2.3.4　核反应堆运行

自从1942年第一座核反应堆运行开始至今，已有1 200多个研究、生产和动力核反应堆投入运行，包括用于舰船的大约200座核反应堆。核电厂是目前最为主要的核设施，核动力反应堆是人工放射性物质产生的主要场所。截至2019 年9 月，有大约450台核电机组正在运行，包括中国的47台机组，供应了全球约10%的电力。核动力反应堆类型主要有轻水反应堆（包括压水堆、沸水堆和石墨堆）、重水反应堆、高温气冷堆和中子增值堆。其中压水堆、沸水堆和重水堆是主要堆型。由于所有核电厂均具有很高的安全设计，在正常运行状况下事故概率很低。运行过程中燃料裂变产生的所有放射性裂变产物均密封在燃料元件中。另外由于其具有完善的多重安全屏障系统，即使个别燃料元件破损。导致燃料和裂变产物从元件中泄漏，其大部分也会保留在反应堆容器和封闭冷却系统内，除挥发性惰性气体核素（如85Kr、133Xe等）外，极少排放到环境中。核电厂运行中堆芯产生的大量中子也会与堆内材料以及空气中的元素的发生核反应，生成大量活化产物核素（如3H、14C、41Ar、60Co、58Co、55Fe、59Fe、54Mn、51Cr、63Ni等）。在正常运行条件下，这些活化产物核素除挥发性较高的惰性气体（41Ar）和3H、14C外，大部分滞留在堆内材料中，仅有微量进入反应堆循环水中的核素排出，但极为有限。

核电厂正常运行状况下仅有极小量放射性气体和液体废物排入环境，其中裂变产物核素主要是由于个别元件的破损或个别核素在元件包壳中渗透和扩散，或燃料元件表面和反应堆结构材料中的杂质铀的裂变所致。反应堆水循环过程中会溶解部分反应堆材料表面的放射性核素，其含量与反应堆类型和结构材料有关。虽然这些核素在反应堆水净化过程大部分会除掉，进入放射性树脂中处置，但也有少量会随液态排出物进入环境。核电厂排入大气的主要是惰性气体裂片核素（氪和氙等）、活化产物气体（14C和41Ar等）以及碘和氚。液态流出物主要为氚、碘、钴、铯等核素。表2-12列出了国际原子能机构汇总和归一化的全球不同类型核反应堆核电机组每生产1 GWa电能向环境排放的各种放射性核素量。可以看出核电厂放射性排放最高的为惰性气体，而且从1970年到1997年呈迅速下降的趋势；其次为氚，其气态排放量与液态排放量相当，且从1970年到1997年没有明显变化。14C 是另外一个大气排放的主要核素。虽然其排放量远低于惰性放射性气体和氚，但由于其长的半衰期和较高的β射线能量，其累计辐射当量剂量远高于其他核素，成为核电厂排放的放射性物质中有效辐射当量剂量影响最大的核素（表2-13）。

表2-12　全球不同类型核反应堆核电机组放射性核素环境排放量（1970—1997）[3]

注：PWR 为压水反应堆；BWR 为沸水反应堆；GCR 为高温气冷反应堆；HWR 为重水反应堆；LWGR 为轻水冷却石墨慢化反应堆。

表2-13　归一化的核电厂排放的放射性核素所导致的累计有效辐射当量剂量（1990—1994）[3]

注：FBR 为快中子增值反应堆。

中国规定所有核动力反应堆向环境释放的放射性物质对公众任何个人造成的有效当量剂量约束值为0.25 mSv/年。对于核电厂外围的公众，其实测人工辐射当量剂量远小于这一限制[10]。