计算长寿命放射性核素的短半衰期子核岸边沉积外照射剂量的方法

摘要

本发明涉及一种计算长寿命放射性核素的短半衰期子核岸边沉积外照射剂量的方法，该方法根据核设施液态流出物的排放源项，判断母核和子核所建立的平衡关系，依据放射性核素衰变的基本规律，确定子核在沉积地点的放射性活度A

说明书

技术领域

本发明属于核辐射环境影响评价技术，具体涉及一种计算长寿命放射性 核素的短半衰期子核岸边沉积外照射剂量的方法。

背景技术

在核设施的液态流出物中，长寿命核素一般与其短半衰期子核存在着长期 平衡关系，由于子核在环境中的迁移规律与母核不同，且其在环境中的量一般 要取决于其母核的量，在评价中存在着一定的困难。在目前的核设施辐射环境 影响评价所使用的通用模型和程序中，对于长寿命核素的短寿命子核的岸边沉 积外照射或者没有进行考虑或者计算不够完善，而对于某些放射性核素，其子 核的剂量贡献可能很大，使得辐射影响评价中岸边沉积外照射这一途径计算存 在着一定的不保守情况。

在目前的核设施环辐射影响评价过程中，对于液态途径排放的长寿命核素 子核的岸边沉积外照射，计算中一般不进行考虑，但是对于某些长寿命核素， 其子核虽然其半衰期很短，但是由于子核随着母核的衰变不断产生，在母核沉 积到岸边后子核会在母核沉积处与母核建立长期平衡或者过渡平衡状态，其在 岸边沉积的活度也是不应该忽略的，同时由于某些子核的外照射剂量转换因子 很高，其造成的外照射剂量贡献往往比母核还要高，忽略其辐射影响是不合理 的。例如某核电厂排放的放射性核素Ce-144的半衰期为284天，其子核Pr-144 的半衰期为0.288小时，在Ce-144沉积到岸边后，其子核将很快的与Ce-144 在其沉积处建立长期平衡，即Pr-144与Ce-144的活度将相同(因为平衡很快， 可以忽略掉因为沉积吸附性质不同产生的差异，Pr-144的活度变化将与Ce-144 的规律相同)，但是由于Pr-144的地表沉积外照射剂量转换因子为Ce-144的8 倍左右，因此由子核Pr-144所产生的岸边沉积外照射剂量将比母核Ce-144的 剂量更高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种计算长寿命放射性核素的短半衰期子核岸边 沉积外照射剂量的方法，根据核设施液态流出物中长寿命核素的衰变链、岸 边沉积分配系数、子核与母核的活度变化关系，计算核设施液态流出物中长 寿命核素子核的岸边沉积外照射剂量。

本发明的技术方案如下：一种计算长寿命放射性核素的短半衰期子核岸 边沉积外照射剂量的方法，包括如下步骤：

(1)根据核设施液态流出物的排放源项，确定各核素的衰变链，判断是否 有放射性子核，对于有放射性子核的长寿命核素—母核，给出其衰变常数λ_母以 及子核的衰变常数λ_子，并给出子核的地表沉积外照射剂量转换因子DCF_子；

(2)根据母核和子核的衰变常数关系，判断母核和子核能否建立平衡关系： 当λ_母<<λ_子时，母核和子核在沉积地点建立长期平衡关系；当λ_母<λ_子时，母核 和子核建立过渡平衡；

(3)根据母核和子核所建立的平衡关系确定子核在沉积地点的放射性活 度：当λ_母<<λ_子时，A_子≈A_母；当λ_母<λ_子时，A_子≈A_母×K，其中，A_子为子核 活度，A_母为母核活度，K＝λ_子/(λ_子-λ_母)；

(4)在母核的沉积地点，根据母核的衰变规律以及其与子核的平衡关系确 定子核的放射性活度的衰变规律：取子核的衰变常数与母核的衰变常数相同， λ_子≈λ_母；

(5)根据以上步骤中确定的子核在沉积地点的放射性活度A_子、衰变常数 λ_子以及子核的地表沉积外照射剂量转换因子DCF_子，计算在沉积地点的地表岸 边沉积外照射剂量。

进一步，如上所述的计算长寿命放射性核素的短半衰期子核岸边沉积外 照射剂量的方法，步骤(1)中所述的判断是否有放射性子核，是从放射性核 素的衰变纲图获得。

本发明的有益效果如下：本发明根据核设施液态流出物的排放源项，分 析长寿命核素的短寿命放射性子核在沉积地点的放射性活度、衰变规律的处 理方法，进而给出了一种计算长寿命核素的短寿命放射性子核造成的岸边沉 积外照射剂量的方法，本发明所给出的技术方法可以用于各种与核设施液态 流出物排放造成的地表沉积外照射的计算，解决目前在相关评价计算中所遇 到的技术问题。

附图说明

图1为一种计算长寿命放射性核素的短半衰期子核岸边沉积外照射剂量的 方法实施方案流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明所提供的一种计算长寿命放射性核素的短半衰期子核 岸边沉积外照射剂量的方法，包括如下步骤：

(1)根据核设施液态流出物的排放源项，确定各核素的衰变链，判断是否 有放射性子核，对于有放射性子核的长寿命核素(母核)，给出其衰变常数λ_母 以及子核的衰变常数λ_子，并给出子核的地表沉积外照射剂量转换因子DCF_子。

此步骤所述的判断有无放射性子核，可以从放射性核素的衰变纲图获得。 如放射性核素Co-60衰变的子核为Ni-60，其子核即无放射性的稳定核，不需进 行考虑；Ce-144的子核为Pr-144，其子核Pr-144为半衰期为0.288小时的短 寿命子核，需要进行考虑。此时便可以从技术文件中直接获得母核和子核的λ_母和λ_子以及子核的地表沉积外照射剂量转换因子DCF_子。

(2)根据母核和子核的衰变常数关系，判断母核和子核能否建立平衡关系： 当λ_母<<λ_子时母核和子核在沉积地点建立长期平衡关系；当λ_母<λ_子时母核和子 核建立过渡平衡。如果有λ_母≥λ_子的情况存在，则不属于本发明所计算的范畴。

此处子核与母核的衰变常数间的“远大于”或者“大于”的关系是相对的， 评估者可以根据经验进行判断。另外，本发明所述的“长期平衡”或“过渡平 衡”在某些情况下可能不够准确(如子核的半衰期接近或大于沉积的累积时间 时)，但本发明所给出的计算方法是偏于保守的，能够满足剂量评价的要求。

此步骤所述的母核和子核的平衡关系，是根据放射性核素的衰变常数或半 衰期进行判断的。如Ce-144的半衰期为284天(衰变常数λ_母＝1.02E-4/h)，其 子核Pr-144的半衰期为0.288小时(衰变常数λ_子＝2.41/h)，显然λ_母<<λ_子， 因此当Ce-144在岸边某地沉积后，其将很快与子核Pr-144建立长期平衡关系。

(3)根据母核和子核所建立的平衡关系确定子核在沉积地点的放射性活 度：当λ_母<<λ_子时，子核活度A_子≈A_母(母核活度)；当λ_母<λ_子时，A_子≈A_母×K， 其中K＝λ_子/(λ_子-λ_母)。

此步骤中，是根据放射性核素衰变的基本规律来进行计算的。

(4)在母核的沉积地点，根据母核的衰变规律以及其与子核的平衡关系确 定子核的放射性活度的衰变规律：取子核的衰变常数与母核的衰变常数相同即 λ_子≈λ_母。

此步骤中，是根据建立平衡后子核的活度与母核的活度变化规律来进行计 算的，建立长期平衡后，子核与母核的活度变化规律基本一致；建立过渡平衡 后，子核与母核的活度变化规律差一个倍数K；此步骤中所述的取λ_子≈λ_母是一 种近似的处理，当λ_母<λ_子且两者较为接近时，应该对λ_子与λ_母的关系进行一定 的修正，此修正不属于本发明的计算范畴。

(5)根据以上步骤中确定的子核在沉积地点的放射性活度A_子、衰变常数 λ_子以及子核的地表沉积外照射剂量转换因子DCF_子，计算在沉积地点的地表岸 边沉积外照射剂量。

在按照步骤(1)～(4)获得计算所需的参数后，可以按照通用的岸边沉积 外照射剂量计算公式来进行岸边沉积外照射剂量的计算，相关的计算公式和参 数可以参考国家标准或者国际组织的标准规范，这些均属于本领域的公知常识。

实施例：

以母核Ce-144及其子核Pr-144为例按照本发明的步骤所进行的相关计 算和假设如下：

第一步，判断Ce-144是否有放射性子核，经判断有放射性子核Pr-144， 由公开的资料可以查得λ_Ce-144＝1.02E-4/h，λ_Pr-144＝2.41/h，子核Pr-144的地表 沉积外照射剂量转换因子DCF_Pr-144＝1.44E-12Sv·m²/Bq·h；

第二步，判断母核Ce-144与子核Pr-144能否建立平衡关系：由λ_Ce-144<< λ_Pr-144，可以认为母核Ce-144和子核Pr-144在沉积处建立了长期平衡关系；

第三步，根据母核Ce-144与子核Pr-144所建立的平衡关系，确定子核 Pr-144在沉积地点的活度为：由于λ_Ce-144<<λ_Pr-144，因此有A_Pr-144≈A_Ce-144；

第四步，在沉积地点根据母核Ce-144与子核Pr-144所建立的长期平衡 关系，确定子核Pr-144的放射性活度的衰变规律：λ_子2≈λ_Ce-144＝1.02E-4/h， 即子核的活度按照衰变常数为λ_子2的规律进行衰变；

第五步，根据以上一至四步中所得出的计算岸边沉积外照射剂量所需的 参数DCF _Pr-144、A_Pr-144、λ_子2，按照通用的岸边沉积外照射剂量计算公式并结合相 关的具体环境调查参数便可以计算出Pr-144的岸边沉积外照射剂量。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本 发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利 要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。