某核电厂辐射屏蔽板的设计

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摘要：降低操作人员辐射水平是核电厂持续改进的需要，辐射防护遵循的是合理可行尽量低的原则。根据某核电厂运行经验，位于核辅助厂房房间的某设备辐射水平较高，而且这些设备处于人员经常通行的通道中，大量增加了在此地工作人员的辐射剂量，需要增加面积为12.46m2的可拆辐射屏蔽设施，以达到降低操作人员辐射水平的目的。本文通过对某核电厂核岛厂房中辐射屏蔽板设计的介绍，希望给大家在屏蔽的设计提供帮助和借鉴。

关键词：核电厂;辐射屏蔽

Abstract: To reduce the operating personnel radiation level is the need for nuclear power plant continuous improvement, radiation protection follow is as low as reasonably practicable principle. According to the operation of a nuclear power plant experience, higher radiation levels in some equipment for nuclear auxiliary building room, and the equipment in the staff often traffic channel, a large increase in the dose of radiation workers here, the need to increase the area of the detachable radiation shielding facilities of 12.46m2, in order to reduce the radiation level of operators. Based on the radiation shield design is introduced in a nuclear power plant, we hope to provide help and reference in the shielding design.

Key words: nuclear power plant; radiation shielding

中图分类号：O434.11 文献标识码：A 文章编号：

1 概述

由于核电厂核岛厂房内部布置非常紧凑，核辅助厂房房间的通道宽度为1000mm，在人员经常通行的通道中设置屏蔽设施，如生物屏蔽墙虽然能达到较好的屏蔽效果，但是需要占用较大的空间且不便于设备的日常维护，故需要采用占用空间较小的可拆屏蔽设施。经过分析采用可拆屏蔽板作为屏蔽设施，可拆屏蔽板用钢结构支架进行支撑，屏蔽范围为离地面高度为0.5m～2.5m，屏蔽板的面积为12.46m2。

2. 屏蔽板的设计

2.1屏蔽板的尺寸

经过计算需要设置的屏蔽铅板面积为12.46m2，尺寸为2.0m×6.23m，厚度为36mm。由于铅的密度较大，且考虑安装和运输的方便，屏蔽铅板的尺寸不宜过大，分隔的块数也不宜过多。经过对房间的布置情况的分析，并考虑安装以及运输要求，屏蔽铅板的尺寸设计，长不超过2m，宽不超过1.2m，每块重量约为0.5t。通过布置，设计采用6块尺寸为1.0m×1.5m,1块尺寸为2.0m×0.93m和1块尺寸为2.0m×0.8m，厚度由于考虑外包钢板详见下节内容。

2.2屏蔽板的材质

铅板采用纯度为99.994％的铅，由于铅在常温下硬度较低，对于大尺寸铅板，如采用纯铅，则不能满足铅板的强度要求，故需要采用包裹措施以增强铅板的强度。本设计采用钢板对铅板进行全包裹以增强铅板的强度。由于钢板也同样有屏蔽作用，因此最终的屏蔽厚度需要达到钢板加铅板的总有效屏蔽厚度相当于36mm铅当量即可。可按下式估算确定钢板与铅板的厚度:

T=TPb +TFe*μFe/μPb =TPb+TFe*(0.0393ρFe)/(0.0439ρPb)=TPb+0.895(ρFe/ρPb)*TFe

=TPb+0.615TFe=36(mm)

其中：T为总有效厚度；

TPb为铅的厚度；

TFe为钢板的厚度；

ρFe和ρPb分别为铁和铅的比重；

μFe和μPb分别为铁和铅的质量衰减系数。

根据上式铅厚度取30mm，钢板厚度取10mm，即可满足要求。考虑到外包钢板如采用普通碳钢存在以下问题：

采用普通碳钢需要进行防腐，防腐作法一般为刷漆，在辐照剂量高的场所如采用有机图层，容易老化，成为新的放射源；

由于铅板尺寸较大，且重量较重，又需要经常进行拆装，难免对防腐层造成破坏，需要人工补作防腐，也增加该人工作业时的时间和剂量。

鉴于此，本设计采用304L不锈钢作为铅板的外包结构，既满足防腐的要求，又减少了后续日常维护的工作量。

屏蔽板：内部为30mm厚的纯铅，外包裹5mm304L不锈钢板，总厚度为40mm，满足总有效厚度的要求。

根据上一节的尺寸核算，每块屏蔽板的重量。经过计算，尺寸为1.0m×1.5m的屏蔽板的重量（包含含铅板和外包钢板的总重量）为620.37kg，1块尺寸为2.0m×0.93m的屏蔽板的重量（包含含铅板和外包钢板的总重量）为768.67kg，1块尺寸为2.0m×0.8m的屏蔽板的重量（包含含铅板和外包钢板的总重量）为660.51kg，每块屏蔽板的重量都在0.5t左右，满足上一节的对于屏蔽板重量的要求。

2.3屏蔽板的搭接

如果屏蔽板只是简单拼接，则存在缝隙，不满足辐照屏蔽的要求。故需要对屏蔽板之间的拼装进行搭接设计，而其中关键问题是搭接长度的确定。如搭接长度过长，则不便于拼装；由于屏蔽板总厚度只有40mm，搭接处每块铅板的厚度只有20mm那么刨去外包钢板的厚度，内部只有10mm的铅，由于搭接处外包钢板有2个弯角且距离较近，如搭接长度不足，在加工时容易造成弯角处空间不够，从而导致搭接处实际屏蔽厚度不足，进而影响屏蔽效果。经过计算和在加工厂的调研，采用搭接长度至少为30mm，并加工时弯角处采用焊接处理，才能满足搭接处的设计厚度的要求。因此，设计在屏蔽板的搭接设计上，搭接长度采用30mm，既满足加工需要，也便于施工时的拼装。

2.4屏蔽板的吊装

由于单块屏蔽板尺寸大，重量重，在设计时需要考虑设置吊装的接口。一般采用吊耳作为吊装的接口，吊耳的设置位置存在困难。如在铅板四周设置凸出吊耳，则影响拼装；如在板面上设置凸出吊耳，虽不影响拼装，但是由于屏蔽铅板的支架为插入式的，板面的凸出物会影响铅板的拆装，而且不利于拆卸后铅板的堆放；如采用内凹式吊耳，虽然可以解决上面两种情况下的不利因素，但是由于是屏蔽板的作用是辐射屏蔽，那么总有效厚度是不能减少的，否则影响屏蔽效果，因此无法采用内凹式吊耳。如何才能既满足吊装要求，方便使用，又不减少屏蔽厚度，满足屏蔽的要求呢？如采用在铅板上开孔作为吊装的接口，但只是开孔又无法满足屏蔽厚度的要求，因此需要采用满足当量厚度的螺栓对开孔进行封堵。虽然采用这个方案，既能满足吊装要求，又不影响屏蔽效果，但是如采用普通齿形螺栓，在吊装过程中螺纹容易被磨损，导致螺栓无法拧上，而影响屏蔽效果。

经过分析，本设计采用在屏蔽板上打孔，并采用梯形螺栓进行封堵。采用梯形螺栓的好处是螺纹不易在吊装时磨损，而且螺距较大螺栓安装或拆卸都比较方便，即使有少量的磨损也不影响螺栓的旋入。在吊装或拆卸时将梯形螺栓拧下绳索穿过螺栓孔进行吊装，待安装完毕后再拧上以达到屏蔽效果。梯形螺纹的主要尺寸参数，外螺纹大径40mm，外螺纹大径41mm，螺距10mm，外、内螺纹中径35mm，外、内螺纹小径29mm。特别说明的是梯形螺栓的长度，也要满足总有效屏蔽厚度的要求。屏蔽板开孔以及梯形螺栓的设计详见下图。

图1屏蔽板开孔以及梯形螺栓详图

2.5屏蔽板的加工

由于铅板尺寸较大、厚度比较薄，且外包钢板也只有5mm厚，如采用浇筑工艺，在浇筑过程中外包钢板会受热产生大量的变形，导致难以得到符合要求的铅板。因此，应采用冷工艺制作，即采用应压制铅板制作工艺，才能避免外包钢板因受热而产生的变形。对于外包钢板的最后封口时的焊缝，焊接时要注意控制焊接温度，应避免因局部温升过大导致铅板变形。

2.6屏蔽板的检验

屏蔽板的检验主要参照屏蔽铸铁件技术条件EJ 78-75执行。屏蔽板的检验除了满足屏蔽铸铁件技术条件中的相关要求，还需要对其密度进行检验。有人认为目前在常温比铅是最廉价的高密度固体，密度只与质量和体积有关，通过严格控制屏蔽板的尺寸误差达到控制体积的目的，然后根据屏蔽板的质量来间接检验其密度的符合性，这种作法虽然理论上是可行的，但是由于铅的密度较大，尺寸上的少量误差就会造成质量上的误差，可以作为粗略校验的需要。

本设计采用的检验方法为：在压入铅板前测定外包钢板壳体的质量和钢板壳体充满水后的总质量，屏蔽板制作完成后测量其质量,通过压入铅板前的测定可以计算出钢板壳体内的体积，通过屏蔽板制作完成后的质量减去钢板壳体的质量得到铅的质量，然后用铅的质量除以钢板壳体内的体积就的得到铅的密度，如密度小于10.8g/cm3，则为不合格。

3总结

屏蔽板其功能主要是为了满足辐射防护的要求，在设计中除了要求拼装、运输、拆卸的要求，还需要注意如外表面防腐以及设计对屏蔽铅板总有效厚度的控制，特别是开孔以及缝隙等影响屏蔽效果的细节上的设计，对于加工和检验的方法以及可行性也是需要设计考虑的因素。

参考文献

[1]黄文强等 优化布置以降低操作人员辐射水平的改进 AB050000001DNBZ03GN 2008

[2]中华人民共和国第二机械部 屏蔽铸铁件技术条件 EJ78-75 1975