第二章 核能和核技术应用考试要求1. 熟悉辐射源的种类（宇宙射线，天然放射性同位素，用于医学、学业、工业、食品加工等的放射源，密封型和非密封型源，辐射产生器/设施，核动力厂和其他反应堆以及其他核燃料循环设施等）；2. 了解放射性同位素的基本特征；3. 了解反应堆和加速器生产同位素的基本知识；4. 了解放射性同位素在医学、农业、工业、食品加工等行业的应用；5. 熟悉放射性同位素在医学、农业、工业、食品加工等行业的应用中的辐射安全问题；6. 了解辐射产生器/设施的应用；7. 熟悉辐射产生器/设施在应用中的核与辐射安全问题；8. 了解与核燃料循环设施（包括铀钍及伴生放射性矿勘探、开采与加工，富集铀的生产，燃料元件制造，核动力厂和其他反应堆、乏燃料后处理以及放射性物质运输、放射性废物管理等）有关的基本知识；9. 熟悉核燃料循环设施（包括铀钍及伴生放射性矿勘探、开采与加工，富集铀的生产，燃料元件制造，核动力厂和其他反应堆、乏燃料后处理以及放射性物质运输、放射性废物管理等）在选址、设计、建造、运行、退役等阶段核与辐射安全方面的主要问题；思考题1. 试述天然辐射源和人工辐射源的来源；2. 非密封源工作场所是如何分级的？3. 反应堆和加速器生产放射性同位素的基本原理；4. 工业上是如何利用核仪表进行检测、控制、计量和分析的？5. 放射性同位素和射线装置在医学上有哪些主要应用？6. 放射性同位素应用中有哪些主要的辐射安全问题？7. 工业辐照加速器和辐照装置的区别和各自的优缺点。8. 电子直线加速器可能产生的污染源项和防护措施。9. 如何对中子发生器产生的氚污染进行防护？10. 按照对乏燃料管理策略的不同，核燃料循环有哪两大技术路线？11. UF4和UF6干法生产的工艺过程及其主反应设备是什么？生产过程中可能逸出哪些有毒、有害气体？如何预防？12. 什么是乏燃料？它有哪些特性？乏燃料后处理的目的是什么？13. 在乏燃料运输容器的研制过程中，按规定容器要经受哪些事故条件下的试验？14. 在乏燃料后处理过程中，要考虑哪些核安全问题？15. 什么是核临界条件？有效增殖因子(keff)的值与核临界有何关系？实施核临界控制的技术手段有哪些？16. 核动力厂厂址所在区域内可能发生的外部自然事件或人为事件对核动力厂有什么影响？17. 核动力厂的厂址特征对厂址所在区域有什么影响？18. 控制棒落棒时间超过设计限值或卡棒的原因和后果是什么？19. 全厂断电下失去反应堆冷却剂泵密封注水的后果是什么？20. 什么是核动力厂的最终热阱？失去最终热阱将会产生什么后果？21. 核动力厂设备制造中的主要问题有哪些？22. 什么是半回路运行工况？在半回路运行工况下要注意什么？23. 核动力厂运行中出现异物的原因，它对核动力厂运行有什么危害？24. 核动力厂在退役阶段的主要核与辐射安全问题是什么？25. 核动力厂以外的其他反应堆有哪些特殊的核与辐射安全问题？本章小结：l 辐射源按其产生来源分为天然辐射源和人工辐射源；其中天然辐射对人类的照射占总剂量的90%以上；其次是医学辐射，约占总剂量的4%；l 目前广泛应用的各种放射性同位素基本上都是由反应堆和加速器生产的，其基本原理是由反应堆产生的中子和由加速器产生的带电粒子和靶材料相互作用，通过(n,f)、(p,n)、(d,n)等各种核反应行到所需要的放射性同位素；l 放射性同位素和射线装置在国民经济各个领域的应用越来越广泛：n 在医学上用于临床诊断和治疗，包括放射性药物影像诊断和X射线放射诊断，放射源近距离治疗、远距离治疗和电子加速器放射治疗；n 在工业上利用射线与物质相互作用的各种效应制成了用于检测、控制、计量、分析用的各种核仪表和X射线工业CT、加速器工业CT；n 在农业和食品加工上最主要的应用是利用放射源和射线装置产生的射线进行辐射育种、消毒杀菌，达到改良品种、提高产量、辐照保鲜、延长食用期的目的；l 在放射性同位素和射线装置应用中，必须遵循辐射防护“三原则”：n 首先确定应用的正当性，慎重考虑放射性同位素和射线装置应用可能提供的有用信息是否大于能承受的危险；n 其次在进行辐射防护时要控制放射工作人员、患者和周围公众的照射剂量尽可能低，实现辐射防护最优化；n 在使用密封源时，重点防护外照射，特别要加强放射源的安全管理，防止丢失被盗；n 使用非密封源时，要防止放射性物质泼洒造成表面污染和内照射，要设置有效的放射性“三废”处理设施；n 使用放射性装置时，要根据不同类型的装置产生的污染源采取不同的防护措施，特别要设置确实可靠的安全连锁装置，防止人员误照射；l 为了较深入地了解核燃料循环设施和反应堆工程的相差知识和核电站相关知识，在本章：n 首先介绍了核燃料循环设施与核反应堆的基本工作原理，包括铀矿勘探、开采与加工、铀化合物的转化、浓缩（富集）铀的生产、核燃料元（组）件制造、乏燃料储存、运输与后处理、放射性废物管理与核设施退役、核燃料加工、处理设计的核临界安全控制的基本知识；n 临界概念、转化与增殖概念、中子注量率分布与展平概念等；n 对五种主要埨进行了概要介绍，内容包括该种堆型的基本特征及其主要特点等；n 以压水堆核电站为例介绍了反应堆核燃料、燃料组件、堆本体、主输热系统的结构组成和相关功能；n 简要介绍了核动力厂及其反应堆的主要辅助系统及功能以及核动力厂和其他反应堆的应注意的主要核与辐射安全问题。第一节 辐射源种类l 辐射源：可以通过发射电离辐射或释放放射性物质而引起辐射照射的一切物质或实体；l 从辐射源的来源分为天然辐射源和人工辐射源两种；一 天然辐射源l 天然存在的辐射源称为天然辐射源，把这种辐射称为天然辐射；l 天然辐射源主要来自宇宙射线、宇生放射性核素和原生放射性核素；1 宇宙射线l 宇宙射线来自太阳和星际空间，主要由中子、质子、电子和各种介子等调整粒子组成；l 这些粒子有较强的贯穿能力，可辐射到地球，对人体造成外照射；l 宇宙射线的强度随海拔高度的增加呈指数增加；2 宇生放射性核素l 宇生放射性核素：宇宙射线与大气层中和地球表面氧、氮等多种元素的原子核相互作用后产生的放射性核素；l 宇生放射性核素约20种，其中氚3、碳14、铍7和钠22的贡献较大；3 原生放射性核素l 原生放射性核素：自有地球以来就存在于地壳内的放射性核素；l 原生放射性核素分为两类：主要以铀系（以铀238为母核的放射性）、锕铀系系（以铀235为母核的放射性）和钍系（以钍232为母核的放射性）三个系的一些核素；另一类是无衰变系列的长寿命放射性核素，如钾40，Rb87等；l 原生放射性核素广泛存在于地球的岩石、土壤、江河、湖海中；l 这些元素的浓度和分布随岩石构造的类型不同而变化，花岗岩的活度浓度最高；l 土壤和岩石中所含的铀、钍、钾等元素，以钾40的活度浓度最高；二 人工辐射源l 人工辐射源：用人工方法产生的辐射源；l 人工辐射源主要有核设施、核技术应用的辐射源和核试验落下灰；1 核设施l 在核设施运行的每一步骤都有可能使工作人员受到职业性照射，并因少量放射性物质的环境释放引起公众照射；l 反应堆辐射源：反应堆是既能使原子核裂变的链式反应受到控制，又能使链式反应持续下去的装置；反应堆正常运行时的主要辐射源辐射源和中子源；n 辐射源：最主要的是核裂变瞬发射线和裂变产物放出的缓发射线；u 瞬发射线：u 裂变产物放射的缓发射线：铀235每次裂变大约有6.65MeV的能量在衰变一秒后由裂变产物放出，其中四分之三以上的能量在1000秒内放出，射线能量大部分在2MeV以下，平均是0.7MeV。u 其它射线：主要有热中子辐射俘获反应(n, )产生的射线，快中子非弹性散射而激发的原子核放出的射线，核反应产物放出的射线，活化产物的射线，在与物质相互作用过程中放出的电子引起的轫致辐射和正电子湮没辐射等；辐射俘获射线和非弹性散射射线可产生在屏蔽体内，而且辐射俘获射线的能量很高（68MeV），在屏蔽计算时必须予以考虑；n 中子源u （瞬发）裂变中子：裂变中子具有分布很宽的能量，从eV级一直到18MeV，峰值位于0.8MeV，平均能量约2MeV；反应堆的活性区（堆芯）相当大，是一个体积中子源；u 缓发中子：裂变产物衰变时放出的中子，每次裂变放出的缓发中子只有0.0158，而且能量较低；n 不论是堆内的辐射场还是堆外的引出束，都是射线和中子的混合场，不仅中子注量高，辐射剂量也高，中子场往往又是快中子、共振中子与热中了的混合场。l 核燃料循环设施：包括核燃料生产、加工、储存和后处理设施等；在核燃料循环各个工序中，有可能受到各种射线照射，因而在辐射防护上应予以足够的重视；2 核技术应用l 密封源：密封在包壳里或紧密的固结在覆盖层里并呈固体形态的放射性物质。l 密封源的种类很多，分类方法也是多种多样：按辐射的射线分为；按放射源的几何形态形态可分为；按活度的不确定度可分为检查源、工作源、参考源、标准源等；按用途可分为医疗用、工业照相（探伤）用、核仪表用、射线辐照用、放射性测井用、放射性测量及仪表刻度用等；l 由于使用要求不同，密封源的核素种类、辐射类型、活度大小、几何形状、密封方式和性能指标等各不相同。n 放射源：主要用于烟雾报警器、静电消除器和放射性避雷器等的离子发生器；常用的放射性核素有210Po、238Pu、239Pu、241Am、235U和238U等；u 常用的放射源活度一般较低（1043.7109Bq）u 粒子的能量一般低于7MeV，在空气中的射程小于6cm，没有外照射的危险；u 绝大多数核素属于极毒或高毒核素；u 使用时要特别注意保护源的密封性能，防止将源丢失或被盗；没有使用价值的废源应按规定处理，不能随便拆开或扔掉。n 放射源：主要用于活度测量和能量响应刻度时的参考源和工作源，还可用作放射性测厚仪、皮肤科敷贴器和气相色谱仪的电子捕食器等；常用的放射性核素有：3H、14C、58C0、60Co、63Ni、85Kr、90Sr-90Y、147Pm和204Ti等；u 射线的穿透能力比同样能量粒子约强100倍，能量超过70keV的粒子可穿透皮肤表层，故应考虑外照射的防护；u 衰变时常伴随有辐射或其他形式的光子，只有少数核素（3H、14C、32P、35S、90Sr、90Y等）；粒子穿过周围物质量产生轫致辐射，其穿透能力比粒子强得多；在使用时不能忽视光子的防护，即使是纯发射体，也要注意减少轫致辐射的影响。u 屏蔽作用应选用低原子序数的材料（如塑料、有机玻璃、铝板等）以减少轫致辐射，外面再用高原子序数的材料屏蔽轫致辐射和其他光子。n 低能光子源：利用发射低能射线和X射线的放射性核素或利用辐射体与靶物质产生的轫致辐射制成的源统称；主要用于厚度计、密度计、X射线荧光分析仪等仪表；发射低能光子的常用放射性核素有55Fe、57Co、125I、238Pu、241Am、244Cm等；n 低能光子比较容易屏幕，但要注意可能存在的高能射线和轫致辐射的影响；n 由238Pu、241Am等放射性核素制成的低能光子源，当活度较高时，不能忽略其自发裂变和（，n）反应产生的中子；n 另外低能光子的散射效应相当显著，使用时应考虑对散射的防护；n 低能光子源常用铍窗密封，铍不耐酸碱腐蚀，也不耐水，使用和存放时应保持干燥，防止受潮，以免铍窗变质；n 放射源：是使用最多的放射源，广泛用于工业、农业、医疗和科研等各个部分；u 为了获得高剂量率的辐射场，装源量多数在3E15