出現(xiàn)破裂或粉碎。（6）高減容比最終固化物體積應(yīng)小于摻入的廢物體積減容比的大小取決于能嵌入固體中的廢物和可以接受的水平是鑒別固化方法和衡量最終處置成本的一項(xiàng)重要指標(biāo)。 1.固化的一般要求 2.常用固化方法 項(xiàng)目水泥固化瀝青固化塑料固化玻璃

18、固化陶瓷固化干廢物包容量/%(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))5403060306010301530密度/（ gcm-3 ）1.52.51.11.91.11.52.53.02.53.0浸出率/(gcm-2d-1)10-4 10-110-5 10-310-610-310-710-410-810-5抗壓強(qiáng)度/MPa1030塑性20100(或塑性)脆性高耐輻照/Gy約108約107約107約109約109投資低中中高高操作和維修簡單中等中等復(fù)雜復(fù)雜適用性低、中放廢物低、中放廢物低、中放廢物高放、廢物高放、廢物應(yīng)用狀況工業(yè)規(guī)模工業(yè)規(guī)模工業(yè)應(yīng)用工業(yè)應(yīng)用研究開發(fā)常用固化方法（二）減容技術(shù) 目的：減少體積，降低廢物包裝、貯存、

19、運(yùn)輸和處置的費(fèi)用。 1.壓縮 2.焚燒 原理依靠機(jī)械力作用，使廢物密實(shí)化，減少體積。 1.壓縮 優(yōu)點(diǎn)操作簡單，設(shè)備投資和運(yùn)行成本低；在核電廠應(yīng)用相當(dāng)普遍。缺點(diǎn)減容倍數(shù)比較低(210) 。原理將可燃性廢物氧化處理成灰燼(或殘?jiān)?。優(yōu)點(diǎn)減容比大(10100倍);可使廢物向無機(jī)化轉(zhuǎn)變，免除熱分解、腐爛、發(fā)酵和著火等危險(xiǎn);可回收钚、鈾等有用物質(zhì)。 2.焚燒 對放射性廢物焚燒，要求：采用專門設(shè)計(jì)的焚燒爐；爐內(nèi)維持一定負(fù)壓；配置完善的排氣凈化系統(tǒng)；焚燒灰渣應(yīng)進(jìn)行固化處理或直接裝入高度整體性容器中進(jìn)行處置。注意二、放射性廢液處理技術(shù) 放射性廢液處理技術(shù) 低、中放廢液 高放廢液 絮凝沉淀、蒸發(fā)、離子交換（或吸附）和膜技術(shù)(