民用核动力舰船辐射分区准则研究

(武汉第二船舶设计研究所，湖北武汉430064)摘 要：随着建设海洋强国战略方针的稳步推进，我国启动了多型民用核动力舰船的设计和建造。由于核动

力舰船搭载有核动力装置，需要进行合理的辐射分区以确保人员辐射安全。虽然陆上核电厂辐射分区有法规标准可 依，但是核动力舰船具有空间小、设备布置紧凑、辐射源项集中、工作人员需要长期生活和工作在舰船上等特点， 陆上核电厂的辐射分区准则并不完全适用于核动力舰船。本文基于核动力舰船的特点，结合陆上核电厂辐射分区准 则，提岀了生活场所、导岀空气剂量率等概念，研究并给岀了适用于民用核动力舰船的辐射分区准则。关键词：辐射分区；场剂量率；导出空气剂量率中图分类号：R144 文献标识码：A文章编号：1672 - 7649(2019)10 - 0089 - 06 doi： 10.3404/j.issn.l672 - 7649.2019.10.017Research on radiation zoning principle of civil nuclear power shipsLI Wen-bo, HE Li, WU Rong-jun, CHEN Yan, LI Xiao-ling, JIA Jing-xuan (Wuhan Second Ship Design and Research Institute, Wuhan 430064, China)Abstract: With the steady advancement of the strategic principle of building a strong ocean nation, China has initiated

the design and construction of several types of civil nuclear power ships. Since nuclear power ships are equipped with nucle­

ar reactors, reasonable radiation zoning is required to ensure the safety of personnel radiation. Although there are regulatory standards for the radiation zoning of land-based nuclear power plants, nuclear power ships have the characteristics of small

space, compact equipment layout, centralization of radiation sources, etc. The radiation zoning criteria for land-based micle・

ar power plants do not apply entirely to nuclear power ships. Based on the characteristics of nuclear power ships and the radi­ation zoning criteria of land-based nuclear power plants, this paper proposes concepts such as living area and derived air dose

rate, and studies and gives radiation zoning criteria applicable to civil nuclear power ships.Key words: radiation zoning ； field dose rate； derived air dose rateo引言制区和监督区边界，辐射分区应为核动力舰船总体布

随着建设海洋强国战略方针的稳步推进，我国启动

置、屏蔽设计和通风净化系统设计提供依据。虽然陆上核电厂辐射分区有法规标准可依，但是

了海洋核动力平台、核动力矿砂船等多型民用核动力舰 船的设计和建造。由于搭载核动力装置，核动力舰船应

核动力舰船具有空间小、设备布置紧凑、辐射源项集 中、工作人员需要长期生活和工作在舰船上等特点， 陆上核电厂的辐射分区准则并不完全适用于核动力舰

保证在所有运行状态下舰船内的辐射照射或由于任何计 划排放放射性物质引起的辐射照射保持低于规定限值并

且合理可行尽量低冋。基于ICRP第103号出版物《国 际放射防护委员会2007年建议书》（下文简称

ICRP103 ） , IAEA安全标准《国际辐射防护和辐射源

船。本文基于核动力舰船的特点，结合陆上核电厂辐 射分区准则，借鉴国内外辐射防护最新研究成果，提 出一个合理可行的民用核动力舰船辐射分区准则。1陆上核电厂辐射分区准则安全基本安全标准》（下文简称IAEAGSRPart3）,以 及国家标准《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》（下文简称GB18871 ）,为了便于辐射防护管理和职业 照射控制，核动力舰船应进行合理的辐射分区，指定控

收稿日期:2018 - 09 - 18世界各国的陆上核电厂辐射分区准则存在很大差 异，且一般仅给出推荐的辐射分区示例，允许不同核

作者简介：李文博（1985-）,男，高级工程师，研究方向为辐射防护与监测。•90-舰船科学技术表3 NB/T20185给出的辐射分区示例第41卷电厂采用不同的辐射分区。我国目前已经运行的核电 厂由于设计和管理理念不同，没有统一的辐射分区准

Tab. 3 Example of Radiation Zoning ofNB/T20185辐射工作场所监督区（白）常规工作区则，辐射分区不尽相同。本节给出并对比了4个陆上 核电厂辐射分区示例，以供核动力舰船辐射分区准则 设计借鉴。IAEA安全标准《核电厂辐射防护设计》（下文简称IAEA NS-G-1.13）给出的辐射分区示例如

场剂量率气载放射性/mSvlT】活度浓度W0.0025 可忽略

居留特征每季工作少于500 h表1所示，与我国现行标准差异较大。国家核安全导

（绿）间断工作区（黄1） 限定工作区

W0.01W0.1 DAC每周工作少于40h,年均 工作量大于10人•时凋每周工作少于4 h,年均 工作量小于10人•时/周管理进入，平均工作量小

于1人•时倜W0.1W1则《核电厂辐射防护设计征求意见稿》（下文简称

HAD102/12 ）给出的辐射分区示例如表2所示，主要

控制区高霜区W10DAC参考了核行业标准EJ/T270《核电厂运行辐射防护规

定》和《压水堆核电厂厂内辐射防护分区设计准则》（下文简称EJ/T316） o能源行业标准《压水堆核动力

厂厂内辐射分区设计准则》（下文简称NB/T20185） 是我国压水堆核电厂辐射分区的现行标准，替代了核

行业标准EJ/T316,其给出的辐射分区示例如表3所

示。大亚湾等核电厂实际采用的辐射分区主要基于法 国标准法规对核电厂辐射分区设计的要求，如表4所

示（法国标准法规还给出了弥散在空气中的放射性核 素的最大容许限值旳）。上述标准法规给出的陆上核电厂辐射分区示例的 共同点主要包括：1）都按照IAEAGSRPart3的要求划出了监督区和

控制区，并且将控制区划分为若干个子区。表1 IAEANS-G-1.13给出的辐射分区示例Tab. 1 Example of Radiation Zoning of IAEA NS-G-1.13剂量当量率/ySvhT区域-

居留特性平均值最大值0-1不限制I

15>10 h/wII10501-10 h/wm100500<1 h/wIV1 00010 0001-10 h/aV10 000-<1 h/a表2 HAD102/12给出的辐射分区示例Tab. 2 Example of Radiation Zoning of HAD 102/12区域有效剂量率上限4&屮居留特性0非限制区0.5-I

监督区2.5-II常规工作区7.5<2 000 h/ani间断工作区75<200 h/aIV限定工作区750-V特许工作区—-（橙1） W10

- 限制进入特高辐射区（橙2） W100 - 禁止进入极高辐射区（红）>100

-

禁止进入表4大亚湾等核电厂实际采用的辐射分区Tab. 4 Example of radiation zoning adopted by dayabay nuclear power plant区域名称 区域内的平均剂量率监督区个人年有效剂量<5 mSv绿区7.5 jiSv/h〜25 gSv/h

黄区25 jiSv/h 〜2 mSv/h控制区橙区2 mSv/h~ 100 mSv/h红区>100 mSv/h2） 监督区的个人年有效剂量上限一般为5mSvo3）

一般不考虑控制区和监督区以外的区域。不同点主要包括：1）

使用的量不同，IAEANS-G-1.13给出的是运行

实用量剂量当量率上限，其他则给出辐射防护量有效

剂量率上限。2） 对内照射的考虑不同，NB/T20185分别给出了

场剂量率（外照射）上限和气载放射性活度浓度（内 照射）上限，而其他分区准则给出的是有效剂量率（包括外照射和内照射）上限。3） 控制区的剂量约束不同，多采用职业照射年有

效剂量限值20 mSv,而HAD102/12则取用了 15 mSv。4） 各辐射分区剂量率上限和居留特性不同，尤其

是IAEANS-G-1.13与国内相关标准法规的差异很大。5）

控制区子区的数目不同，从4个到6个不等。2核动力舰船布置特点陆上核电厂反应堆功率大，系统复杂，辅助设施

多，设备尺寸大，占地面积广。核岛主要由反应堆厂

房（即安全壳）、核辅助厂房等构成，在高度方向上第41卷李文博，等：民用核动力舰船辐射分区准则研究•91 •被划分为多个平台，每个平台又划分为多个房间，安 和表面污染水平，其中表面污染的空间分布具有较大 不确定性，且比较容易去除，一般在核电厂运行后再

全壳内单个设备可占据多个房间。然而核动力舰船受总体空间限制，反应堆与蒸汽 发生器、主泵等一回路系统设备一般紧凑布置于安全

加以控制。核动力舰船辐射分区对表面污染水平的要 求可参照NB/T20185执行。3.3生活场所壳内，构成核动力舰船最主要的辐射源项。安全壳内 一般不设置实体屏障用于隔离各系统设备，其内部空

陆上核电厂工作人员虽然工作于厂内，却生活于

间可以视为一个整体。乏燃料水池、放射性废物存储

厂外，而核动力舰船常年停留在海洋上作业，工作人 员需要长期、不间断的工作、生活于舰船上，核动力

箱等辐射源项一般与安全壳共同布置于反应堆舱，正 常运行状态下核动力舰船所有放射性源项基本都包容

舰船从功能上可划分为生活场所（包括食堂、阅览室 在反应堆舱内部。海洋核动力舰船与陆上核电厂最大

的区别就在于其反应堆功率小，设备尺寸小，设备布

置紧凑且隔离程度低，放射性源项集中。另外，与陆 上核电厂不同，核动力舰船上的工作人员需要长期工 作生活在核动力舰船上。3民用核动力舰船辐射分区准则本节参考陆上核电厂辐射分区示例，借鉴辐射防 护最新研究成果，基于核动力舰船的特点，提出了一 个合理可行的民用核动力舰船辐射分区准则，如表5

所示。本节对其所采用的参数和假设，以及相关考虑

进行探讨和说明。表5民用核动力舰船辐射分区准则示例Tab. 5 Example of radiation zoning principle of nuclear power ship区域名称场剂量率导出空气剂量率........

<8)/gSv-h-1⑹ /gSv-h-1居留特征生活场所个人年有W4 000 h/a效剂量W可忽略非限制区lmSvW4 000 h/a监督区（白）W2.5可忽略W2 000 h/a常规工作工作场所区（绿）W7.5W0.75W2 000 h/a控制区限定工作lx （蒂、W75W7.5W200 h/a高辐射区（红）>75-禁止进入场剂量率定义为辐射源造成的外照射有效剂量率，通常可以用距离辐

射源或辐射贯穿位置任意表面30 cm处的剂量当量率代表；⑹导出空气

剂量率DADR= EjeQO^aypl.lmS/h,其中柯和e （50） j分别是气载

放射性核素j的活度浓度和参考待积有效剂量系数3\"。3.1工作人员滞留时间核动力舰船需要常年停留在海洋上作业，为确保

工作人员的身心健康，假定工作人员每年滞留在核动 力舰船上的时间小于4 000 h （约半年）,且每年在监

督区和控制区工作的时间小于2 000h （即每天工作时

间小于12h） □3.2表面污染辐射分区需要同时考虑贯穿辐射、空气污染水平

等）和工作场所。依据ICRP103对工作人员的定义

“任何专职、兼职或临时性受雇于雇主，并且清楚关 于职业放射防护的权利和义务的人员”，包括厨师、 阅览室管理员等在内的所有受雇于核动力舰船的人员

都是工作人员（相对于公众），其所受照射类型都属 于职业照射。虽然生活场所和工作场所更接近于功能 分区，但是从辐射分区角度划出生活场所更有利于引

导核动力舰船将生活场所布置在远离辐射源的区域，

有利于引导厨师等普通工作人员尽可能远离辐射源，

避免接受不必要的辐射照射，减小核动力舰船的集体 有效剂量。3.4非限制区GB18871在“辐射工作场所的分区”章节中规定

“应把辐射工作场所分为控制区和监督区，以便于辐 射防护管理和职业照射控制”，NB/T20185基于此要

求将工作场所划分为非辐射工作场所和辐射工作场

所，辐射工作场所又划分为控制区和监督区。然而， 将控制区和监督区外的所有其他区域定义为非辐射工

作场所不合适，因为该区域内来自核动力装置的辐射

照射虽然比较小，但并不是可以忽略不计的，尤其是

靠近监督区边界的区域。参照HAD102/12和EJ/T316, 核动力舰船沿用了与其设计要求相一致的命名，即非 限制区。另外，GB18871主要参考了 IAEA GSR

Part3,而IAEA GSR Part3的规定是应划出工作场所的

控制区和监督区，并没有认为其他区域为非辐射工作场 所，为了与国际标准保持一致，使用“非限制区”合理。

3.5外照射与内照射鉴于外照射和内照射的比例一般难以确定，而不

论剂量限值还是剂量约束都需要同时考虑内照射和外

照射，HAD102/12给出了同时包括内照射和外照射的 有效剂量率上限,而NB/T20185则分别给出了场剂量

率（外照射）上限和气载放射性活度浓度（内照射） 上限。辐射分区的功能是为核动力舰船的屏蔽设计和

通风净化系统设计提供依据，屏蔽设计的关注点是外 照射，而通风系统设计的关注点则是内照射。为屏蔽 和通风净化2个独立系统设置独立的剂量率上限能够

•92 -舰船科学技术3.8剂量约束与剂量限值第41卷在一定程度上便于辐射屏蔽和通风净化系统的设计和

考核。3.6场剂量率ICRP 103给出的年有效剂量限值是人相关的，而

辐射分区设计应采用源相关的剂量约束ICRP103

场剂量率定义为由辐射源造成的外照射有效剂量

建议计划照射情况下职业照射的剂量约束值应大于

1 mSv/a且小于20 mSv/a[6Io考虑到同一海域可能有多

率，通常可以用距离辐射源或辐射贯穿位置任意表面

30 cm处的剂量当量率代表。虽然辐射监测仪表显示的

艘核动力舰船共同作业，核动力舰船的剂量约束使用

T HAD102/12辐射分区示例推荐的15 mSv/ao测量结果多为剂量当量率（IAEANS-G-1.13使用剂量

当量率上限的原因），但考虑到不论是人相关的剂量

控制区的辐射水平最高，对人员有效剂量的贡献 最大，其剂量约束采用核动力舰船的剂量约束15 mSv/ao

限值还是源相关的剂量约束都是指有效剂量，而且辐 射屏蔽计算的结果也多为有效剂量率，所以将场剂量

率定义为外照射引起的有效剂量率更为合适。3.7导出空气剂量率目前国内外辐射分区准则主要采用导出空气浓度 的概念来限制空气污染程度。ICRP 1990年建议书定义

了放射性核素丿的年摄入量限值&Z与和导出空气浓度

DACj,其中如石是工作人员受放射性核素/照射所产

生的有效剂量等于剂量限值时放射性核素/的

活度摄入量，是导致一个&Z与时核素/在空气中 的活度浓度，其定义如下所示\"目：ALIj=Elimit,w

e(50)/ 'DACj1 =^^°2200其中e（50）/是核素丿所对应的参考待积有效剂量系

数B «71, 的推荐值是工作人员年有效剂量限值20 mSvo DAC,的定义假定了一年的工作时间为2 000 h,

按性别平均的呼吸率为1.1 m%T。DAC针对于单一核素，而辐射分区需要考虑所有

摄入放射性核素产生的总剂量，NB/T20185对常规工

作区气载放射性活度浓度a”的要求应解释为所有核素 满足％彘而不是单一核素丿满足彘:w

O.lo DAC不衣针对于单一核素，且依赖于剂量限宦和

工作时间（每个辐射分区并不相同），在辐射分区准

则中使用DAC具有一定局限性。ICRP现在已不再提

供ALI和DAC的值，而仅给出参考剂量转换系数

e（50）严。为此，核动力舰船辐射分区准则示例定义

了导出空气剂量率DADR,其定义为（其中1.1 m%\" 是按性别平均的呼吸率）：DADR = £ e（50）ravr l.lm3h_1oDADR与人员的工作时间无关，且考虑了所有放

射性核素产生的内照射剂量，与场剂量率相对应，更 适合于辐射分区准则使用。监督区的剂量约束是辐射防护最优化原则的应用，其 数值应介于非限制区和控制区的剂量约束，国内外相

关标准一般都采用5 mSv/a作为监督区的剂量上限，核

动力舰船监督区的剂量约束沿用了 5 mSv/a。考虑到公

众的个人年有效剂量限值为1 mSv,且1 mSv/a已小于 天然辐射剂量世界平均值2.4 mSv/a^ （我国平均值为

2.3 mSv/a㈣），非限制区的合理目标是保证该区域内

工作人员得到与公众同样水平的防护，采用1 mSv/a作 为非限制区剂量约束合理。剂量约束是进行防护最优化设计时预期剂量的上 限，核动力舰船最优化设计过程中应在可合理达到的 范围内尽量减小各辐射分区的辐射水平，降低核动力

舰船的集体有效剂量。3.9剂量率上限核动力舰船辐射分区的场剂量率上限由剂量约束 除以限定工作时间得到，而导出空气剂量率上限由相

应剂量约束的十分之一除以限定工作时间得到。虽然无法完全规避外照射，但是通过设置负压系

统及完善的通风净化设施，核动力舰船存在空气污染 的风险较小。依据辐射防护最优化原则，核动力舰船 运行状态下应尽量避免空气污染在一定区域内长期存

在，存在污染时应尽快采取措施予以去除。岭澳等国 内核电厂设计阶段要求必须尽一切努力来确保包括常

规工作区在内的大部分区域的空气污染可以忽略不

计。参照NB/T20185对气载放射性活度浓度的要求， 核动力舰船控制区的内照射年有效剂量上限取为剂量 约束的1/10 （ 1.5 mSv）,并且要求其他区域的空气污 染可以忽略不计。值得注意的是，对于控制区，当场剂量率和导出

空气剂量率都接近其限值时，工作人员所受到的个人 年有效剂量最大可达到16.5 mSv/a,虽然概率极小。虽 然大于核动力舰船的剂量约束15 mSv/a,但仍小于工

作人员年有效剂量限值20 mSv,所以合理。对于非限制区和生活场所，基于1 mSv/a剂量约束

以及4 000h年限定工作时间的场剂量率上限是0.25 pSv/h,

与世界平均天然辐射有效剂量率0.27 uSv/h^相当。该

第41卷李文博，等：民用核动力舰船辐射分区准则研究•93 •区域空间范围大，要求其内部所有位置（尤其是邻近 监督区位置）的场剂量率都处于如此低的水平不合

参考文献：[1 ] IAEA, Fundamental Safety Principles, IAEA Safety Standards

Series No. SF-1, 2006.适，所以核动力舰船辐射分区准则仅要求非限制区和 生活场所的个人年有效剂量小于1 mSvo3.10控制区子区数目[2 ] IAEA, Radiation Protection and Safety of Radiation Sources:

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[3 ] IAEA, Safety of Nuclear Power Plants: Design, IAEA Safety

Standards Series No. SSR-2/1, 2016.差别很大，控制区划分更细致。而核动力舰船主要放 射性源项都紧凑布置于安全壳和反应堆舱内，辐射源 集中且各辐射源之间基本没有实体屏障隔离，进行辐

[4]国家核安全导则，核电厂辐射防护设计,HAD 102/12, 1990.[5 ] ICRP, 1990 Recommendations of the International

Commission on Radiological Protection, ICRP Publication 60. Ann. ICRP 21(1-3), 1991.射分区时安全壳和反应堆舱都可视为一个整体，核动

[6 ] ICRP, The 2007 Recommendations of the International

Commission on Radiological Protection, ICRP Publication

力舰船控制区划分为3个子区即可。4 结语103. Ann. ICRP 37(2-4), 2007.[7 ] ICRP, Compendium of Dose Coefficients based on ICRP

Publication 60, ICRP Publication 119. Ann. ICRP 41(s), 2012.本文基于核动力舰船的特点，借鉴陆上核电厂辐 射分区要求，提岀了一个适合民用核动力舰船的辐射 分区准则。辐射分区准则设计中提出了生活场所、导 出空气剂量率等概念，辐射分区准则合理可行，可以

[8 ]国家标准，电离辐射防护与辐射源安全基本标准,GB 18871,

2002.[9 ] UNSCEAR, Exposures from Natural Radiation Sources,

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