国外辐射环境监测调研报告.docx
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国外辐射环境监测调研报告
国外辐射环境监测调研报告
苏州热工研究院有限公司
二○○九年十二月
此页空白
国外辐射环境监测调研报告
编制:
黄彦君
审核:
批准:
苏州热工研究院有限公司
二〇〇九年十二月
此页空白
摘要
本报告调研了国外核能发达国家的辐射环境监测现状,主要包括辐射环境监测系统的设置、研究进展、相关法规要求等。
涉及的国家主要是美国、西欧(英、法、德、瑞士、比利时、葡萄牙)、日本和韩国。
相关调研成果可为今后我院环境实验室监测工作的开展提供参考。
第1章引言
目前,我国电力建设进入了高速发展时期。
截止2007年底,全国发电装机容量达到71329万千瓦。
其中核电装机容量(907.8万千瓦)仅占全国电力总装机容量的1.27%,核电发电量(628.62亿千瓦时)占全部发电量的1.93%。
2007年10月,国务院批准的《核电中长期发展规划(2005-2020年)》中提出,到2020年核电运行装机容量争取达到4000万千瓦,以及在建核电容量保持1800万千瓦左右的规划目标。
实现这个规划目标,可以使我国核电装机容量占全国电力总装机容量的百分比提高到4%。
随着《核电中长期发展规划(2005-2020年)》的发布,我国的核电建设掀起了高潮。
目前,已经国家核准并开工建设的核电厂包括:
岭澳二期、辽宁红沿河、福建宁德、广东阳江、浙江方家山、福建福清等采用第二代改进型机组的核电厂。
此外,2007年,国家发改委做出采用第三代核电技术的部署,批准了三门核电厂(2×AP1000机组)、海阳核电厂(2×AP1000机组)和台山核电厂(2×EPR机组)项目的立项。
随着核电的快速发展,我国对辐射环境监测的要求也提高到一个新的层次。
按照我国相关标准和法规的要求,我国核电厂的辐射环境监测实行“双轨制”监测,即由环境保护管理部门和核电厂共同开展监测,监测结果相互对照。
根据我国核电的部署,我国已有近二十个省份正在积极推进核电的建设,正在建设的核电机组已超过了10台,并且百余个厂址正在开展核电建设的前期论证工作,这其中包括一些内陆省份启动的内陆厂址。
在此情况下,无论是对环保部门还是对核电企业,在人力资源、监测设施和技术水平上都面临着巨大的挑战。
根据核电发展的需要,近年来我国正逐步加强辐射环境监测领域的技术研究和基础建设,以适应即将到来的核电全面发展的局面。
环保部门对辐射环境的监管力度正逐步加大,对核电厂周围的辐射环境开展监督性监测将是今后工作的重点之一。
国家环保部还加快了辐射环境监测领域的能力建设,比如建设国家辐射环境监测国控网络,建立各省、市、自治区辐射环境监测机构,建立国家辐射环境监测的技术研究与支持中心等。
与此同时,开展辐射环境监测基础设施建设和技术研究也成为核电企业的环境管理的迫切任务。
其中,参考国外的经验,在中广核集团内部,还在考虑积极推进辐射环境监测的集约化管理,实现以“多项目、多基地”核电发展模式为基础的“中心实验室-前沿站”的环境监测与管理模式。
因此,考察国外辐射环境监测的相关法规和经验对具有重大的参考意义。
国外的辐射环境也是伴随着核电的发展而发展起来的,特别是在切尔诺贝利事故后,国外对辐射环境监测提高了重视程度,辐射环境监测关键技术的研究得以深入开展,无论是政府还是核电企业,每年都组织了大量的人员进行环境辐射监测工作,一些重要的辐射监测基础设施得以逐步完善,并形成了具有一定规模的辐射环境监测网络,可以随时了解境内的辐射环境状态,并通过数据交换平台了解其他国家的环境辐射水平,为环境质量评价和应急决策提供支持,为核能发展提供了保障。
本报告将对国外(主要是欧洲各国和美国、日本、韩国)的辐射环境监测的现状和研究进展进行调研,为今后我国辐射环境监测工作的开展提供参考借鉴。
第2章欧洲辐射环境监测数据交换系统
欧洲各国特别是北欧各国是切尔诺贝利核事故后受到影响的主要国家。
因此在该事故后,欧洲各国对辐射环境监测异常重视,随后各国辐射环境监测基础设施快速地建立起来并得到逐步的完善,各国均建立了以核事故早期预警为目的的辐射环境监测网络,这主要是指在线连续监测网络。
以此为基础,欧洲各国还建立了数据交换平台,各成员国可以快速地交换环境监测信息,成为核事故早期预警和辐射环境影响评价的重要工具。
2.1欧洲辐射环境监测数据交换系统
切尔诺贝利事故后,欧盟加强了核事故辐射监测数据交换平台和预警系统的建设,在欧洲各国辐射环境监测网络的基础上开发了欧洲委员会辐射紧急通知系统(ECURIE)和欧洲辐射环境实时监测数据交换平台(EURDEP)[1]。
EURDEP是由欧洲委员会下属联合研究中心(DG-JRC)和辐射防护组织(DGTRENH.4)年联合开发的,用于接收和发送欧洲各国(包括欧盟成员国和非欧盟成员国)辐射环境监测网络的数据,使得能够快速实时了解全欧洲的辐射环境信息,在核事故应急时发挥作用[2]。
截至2006年止,EURDEP共有30个成员国,这些成员国大部分是建有内陆核电厂的国家,包括无出海口的内陆国,如瑞士、捷克。
各国的监测数据均实时发送到EURDEP,正常运行时一般每小时或每天接收一个数据,在发生核事故时监测数据可以加快数据获取频率[3]。
EURDEP各成员国监测点(γ大气剂量率监测站)的数量和分布等内容见表1所列。
由表1可见,德国、比利时、荷兰、芬兰等国的监测站设置密度是很高的,每13~15km即有一个监测点。
EURDEP网络中心位于意大利Ispra市的欧洲委员会联合研究中心,除此之外,EURDEP还在德国Freiburg市设有镜像站点。
各成员国可以以Email或ftp的形式定期接收来自EURDEP的数据,并通过EURDEP图示界面了解欧洲各国得监测点的数据信息。
图1所示EURDEP成员国各监测点位分布图。
EURDEP可以与核事故应急大气扩散研究程序ENSEMBLE系统相结合研究核事故时放射性物质的大气迁移[4]。
图1EURDEP各成员国监测点位示意图
表1EURDEP各成员国监测点的数量和分布及正常获取数据的平均时间*
序号
国家
监测站数目
面积
(万km2)
平均距离(km)**
获取数据平均时间
1
奥地利
334
8.4
16
24h
2
比利时
130
3.1
15
1h
3
保加利亚
27
11.1
64
10min
4
克罗地亚
12
4.1
58
30min
5
捷克
54
7.9
38
1h
6
丹麦
10
35
187
1h
7
爱沙尼亚
10
4.5
67
1h
8
芬兰
256
4.5
13
1h
9
法国
168
50
55
10min
10
德国
2068
34
13
24h
11
英国
91
55
78
1h
12
希腊
24
24
100
1h
13
匈牙利
86
9.3
33
1h
14
冰岛
1
7
265
15min
15
爱尔兰
14
27.6
140
1h
16
意大利
38
30.1
89
1h
17
拉脱维亚
15
6.5
66
1h
18
立陶宛
11
0.26
15
1h
19
卢森堡
17
6.4
61
1h
20
荷兰
165
3.5
15
10min
21
挪威
43
32
86
10min
22
波兰
13
31
154
1h
23
葡萄牙
13
8.9
83
20min
24
罗马尼亚
37
24
81
24h
25
俄罗斯
294
380***
114
10min
26
斯洛伐克
23
4.9
46
1h
27
斯洛文尼亚
37
2
23
30min
28
西班牙
32
50.6
126
10min
29
瑞典
35
45
113
15min
30
瑞士
55
4.1
27
1h
总计
4113
注:
*2006年数据,取自文献[3];
**平均距离是指领土面积除以监测站数目得到的值开平方;
***指俄罗斯在欧洲部分的面积。
2.2法国的辐射环境监测
截至2006年底,法国共有19座商用核电厂,在役机组58个,总装机容量达到63.1GW。
法国对辐射环境监测非常重视,由于其核电厂分布全国,且大部分为滨河核电厂,目前已在全国范围内建立了大气、水以及其它介质的辐射环境监测系统。
法国的辐射环境监测系统主要包括环境γ剂量率监测网(TELERAY)、放射性监测站(OPERA)、河流自动取样监测网(HYDROTELERAY)、废水自动取样监测网(TELEHYDRO)、大气气溶胶连续监测网(SARA),以及核电厂设置的厂区及周围辐射环境监测网络。
(1)环境γ剂量率监测网
从1991年开始,法国核安全局(ASN)委托其技术支持机构——法国辐射防护研究所(OPRI,于2002年与法国核安全研究所(IPSN)合并组成法国核安全与辐射防护研究院(IRSN))建设覆盖全法的环境空气γ剂量率监测网(TELERAY),并配备监测通信与控制系统。
截至2007年止,IRSN已在全法建立了180个监测站,其中9个布置在Alps和Pyrenees等山脉的山顶,85个分布于法国下属各省,10位安装在巴黎市区和郊区,38个配置在核设施附近,14个位于大中城市的飞机场,此外还有22个位于海外省(DOM-TOMs)。
各监测站采用的探测器均为GM计数管,剂量率测量范围为10mGy/h~10Gy/h。
监测站所测数据发送到IRSN的网络中心(位于LeVésinet),并在网络公布[5],作为法国核能“透明”政策的内容之一,为公众提供全法范围内的环境辐射信息。
TELERAY同时也为EURDEP提供数据。
TELERAY是核应急决策的有利辅助工具,是核事故应急干预的主要依据之一。
图2所示为法国TELERAY网络监测点分布。
图2法国TELERAY监测网络布点图
(2)放射性监测站
除了TELERAY监测网外,IRSN还建设了37个放射性监测站(OPERA)。
OPERA始建于1959年,当时主要针对大气中气溶胶和雨水的放射性进行测量,以确定核设施运行对环境造成的影响。
随着法国核电的不断发展,OPERA监测范围逐渐扩大,目前可以对大气、土壤、生物、河流、海洋进行常规辐射环境监测。
OPERA的监测数据也在网站上公开发布,为公众提供透明数据[6]。
1)大气。
IRSN在全法共设9个大气监测站,对大气中的气溶胶与雨水进行取样分析,其中7个位于法国境内具有气候代表性的地点,另外2个作为参考监测站分别设于的位于西太平洋的法属玻利尼西亚首府Papeete和位于印度洋的海外省。
气溶胶取样周期为10天,每次取样体积为75000m3;雨水则采用1~5m2的雨水收集器按月收集。
样品收集后通过γ能谱仪测量放射性核素浓度,比较关注的核素包括天然放射性核素7Be、210Pb和人工放射性核素137Cs、134Cs、60Co和131I。
2)海洋。
IRSN设置了19个海洋监测站,分布于法国大西洋、地中海沿岸以及英吉利海峡沿岸。
其中地中海沿岸共设9个(其中一个位于Corsica岛南岸),大西洋沿岸共设3个,英吉利海峡沿岸共设7个。
监测站主要针对沿海具有较多核电厂和其他核设施进行设置的,同时作为对比还设置了若干参考点。
各监测站一般按月取样,包括海藻、贝类和与海底沉积物有接触的鱼类,每次取样数量为4kg。
3)陆地。
陆上OPERA监测站共7个站,主要分布于法国具有气候代表性的东南部和中部农业耕作区、畜牧区。
监测分析项目包括土壤、蔬菜、牧草、蘑菇、肉类、苔类植物、家畜饲料、奶类和干酪等。
除了蘑菇为按年取样外,其他项目均为按季度取样。
4)河流。
目前有两个针对河流的OPERA监测站,分别对法国的Seine河和Rhône河河口进行监测(分别位于Rouen市和Arles市,在Rhône河上游有4个核电厂)。
监测站采取连续取样的方法取样,取样体积约数百升/次。
采得的水样进行过滤处理后,分别测量滤渣和过滤水中的放射性。
河流监测站取样测量频次为15天。
最近IRSN拟这两条河上增设若干参考监测点。
图3所示为法国OPERA监测网络监测点分布图。
图3法国OPERA网络监测点分布示意图
(3)河流自动取样监测网
IRSN还建立了针对核电厂排放废液受纳河流进行监测的6个河流自动取样监测站,形成了HYDROTLELRAY网。
该监测网可以对主要河流河水进行在线γ谱分析,主要分析核素为131I、137Cs、60Co,以确定核设施运行对河水造成的放射性污染。
在线γ谱分析对这几个核素的探测限达0.5Bq/L。
当测量结果超过了预设限值测产生报警,并由相关实验室采样并进行详细分析。
(4)废水自动取样监测网
废水自动取样监测网主要是针对法国主要涉核实验室、涉核医院排放废水进行放射性监测,并配备报警系统,主要监测核核素包括99mTc、131I、137Cs等。
目前该网已建好的监测点有10个,并仍有数个点正在进行建设中。
(5)大气气溶胶连续监测网
大气气溶胶连续监测网(SARA网)也由IRSN负责进行建设,以实现对全法境内大气沉降灰(气溶胶)的连续监测。
该网目前已有13个测点,主要分析项目为α能谱(U、Pu、Cm等)、总α、总β(60Co、137Cs)以及Rn子体的浓度(212Po、214Po等),其分布点见图4所示。
各个测点均设置真空泵抽气取样,采用硅探测器进行连续测量。
正常工作时,监测点每小时测量一次,如果发现异常升高,则自动调整为10分钟或1分钟测量一次。
测量数据将实时发送到IRSN的数据中心,为应急决策提供支持[7]。
图4法国SARA监测网络监测点位分布图
(6)核设施的辐射环境监测
法国的核设施遍布全法境内,其中包括核电厂以及研究堆等。
法国所有商用核电厂均隶属于法国电力公司(EDF),它们均设置有辐射环境监测实验室,对各个核电厂周围5km范围内的空气、水(地下水、雨水、地表水和其它液态流出物的受纳水体)、动物、植物、牛奶、土壤等介质放射性进行监测。
ASN对法国各核电厂规定了须进行监测的项目(见表2),各个核电厂每月均在网上公布监测数据[8],并每年发表一次监测年报。
核电厂所采集的样品将有一部分送交IRSN进行监督性监测,测量的数据将接受公共权威机构特别是工业卫生部门的检查。
值得注意的是,法国EDF核电厂排放废液受纳水体的取样与监测存在差别,由于滨河厂址的特殊性,ASN规定必须在排放口上游和下游同时取样,对滨海厂址则规定在排放口取样。
法国原子能机构(CEA)是法国核能的主要研究组织之一,其下属的反应堆也须按ASN的要求进行环境监测。
具体监测项目见表3。
由于法国的研究堆均位于内陆地区,因而没有对滨海厂址排放废液受纳水体监测提出要求。
表2法国EDF核电厂环境监测项目[9]
监测介质
分析项目
地表空气
4个大气沉降灰取样站,每天测量总β,如果总β大于2mBq/m3,则进行γ能谱分析;
1个位于主导风向下风向的连续取样站,按周测量氚
雨水
1个位于主导风向下风向的取样站,按月取样,测量总β与氚
环境大气γ辐射
8个环境大气连续γ剂量率监测站(1km处4个,5km处4个);
10个累积剂量计(厂址边界),每月测读一次
植物
2个牧草取样点,按月监测总β、γ能谱,按季测量14C、C;
主要农产品,测量总β、γ能谱与14C
牛奶
2个取样点,每月测量去钾总β、K,每年测一次14C
排放废液受纳水体
对河岸核电厂,在每次排放时在排放口和河流上游取样;对滨海核电厂,在每次排放并充分稀释后在排放口取样,并对海水取样(双月),测量总β、K和氚;
每年对沉积物、水生动植物采样,测量γ能谱
地下水
5个取样点,按月取样监测总β、K与氚
土壤
每年取一次表层土,测量总β与γ能谱
表3法国CEA反应堆环境监测项目[9]
监测介质
分析项目
地表空气
4个大气沉降灰取样站,每天测量总β;
1个位于主导风向下风向的连续取样站,按周测量氚;
雨水
2个取样站(一个位于主导风向下风向),按周测量总β与氚
环境大气γ辐射
4个环境大气连续γ剂量率监测站;
10个累积剂量计(厂址边界),每月测读一次
植物
4个牧草取样点,按月监测总β、γ能谱;
主要农产品,按年测量总β、γ能谱
牛奶
1个取样点,每月测量去钾总β
排放废液受纳水体
按周取水样,测量总α、总β、K和氚;按年取底泥、水生动植物样,测量总α、总β、K与氚
地下水
设置5个取样点,按月测量总α、总β、K与氚
2.3德国的辐射环境监测
切尔诺贝利事故后,德国加强了对环境放射性的监测,将核设施以及常规辐射环境监测纳入监管范围。
德国对核设施的监测采用双轨制,即政府与电厂各自负责,其中作为政府部门负责的监测设施主要是核电厂远程监测系统(KFU)。
另一方面,德国还建立了综合测量与信息系统(IMIS),对德国全境的辐射环境进行日常监测。
(1)核电厂远程监测系统
德国的核电厂远程监测系统(KFU)是在1977年德国Gundremmingen核电厂事故后开始建立的[10],用于监测核电厂周围环境中的放射性水平,由联邦环境、自然保护与核能安全部(BMU)总体负责。
KFU系统对核电厂的环境监测采用分区布点法,即以反应堆为中心划分12个扇形区,并以2km,10km,25km为半径划分三个环形区间,共构成36个扇形区间。
KFU的测量项目包括惰性气体、气溶胶、以及空气中的碘;为了获取核电厂周围大气扩散的信息,KFU还配置了不同高度处的风速风向测量、雨量测量、大气稳定度测量等项目[11]。
这些测量数据可用于计算对公众造成的辐射剂量。
除此之外,KFU监测的数据还包括电厂运行时的参数,比如核电厂系统压力、温度和厂房的剂量率水平等。
KFU的监测与核电运营单位的监测互不重叠。
由于德国核电厂大部分为内陆厂址,因而KFU对滨海与内陆厂址的考虑是一致的。
(2)综合测量与信息系统
1986年,德国制定了《辐射防护法》(StrVG)。
该法规定联邦及各州具有进行辐射环境监测的义务。
在此基础上,于1993年建立了针对环境放射性监测的IMIS[12],以快速获取德国全国范围内的环境辐射状况。
IMIS是由联邦及各州政府控制的覆盖全国的辐射环境监测系统,其他机构也可共同参与。
其中联邦政府负责对空气、沉降灰、土壤、水和沉积物的监测,州政府负责可能进入食物链的介质的监测,包括食品、动物饲料、肥料、药剂、日用品。
IMIS各控制机构具体负责部门和分析项目情况见表4所列。
表4德国IMIS各控制机构情况
控制机构
分析项目
位置
联邦渔业研究所(BfF)
鱼、鱼产品、海洋植物
Hamburg
联邦海洋与水文办公室(BSH)
海水、海洋悬浮物和沉积物
Hamburg
联邦水文研究所(BfG)
地表水、陆水悬浮物和沉积物
Koblenz
联邦环保局(UBA)
网络
Langen
德国气象局(DWD)
空气、沉降灰
Offenbach
联邦食品研究所(BfE)
食品
Karlsruhe
联邦辐射防护办公室(BfS)
核电厂排放的废气
Munchen
联邦物理技术研究所(PTB)
放射性核数据
Braunschweig
联邦辐射防护办公室(BfS)
饮用水、地下水、废水、下水道污泥、NPP排放废水
Berlin
联邦辐射防护办公室(BfS)
监管采矿业放射性
Berlin
联邦牛奶研究所(BAfM)
牛奶、奶制品、化肥、动物饲料、植物和土壤
Kiel
IMIS在全德范围内设置的γ剂量率监测点共有2000多个(见图5所示),参与监测的实验室和机构达40多个,测量项目包括环境γ剂量率、大气、雨水和水体中的放射性核素浓度,所有的监测数据将被发送到位于Neuherberg的联邦辐射防护办公室(BfS)的数据中心,经过分析处理后送交BMU。
IMIS的监测数据也在网络上发布[12-13]。
从图5可以看到,德国γ剂量率监测网络的特点有两个:
一是密集;二是均匀。
反映了德国政府对辐射环境监测的重视以及对内陆地区(特别是内陆核电厂附近地区)的特殊关注。
值得注意的是,除了IMIS外,有些州政府还设置了自身的辐射环境在线监测系统,比如Bayern、Hessen、Hamburg等州,监测系统由各州指定的部门负责。
图5德国IMIS的γ剂量率在线监测网络分布图
(3)核电厂的辐射环境监测
目前,德国共有17个在役核电机组,其核电厂的辐射环境监测须在《核电厂辐射与排放物监测指令》(REI)指导下进行。
REI基于《原子能法》和《辐射防护法》制订,该指令规定:
对核电厂的环境采样与监测由核电厂运营单位和各州负责测量的机构(独立控制点)进行,采样与测量点不重叠。
德国核电厂周围的辐射环境监测模式见表5所列。
表5德国核电厂周围辐射环境监测模式
测量项目
控制点
空气
电厂,独立控制点
沉降灰
电厂,独立控制点
土壤和草根
电厂,独立控制点
植物、天然植被
电厂
饲料
独立控制点
涉及食物链的土壤
独立控制点
牛奶和奶制品
独立控制点
地表水
电厂,独立控制点
涉及食物链的水
独立控制点
地下水与饮用水
电厂,独立控制点
2.4英国的辐射环境监测
英国是一个岛国,其所有核电厂(9个核电厂)均为滨海核电厂。
虽然如此,英国对整个国土的辐射环境监测特别是内陆地区的辐射环境监测仍然是比较重视的。
切尔诺贝利事故后,英国地方政府建立了各种辐射环境监测联盟,以评估环境中的辐射水平。
这种联盟可以委托独立的监测机构进行监测,包括大学、医院的监测机构或商业实验室均可承担。
地方政府辐射环境监测联盟主要有北爱尔兰辐射环境监测组织(NIRMG)、南英格兰辐射环境监测组织(SERMG)、Lanchashire放射性监测组织(RADMIL)、西苏格兰辐射环境监测组织(WSERMS)等。
地方政府的监测形成了覆盖全英国的地方辐射环境监测网(LARNET),并最终为英国最高层次的辐射事故监测网(RIMNET)提供数据支持[14]。
除了政府部门组织的监测网络外,英国的核电厂运营单位也建立了辐射环境实验室,配备各种监测仪器,负责电厂周围15~40km范围内的辐射环境监测,在核事故应急时为RIMNET补充数据。
(1)辐射事故监测网
RIMNET由英国环境、食品农业部负责[15-16],截至2004年已有覆盖全英国的94个监测点(覆盖所有的郡县),用于空气环境γ剂量率水平以及气象数据的连续监测。
探测器采用GM计数管,量程为3mGy/h。
当空气γ剂量测量数据达到正常水平1.8倍时则产生报警,得到确认后相关点位的雨水收集器打开,收集可能受污染的雨水,并送有关实验室进行分析。
每个监测站均有备用电源,防止事故时电力丧失。
RIMNET在能源部设置了数据处理中心(CDF),每小时获取一次各监测站的数据。
在发生核事故时,可以每20min获取一次数据。
获取的数据在CDF进行分析,在核事故时为政府部门提供决策支持。
为了维护和贮存CDF的数据,DEFRA还在Poole市设置了备用CDF,对CDF的数据进行备份。
当发生核事故使得位于伦敦的CDF失效时,可以启用备用CDF。
RIMNET还可以接收来自其他监测组织的数据,包括核电厂、卫生与安全管理局认可的从事辐射环境监测的机构、LARNET成员等。
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