核设施退役过程中石墨放射性粉尘的特性表征与源头控制策略研究

本文聚焦核反应堆退役过程中石墨组件机械处理产生的放射性粉尘问题，通过清华大学屏蔽实验堆的现场研究，采用光学粒子计数器（OPC）、扫描电迁移粒径谱仪（SMPS）等设备系统分析了粉尘的粒径分布（PM10浓度>160 μg/m3）、形貌特征及放射性水平（α:0.40-0.48 mBq/m3）。研究发现3300 m3/h的高流量通风系统可实现90%以上的气溶胶抑制效率，为核退役作业的辐射防护提供了关键技术支撑。

　　

Highlight

石墨粉尘的粒径质量分布

粒径分布对石墨迁移模式、过滤效率及健康效应具有重要影响。通过对比粉末与圆柱形样品的钻孔实验发现，SMPS（扫描电迁移粒径谱仪）和OPC（光学粒子计数器）在重叠粒径范围的测量存在预期差异。粉末样品钻孔时产生的PM_{10浓度显著升高，而块体转移过程则以10-100 μm的粗颗粒为主。电镜分析显示，摩擦产生的颗粒多呈不规则片状结构，这与高温堆(HTR)事故工况下形成的球形颗粒形成鲜明对比。}

现场通风对石墨气溶胶的抑制效果

3300 m³/h的高流量通风系统展现出惊人的气溶胶控制能力。当关闭通风系统时，作业点(OPC1)的颗粒数浓度立即飙升至背景点(OPC2)水平。特别值得注意的是，通风系统对0.3-1 μm粒径段的细颗粒拦截效率高达92%，这主要归功于HEPA（高效颗粒空气）过滤器的梯度截留机制。粉尘收集器的源头捕获更进一步将粗颗粒释放量降低了87%，相当于为每位操作人员构建了"隐形防护盾"。

Conclusion

通过对清华大学屏蔽实验堆的现场研究，我们首次获得了石墨组件机械处理过程中的实时气溶胶数据。质量中值直径(MMD)约10.40 μm的结果印证了摩擦过程主要产生可吸入颗粒的假设。值得强调的是，通风系统使α放射性活度维持在0.48 mBq/m³以下，这相当于自然本底水平的1.2倍，为核退役作业建立了可靠的安全边界。