六氟化鈾鐵路運(yùn)輸要求及現(xiàn)狀分析

文/孫謙 王學(xué)新 王長武 王智鵬 徐瀟瀟 李國強(qiáng)

六氟化鈾作為核工業(yè)中重要的放射性物品，國家、行業(yè)等層面均針對鐵路運(yùn)輸制定了管理規(guī)定和技術(shù)要求。其中，鐵路運(yùn)輸行業(yè)依據(jù)《放射性物品安全運(yùn)輸管理?xiàng)l例》制定了放射性危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸?shù)南嚓P(guān)管理辦法，而六氟化鈾包裝和運(yùn)輸?shù)募夹g(shù)要求依據(jù)GB11806，相比之下核行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容缺乏更新。結(jié)合實(shí)際運(yùn)輸活動(dòng)中暴露的問題，建議開展高溫條件下的試驗(yàn)和計(jì)算分析，優(yōu)化六氟化鈾鐵路運(yùn)輸活動(dòng)環(huán)節(jié)，降低人員輻射劑量。

0.引言

在核工業(yè)鈾純化轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)，六氟化鈾是獲取濃縮鈾極為重要的中間產(chǎn)品，其作為一種具有揮發(fā)性的放射性物品，需要考慮六氟化鈾對人員的外照射和內(nèi)照射影響。除此之外，六氟化鈾還具有較強(qiáng)的化學(xué)毒性，與水反應(yīng)的產(chǎn)物能夠?qū)θ梭w皮膚和呼吸道等造成腐蝕和灼傷[1，2]?？紤]到鐵路運(yùn)輸具有運(yùn)量大、安全性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)，國內(nèi)六氟化鈾產(chǎn)品裝載于專用的運(yùn)輸容器[3]，多采用鐵路運(yùn)輸方式。六氟化鈾鐵路運(yùn)輸活動(dòng)須在我國核安全監(jiān)管部門和鐵路運(yùn)輸管理部門的批準(zhǔn)和監(jiān)管下開展。

1.國家法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)要求

《放射性物品安全運(yùn)輸管理?xiàng)l例》[4]（中華人民共和國國務(wù)院令第562號）作為國家行政法規(guī)，對我國放射性物品運(yùn)輸管理作出總體規(guī)定，根據(jù)《放射性物品分類和名錄》[5]的分類要求，應(yīng)按照一類放射性物品安全運(yùn)輸?shù)囊蠊芾砹欉\(yùn)輸容器的設(shè)計(jì)制造活動(dòng)及運(yùn)輸活動(dòng)。在此前提下，《放射性物品安全運(yùn)輸規(guī)程》[6]（GB11806-2019）、《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》[7]（GB18871-2002）等國家標(biāo)準(zhǔn)提出了更為具體的技術(shù)要求。

1.1 六氟化鈾運(yùn)輸容器安全要求。根據(jù)GB11806中關(guān)于運(yùn)輸容器驗(yàn)證試驗(yàn)的要求，裝載量大于0.1kg的六氟化鈾運(yùn)輸容器在滿足放射性材料基本要求的基礎(chǔ)上，還需滿足針對六氟化鈾貨包的附加要求。另外，考慮到國內(nèi)使用的六氟化鈾運(yùn)輸容器235U裝載豐度限制均不低于0.72%，其還必須滿足關(guān)于易裂變材料貨包評定的要求。因此，六氟化鈾運(yùn)輸容器在設(shè)計(jì)階段需經(jīng)受正常運(yùn)輸、運(yùn)輸事故等條件下的驗(yàn)證試驗(yàn)，具體試驗(yàn)項(xiàng)目如表1所示。在制造和使用階段，《放射性物品安全運(yùn)輸管理?xiàng)l例》要求制造單位在新容器出廠前按照容器設(shè)計(jì)要求和國家標(biāo)準(zhǔn)要求對其進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，并編制質(zhì)量檢驗(yàn)報(bào)告。六氟化鈾容器投入使用后，使用單位應(yīng)每兩年對容器進(jìn)行一次安全性能評價(jià)，以確保容器性能滿足安全運(yùn)輸要求，并將評價(jià)結(jié)果報(bào)國務(wù)院核安全監(jiān)管部門備案。

表1 六氟化鈾運(yùn)輸容器驗(yàn)證試驗(yàn)項(xiàng)目

1.2 運(yùn)輸活動(dòng)安全要求?！斗派湫晕锲钒踩\(yùn)輸管理?xiàng)l例》規(guī)定，六氟化鈾運(yùn)輸活動(dòng)托運(yùn)人應(yīng)當(dāng)持有生產(chǎn)、銷售、使用或處置六氟化鈾的有效證明，并且編制六氟化鈾鐵路運(yùn)輸?shù)暮伺c輻射安全分析報(bào)告書，報(bào)國務(wù)院核安全監(jiān)管部門審查批準(zhǔn)。六氟化鈾運(yùn)輸活動(dòng)開始前，托運(yùn)人應(yīng)當(dāng)使用與其相適應(yīng)的六氟化鈾運(yùn)輸容器進(jìn)行包裝，并隨車配備必要的輻射監(jiān)測設(shè)備、防護(hù)用品和防盜、防破壞設(shè)備，編制運(yùn)輸說明書、核與輻射事故應(yīng)急響應(yīng)指南、裝卸作業(yè)方法、安全防護(hù)指南交予運(yùn)輸承運(yùn)人。同時(shí)，在運(yùn)輸活動(dòng)的起點(diǎn)、終點(diǎn)或換裝點(diǎn)，托運(yùn)人應(yīng)當(dāng)委托有資質(zhì)的輻射監(jiān)測機(jī)構(gòu)對六氟化鈾貨包表面污染和輻射水平進(jìn)行監(jiān)測，輻射監(jiān)測機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)出具輻射監(jiān)測報(bào)告。對于直接從事六氟化鈾運(yùn)輸?shù)墓ぷ魅藛T，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行運(yùn)輸安全和應(yīng)急響應(yīng)知識的培訓(xùn)，考核通過后參與相關(guān)工作?！峨婋x輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》（GB18871-2002）規(guī)定了工作人員受照劑量限制，即隨車押運(yùn)人員、裝卸人員、編組站鐵路工作人員等連續(xù)5年的年平均有效劑量限值為20mSv，任何一年中的有效劑量不超過50mSv。在實(shí)際運(yùn)輸活動(dòng)中，企業(yè)根據(jù)已有運(yùn)輸活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)，會(huì)設(shè)定更為合理的劑量管理目標(biāo)值，依據(jù)輻射防護(hù)最優(yōu)化的原則盡可能降低工作人員的受照劑量。對于公眾，年有效劑量的限值為1mSv。

2.核行業(yè)的相關(guān)要求

我國核行業(yè)早在20世紀(jì)80年代就已針對六氟化鈾貯存、運(yùn)輸容器編制了相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[8]，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)名稱如表2所示。其中，1994年發(fā)布的EJ/T 303～306、EJ/T 350及EJ/T 424僅對各種六氟化鈾容器的結(jié)構(gòu)、材料、尺寸等主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了規(guī)定，不涉及運(yùn)輸要求，因此不做進(jìn)一步的分析。《六氟化鈾容器使用要求》[9]（EJ/T 307-2014）對國內(nèi)六氟化鈾容器的管理和使用辦法進(jìn)行了規(guī)定，要求六氟化鈾容器的貯存、運(yùn)輸滿足GB 11806和EJ 1056-2005的相關(guān)要求，同時(shí)要求被運(yùn)容器應(yīng)牢固固定在運(yùn)輸車上，運(yùn)輸途中嚴(yán)禁溜放、碰撞，但并沒有提出具體技術(shù)要求?！垛櫦庸づc燃料制造設(shè)施輻射防護(hù)規(guī)定》[10]（EJ 1056-2005）第八章對鈾加工和燃料制造過程中含鈾物料的運(yùn)輸進(jìn)行了規(guī)定。在含鈾物料貨包的分類方面，該標(biāo)準(zhǔn)沒有對六氟化鈾貨包進(jìn)行單獨(dú)分類和要求，但要求各種含鈾物料應(yīng)采用專用的金屬容器盛裝，且盛裝六氟化鈾的容器應(yīng)能可靠地密封。除此之外，該標(biāo)準(zhǔn)要求廠外運(yùn)輸活動(dòng)應(yīng)使用專用的自備車，車輛編組時(shí)嚴(yán)禁溜放。因此，核行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對于六氟化鈾產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)囊蟛粔蚓唧w，技術(shù)要求主要依據(jù)GB11806，且大部分行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容缺乏更新。

表2 六氟化鈾容器相關(guān)的核行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

3.鐵路運(yùn)輸行業(yè)的相關(guān)要求

鐵路運(yùn)輸行業(yè)針對危險(xiǎn)品運(yùn)輸制定了管理方面的文件，主要有《鐵路危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸安全監(jiān)督管理規(guī)定》、《鐵路危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸管理規(guī)則》（TG/HY 105-2017），其中六氟化鈾鐵路運(yùn)輸應(yīng)按照第七類危險(xiǎn)貨物的相關(guān)要求進(jìn)行管理?！惰F路危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸安全監(jiān)督管理規(guī)定》[11]由交通運(yùn)輸部制定，對鐵路危險(xiǎn)貨物的運(yùn)輸條件、運(yùn)輸安全管理和監(jiān)督檢查等作出規(guī)定，其中第十七條針對放射性物品鐵路運(yùn)輸活動(dòng)中托運(yùn)人資質(zhì)、運(yùn)輸組織、輻射檢測等方面提出了具體要求，應(yīng)當(dāng)滿足《放射性物品運(yùn)輸安全管理?xiàng)l例》、GB11806等法律、行政法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的要求?！惰F路危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸管理規(guī)則》[12]針對放射性物品鐵路運(yùn)輸活動(dòng)的管理作出了具體規(guī)定，相關(guān)內(nèi)容與國家層面法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)的要求一致。該規(guī)則第一百一十三條對放射性貨包、運(yùn)輸工具的輻射水平限值進(jìn)行了規(guī)定，但在單車的運(yùn)輸指數(shù)、臨界安全指數(shù)要求方面，該規(guī)則并未考慮GB 11806中獨(dú)家使用的情況。

4.運(yùn)輸活動(dòng)現(xiàn)狀與建議

4.1 高溫對六氟化鈾鐵路運(yùn)輸安全的影響。六氟化鈾具有特殊的三相點(diǎn)性質(zhì)，因此為保證容器內(nèi)壓力變化處于安全范圍，GB11806提出了具體要求：“在交付運(yùn)輸時(shí)，六氟化鈾呈固態(tài)且內(nèi)部壓力不得超過大氣壓”。因此，密閉容器內(nèi)體積一定時(shí)，運(yùn)輸溫度變化會(huì)對容器內(nèi)壓力產(chǎn)生較大影響，進(jìn)而影響六氟化鈾的相態(tài)[13，14]。我國在開展六氟化鈾鐵路運(yùn)輸時(shí)采用棚車裝載，而我國鐵路行業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)表明，封閉棚車運(yùn)輸情況下車內(nèi)溫度最高能夠達(dá)到70℃以上?？紤]到高溫會(huì)引起六氟化鈾容器內(nèi)壓力增加，可能對運(yùn)輸安全產(chǎn)生影響，因此不同類型的六氟化鈾貨包應(yīng)在運(yùn)輸活動(dòng)前進(jìn)行安全性論證。

4.2 六氟化鈾返空貨包輻射水平增加的影響。限于技術(shù)條件，六氟化鈾貨包抵達(dá)目的地卸載后，容器內(nèi)往往會(huì)剩余一部分殘料無法排清。相關(guān)研究表明，與滿載狀態(tài)相比六氟化鈾貨包在卸空狀態(tài)下的輻射水平更高，可以增加數(shù)十倍。該問題主要由以下兩方面原因造成：1）六氟化鈾貨包卸空后，揮發(fā)性的六氟化鈾排出，而非揮發(fā)性的鈾衰變產(chǎn)物，如234Th在容器中“沉積”。容器中殘留的鈾衰變產(chǎn)物具有較高輻射水平，在六氟化鈾從容器中排出后，鈾衰變產(chǎn)物的濃度也被極大提高，有利于輻射水平的增強(qiáng)；2）在滿載狀態(tài)下，容器內(nèi)六氟化鈾相互之間能夠產(chǎn)生一定的屏蔽作用，而在卸空后該作用被削弱。因此，在六氟化鈾運(yùn)輸活動(dòng)中需要特別關(guān)注貨包返空運(yùn)輸中輻射水平增加的問題，充分評估運(yùn)輸中對人員和相關(guān)公眾造成的輻射影響，確保滿足劑量約束限值。同時(shí)，六氟化鈾運(yùn)輸活動(dòng)托運(yùn)人、承運(yùn)人應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)重視，根據(jù)輻射防護(hù)最優(yōu)化的原則制定更為合適的輻射防護(hù)措施，盡可能降低人員輻射劑量。

4.3 建議

綜上分析，《放射性物品安全運(yùn)輸管理?xiàng)l例》對六氟化鈾鐵路運(yùn)輸活動(dòng)提出了總體管理要求，鐵路運(yùn)輸行業(yè)將其作為依據(jù)制定了鐵路運(yùn)輸管理文件，而六氟化鈾鐵路運(yùn)輸?shù)募夹g(shù)要求依據(jù)《放射性物品安全運(yùn)輸規(guī)程》（GB11806-2019）。針對六氟化鈾鐵路運(yùn)輸中面臨的實(shí)際問題，給出以下建議：1）采用試驗(yàn)研究和仿真計(jì)算的方法，探究高溫條件下六氟化鈾貨包的運(yùn)輸安全，總結(jié)得出具有規(guī)律性和參考價(jià)值的數(shù)據(jù)；2）優(yōu)化六氟化鈾鐵路運(yùn)輸活動(dòng)中的環(huán)節(jié)和操作，可以通過增加空容器的滯留時(shí)間來降低輻射水平，并且托運(yùn)人、鐵路承運(yùn)人應(yīng)增加制定新的輻射防護(hù)措施；3）建議針對目前面臨的問題，修訂六氟化鈾容器相關(guān)的核行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，增加具有參考價(jià)值的安全評價(jià)數(shù)據(jù)，便于指導(dǎo)六氟化鈾運(yùn)輸活動(dòng)開展。