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Radioactive Sources: Applications and Alternative Technologies: Chinese Version (2022)

Chapter: 放射源的使用、风险和控制

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Suggested Citation:"放射源的使用、风险和控制." National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. 2022. Radioactive Sources: Applications and Alternative Technologies: Chinese Version. Washington, DC: The National Academies Press. doi: 10.17226/26452.
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放射源的使用、风险和控制

广泛概述了放射源的当前用途,并讨论了影响与这些放射源使用相关的安全和安保风险的因素、政府和其他组织在降低这些风险方面的作用和责任,以及跟踪和在使用寿命结束时处置放射源的努力。

2.1 放射源应用

放射源在美国和其他地方的一系列医疗、研究和商业应用中具有许多有益的用途。在医学中,放射源用于血液照射以预防与输血相关的移植物抗宿主病,并在癌症治疗中通过从体外(外照射疗法和立体定向放射外科手术)或体内(高剂量率近距离放射治疗)照射肿瘤来治疗。在研究中,放射源用于治疗细胞、组织或小型实验动物,以提高在放射生物学、血液学和其他医学分支方面的知识。商业应用包括杀菌以消除医疗器械和保健品上的微生物,延长食品和农产品的保质期,消除有害细菌和各种微生物,以及控制昆虫或害虫的繁殖。其他商业应用包括用于可视化结构和检测缺陷的工业射线照相术,用于探索地下岩石和流体的结构和成分以及测量基本岩石物理特性的测井,用于测量厚度、密度或填充水平的工业仪表,及用于难以进入的电力系统的放射性热点产生器 (RTG)。第 4 章到第 6 章详细讨论了这些应用。

本报告中讨论的医疗、研究和商业应用中最常用的放射性同位素是钴 60、铯 137、铱 192 和镅 241。这些放射性同位素(特别是钴 60 和铯 137)的大约 90% 的活度用于第 1 类和 2 类放射源,用于放射治疗、血液照射、研究、灭菌和其他工业应用。这些放射性同位素的大部分剩余活度用于测井、高剂量率近距离放射治疗、工业仪表和其他应用的第 3 类放射源。

自上次国家科学院对放射源应用的审查(NRC,2008 年)以来,没有出现第 1 类和第 2 类放射源的新应用。尽管在之前的国家科学院报告中没有检查第 3 类源,但也没有出现这些放射源的新应用。第 1 类放射源的一种应用,即使用放射性热电产生器提供陆基电力,已被淘汰。RTG 继续用于空间应用(见第 6.5 节)。

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2.2 放射源特性和安全和安保风险

放射源会带来安全和安保风险。安全风险包括故障、损坏、人为失误和其他可能导致意外辐射暴露的疏忽行为。安保风险涉及盗窃、破坏和其他恶意行为,包括在放射性扩散装置 (RDD) 中使用可能导致故意辐射暴露。涉及无意或有意行为的放射性事件,取决于情景和规模,可能导致一系列不利的健康和社会经济影响。人员的照射水平取决于诸多因素,例如 RDD 中使用的放射性物质的物理和化学形式以及人员与事件的接近程度。例如,靠近 RDD 的人可能会因爆炸而丧生或受伤,而且可能只有少数人会遭受确定性的健康影响,例如急性辐射病或辐射烧伤。在疏散受影响地区期间,可能会发生因混乱而造成的额外伤亡。放射事件也有可能导致随机效应,例如由于辐射暴露导致后期癌症的发展以及由于认为或实际辐射暴露导致的长期心理健康影响。此外,由于结构和土地的污染以及随后的区域拒止,RDD 会产生严重的社会经济影响。

原则上,可以使用风险三元组来评估安全和安保风险:会出什么问题?出错的可能性有多大?如果确实出错了,会有什么后果?(Kaplan 和 Garrick,1981 年)。为安保事件回答这些问题通常比为安全事件回答这些问题带来更大的挑战,因为难以确定恶意行为的可能性和后果。具体而言,对于恐怖行为的可能性的表征和量化,恶意行为者的范围是未知的,因此难以评估这些行为者的动机、意图和能力。此外,与不利的安全事件相反,各种安保事件的概率涉及战略不确定性,因为恶意行为者可以改变其行动以应对防御措施。1

International Atomic Energy Agency (IAEA) 放射源安全和安保行为守则帮助国家当局建立和加强监管基础设施,以便在适当的辐射安全和安保框架内使用放射源(IAEA,2004 年)。此外,IAEA 已确定成员国需要根据可用情报、执法和开源信息对放射性物质、相关设施和相关活动进行威胁评估 (IAEA, 2019d)。IAEA 不讨论任何威胁的可能性,但鼓励成员国明确代表性威胁,以进行分析或确定在设计中考虑的基础威胁。IAEA 制作了一系列关于使用放射性同位素的装置和设施的安全性的文件。2

如第 1 章所述,在美国成立了辐射源保护和安全机构间工作组,以评估和向总统与国会提供有关放射源安全免受潜在恐怖主义威胁的建议。此外,包括 U.S. Nuclear Regulatory Commission (U.S. NRC, 2020a)、Department of Homeland Security(DHS,2017 年)、Environmental Protection Agency(EPA,2017 年)和 Centers for Disease Control and Prevention(CDC,2014 年)在内的多个联邦机构制定了与 RDD 相关的应急准备和响应指南。

委员会确定了放射源的八项特征,这些特征会影响放射源参与放射性事件的可能性以及该事件后果的可能严重性。一般而言,影响与放射源相关的安全风险的特性也会影响与这些相同源相关的安保风险。具体特征如下:

  1. 放射源的总活度。这一特性是将第 1 类和第 2 类源定义为高风险的主要因素,因为会影响其造成确定性危害的可能性。还影响源造成随机伤害和区域污染和区域拒止的可能性。高活度放射源是监管机构降低安全和安保风险的主要关注点。然而,第 1 类放射源,例如包含商业应用中可用的最高活度放射源的全景辐照器,通常安装在专用设施内的大型固定设备中,因此更难进入和拆除。此外,上述放射源可能对处理人员造成直接或近期伤害,除非在拆除和运输放射源时对其进行充分屏蔽,否则不太可能成为盗窃的目标。

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1 在过去十年中,一直在考虑对安全问题进行风险分析和决策。U.S. NRC 已就该主题举行了公开会议,并提供了最近的演讲摘要(U.S. NRC, 2019b)。Garrick(2008 年,第 2 章和第 5 章)给出了量化恐怖主义风险事件的方法。

2 IAEA 网站 https://www.iaea.org/publications/search/type/implementing-guides 提供了完整清单。

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  1. 放射源中所含放射性同位素的半衰期。半衰期决定了风险的时间尺度。半衰期在几小时到几分钟或更短时间的放射源会对处理或靠近的任何人员构成严重的风险,但由于其衰减速度快,因此不会长时间污染区域。具有非常长寿命的放射性同位素(例如,数千年)的放射源不太活跃。作为本报告重点的放射性同位素,也是最常用的第 1、2 和 3 类放射源(钴 60、铯 137、铱 192、镅 241 和硒 75),其半衰期为范围从 74 天到 432.7 年,由于它们有可能长时间污染区域并导致区域拒止,因此对于恶意使用的图谋者极具吸引力。铯 137(半衰期为 30.17 年)失控事件的长期后果会导致区域拒止比铱 192(半衰期为 74 天)长得多。
  2. 放射源的物理化学形态和分散性。粉末是铯 137 的典型形式,比固体颗粒(钴 60 的常见形式)更容易雾化和分散。更易分散的放射源可能会导致对人员和结构的更多外部污染以及更大区域的拒止。因此,修复成本,特别是如果涉及的放射性同位素扩散到建筑物表面,将会更高。此外,更易分散的放射源更有可能通过呼吸或摄入对暴露的个体造成体内污染。出于这些原因,世界各国政府已将铯 137 (氯化铯盐形式)确定为在 RDD 中使用的主要威胁,并且多国政府正在采取措施减少或消除其在医疗、研究和商业应用中使用的放射源中的使用。
  3. 放射源聚集达到第 1 类或 2 类水平。尽管某些单个放射源的活度可能较低,但如果它们非常紧密地聚集在单个存储或使用地点,则总活度可能更高,因此会带来更大的安全和安保风险。不同环境中的几个放射源容易受到聚集的影响。这些放射源通常是便携式的,可以包括高剂量率近距离放射治疗放射源,以及用于射线照相和测井的放射源。IAEA、U.S. NRC 和其他机构和组织认识到与放射源聚集相关的风险。例如,U.S. NRC 在 10 CFR 第 37 部分(见第 2.4.1 节)中为任何拥有总量达到第 1 类或第 2 类水平的放射性物质的持证者提供了实体保护计划要求。
  4. 放射源流行。放射源的广泛使用为事故或转移创造了更多的可能性。在本研究范围内,最常见的放射源含有钴 60。2020 年,U.S. NRC 报告称,93% 第 1 类放射源和 85% 第 2 类放射源含有钴 60。使用放射源的设施数量越多,与该类型放射源相关的安全和安保风险就越大。
  5. 放射源的可携带性。安装在难以拆除的大型固定设备中的放射源比安装在更容易拆除的移动设备中或使用需要频繁和长途运输的设备中的放射源更安全。钴 60 放射源虽然普遍,但几乎都安装在固定设备中。然而,工业射线照相中使用的铱 192 放射源安装在移动设备中并且经常运输而且由于放射性同位素的半衰期较短而需要频繁更换。根据事件跟踪数据库(见第 2.5.3 节),工业应用中使用的铱192 放射源因为便携、易误放或易丢失导致了大多数涉及确定性健康影响的事故。铱 192 也是美国放射源交易中主要涉及的放射性同位素,因为其半衰期较短(74 天),需要每 3 到 4 个月更换一次。根据U.S. NRC 数据,大约 97% 的第 1 类和第 2 类放射源的交易涉及这种放射性同位素。3
  6. 放射源的可及性。限制访问的设施中的放射源可能不如不太限制访问的设施中的放射源易受到影响。例如,工业灭菌设施只允许授权人员进入,而医疗和研究设施通常可供访客进入。
  7. 安全和安保协议。安全和安保协议的可用性、其质量和有效性以及遵守这些协议的程度会影响放射性事件发生的可能性。协议的有效性通常取决于使用和储存放射源的场所的物理安全以及操作人员的培训水平。一旦发生放射性事件,当地可用的应急响应能力以及可以调动的缓解能力都会影响事件的后果。

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3 U.S. NRC 的 Margaret Cervera 于 2020 年 6 月 11 日向委员会作介绍。

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与安全和安保相关的放射性事件可能在放射源使用的整个生命周期中发生。图 2.1 展示了与上述放射源特性相关的可能出现的安全和安保放射性事件,并为评估辐射源的安全和安保风险提供了关键输入。针对每一事件类型,假设一系列非正常起始事件(参考风险范式:会出什么问题?)然后再描述故障模式以定义结果。针对导致这类结果的事件进行量化排序(参考风险范式:可能性有多大?)。

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图 2.1 与安全和安保风险相关的辐射源特性。
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2.3 放射安全和安保事件

本节总结了过去 10-15 年,即自 2008 年美国国家科学院报告发布以来发生的与安全和安保相关的放射性事件。2008 年之前发生的重大事件,包括墨西哥 Juarez (1983 年);乌克兰切尔诺贝利(1986 年);巴西Goiânia (1987 年);西班牙 Acerinox(1988 年);和尼日利亚油田(2002 年和 2004 年),并在其他地方阐述相关的经验教训(参见,例如,IAEA,1988 年,1998 年;NRC,2008 年)。印度 Mayapuri (2010 年);日本福岛(2011 年);墨西哥 Tepojaco(2013 年);和美国 University of Washington(2019 年)事件的简要说明紧随其后。

2.3.1 印度 Mayapuri,2010 年

2010 年 2 月,Delhi University 的一个研究辐照器在新德里的 Mayapuri 废钢市场拍卖,其中含有约 3,600 居里 (Ci) 或 1.33 × 1014 贝克勒尔 (Bq) 的钴 60。辐照器是在 1968 年购买的,但自 1985 年以来一直没有使用过,并始终存放在大学化学系。此次拍卖违反了国家有关辐射防护和放射源安全的规定。

在废料市场,放射源被工人拆除,但他们却不了解该设备的危险性。7 人接触到 0.6 至 6.8 格雷 (Gy) 的辐射剂量,1 人死亡。印度 Atomic Energy Regulatory Board 和国家应急响应机构参与了放射源回收行动(IAEA, 2013a)。16 支钴 60 光锥全部被回收,其中 4 支完好无损,其余散落成碎片。该事件凸显了与不适当处置放射源相关的风险。

2.3.2 日本福岛第一核电站事故,2011 年

2011 年 3 月 11 日,日本东部发生 9.0 级大地震,随后发生了 15 米的意外海啸,导致福岛第一核电站三个运行中的反应堆的供电和冷却系统损坏。虽然反应堆经得住地震的考验,但却无法承受海啸的摧残。福岛第一核电站事故被认为是自切尔诺贝利灾难以来最严重的核电站事故 (IAEA, 2015c)。

多个组织使用不同的模型对释放的总放射性进行了评估。最近,联合国 Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation 发布了一份关于福岛第一核电站事故造成的辐射暴露水平和影响的最新报告(UNSCEAR,2020 年),该报告大致证实了其先前发布的报告内容(UNSCEAR,2014 年)。然而,上一份报告中提及的某些公众接触的剂量却被高估了。此外,之前也有大量关于环境中放射性核素水平的新信息可用,特别是关于空气中释放的放射性核素浓度随时间及其物理化学形式的变化。

一般来说,裂变和活化产物的混合物被释放,现在估计碘 131 为 120 PBq,铯 137 为 10 PBq(UNSCEAR,2020 年)。这些估值分别约为 1986 年切尔诺贝利事故相应释放量的 7% 和 12%。大部分(约 80%)释放的物质散布在太平洋上空,但很大一部分散布在日本东部大陆上空。此外,现场还有福岛第一核电站直接向海中排放液体。

事故并未对工厂工人或公众造成直接的辐射引起的健康影响。在事故发生后的前 12 个月内参与响应和清理工作的工人接受的剂量约为 13 毫西弗 (mSv),但一小部分工人(0.8% 对应于少于 200 人)接受的有效剂量高于 100 mSv,最大有效剂量约为 680 mSv(UNSCEAR,2020 年)。自 2012 年 4 月以来,参与清理工作的工人的年有效剂量一直在下降。公众的有效剂量很低:成人撤离人员的剂量低于约 6 mSv,甲状腺的平均吸收剂量低于约 15 mGy,而切尔诺贝利事故的平均吸收剂量约为 30 mSv和 500 mGy。

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儿童甲状腺暴露于辐射的平均水平也较低,因为提前撤离、向居民提供稳定碘以及控制饮用水、鲜奶和食物,碘 131 的摄入有限(Kim 等,2016 年)。一些儿童的甲状腺剂量范围为 1 至 15 mGy。相比之下,切尔诺贝利事故期间暴露接触的幼儿的平均甲状腺剂量为 1,500 mGy(Samet 等,2018 年)。

福岛第一核电站事故后,为向公众保证其所受到的辐射剂量很低而为 18 岁或以下的儿童提供甲状腺超声检查,因此健康风险也很低。然而,检查结果出乎意料地发现,接受筛查的儿童中大量患有甲状腺癌(截至2019 年,筛查的约 300,000 名儿童中有 200 例),并引起居民和公众担心可能是由于暴露于事故辐射所致。检查结果同样引起了科学界和医学界对使用高灵敏度超声技术导致甲状腺筛查后过度诊断的担忧。

福岛县政府实施了福岛健康管理调查,以监测受影响人群的健康状况。迄今为止,调查中报告的最突出的健康影响是福岛撤离人员和居民因失去家人朋友、家园、工作和社区意识、剧烈搬迁以及因辐射暴露而感知到的健康风险所造成的心理影响(铃木等,2015 年、2018 年)。由于部分人遭受了三重灾难(大地震、毁灭性海啸和核事故)的综合影响,因此难以评估观察到的心理影响在多大程度上可以分别归因于每个灾难 (IAEA, 2015c)。为了帮助解决这些影响,县政府建立了福岛精神保健中心。

由于农业、制造业和旅游业的严重损失,自然灾害和福岛第一核电站事故给福岛县带来了严重的经济后果。整个日本的经济后果也相当严重,特别是在制造业和能源部门。在过去的 10 年中,福岛的经济重建工作逐步取得了进展,包括清理核场地,但这是一个艰难且代价高昂的过程。日本政府继续面临有关核电站去污的艰难决定,例如修复活动中受污染水如何处理以及从反应堆中清除和处置燃料碎片。2021 年 4 月,日本政府批准将超过 100 万吨的污染水从该核电站排放到海中。核设施清理费用预计在 40 年内将达到 35 万亿至80 万亿日元(约 3500 亿至 8000 亿美元)(JCER,2019 年)。此外,截至 2020 年 11 月,由于这次的三重灾难,居住在核电站附近并在日本政府的指示下被疏散的 40,000 多名居民仍处于疏散命令之下(FPG,2020 年)。

尽管福岛第一核电站事故不涉及本报告中提到类型的放射源,但却表明,涉及辐射的事件即使不会因辐射导致任何直接死亡,也会产生巨大的社会经济后果。

2.3.3 墨西哥 Tepojaco,2013 年

2013 年 12 月,一辆卡车将钴 60 远程治疗放射源从西北部城市 Tijuana 的一家医院运送到一个放射性废物储存中心,但在墨西哥城附近的 Tepojaco 被盗。劫车者不知道卡车上载有高活度(约 1,800 Ci 或 70 TBq)放射源;他们的目标只是偷卡车 (IAEA, 2013a)。事件发生 2 天后,执法部门收回了卡车和远程治疗仪器。放射性钴 60 源已从其防护罩中移除,但仍完好无损 (IAEA, 2013a)。因涉嫌盗窃卡车而被当局逮捕的六名男子似乎并未受到高水平辐射。这一事件凸显了与放射源运输相关的风险。

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2.3.4 University of Washington 辐照器事件,2019 年

2019 年 5 月 2 日,Department of Energy (DOE) 分包商 International Isotopes (INIS) 受命为 National Nuclear Security Administration (NNSA) 的移除和处置废弃放射源的工作从华盛顿州的 Harborview Research and Training Facility 回收 2,900-Ci (约 107-TBq)密封的铯 137 源。分包商试图降低拆除和处置过程中的意外困难,却导致释放出少量的铯,估计约为 1 Ci (37 GBq),导致 13 名接受有效剂量的工作人员和观察人员出现内部和外部污染,但不超过 0.55 mSv。该设施也受到污染,在恢复行动期间,200 多名研究人员和实验室工作人员被迫搬迁到其他空间,直接影响了 80 多个预算估计为数千万美元的资助研究项目。4

由 NNSA 和 Triad National Security, LLC 共同领导的联合调查小组完成了对该事件的为期 9 个月的审查,以确定根本原因和促成原因(DOE,2020 年)。从这次事件中吸取的教训包括对运营人员进行适当培训的重要性,以及更好地了解参与近期和长期回收行动的几个组织的作用和责任。事件发生后,NNSA 重新评估了与所有放射源回收相关的风险,并正在改变其回收放射源的方式。无论复杂程度如何,现在任何放射源回收工作都需要进行危害分析。截至 2021 年 2 月,修复活动已基本完成,预计设施将于 2021 年秋季重新投入使用。预计由 NNSA 支付的响应、回收、修复和重建费用将超过 1 亿美元。5

University of Washington 辐照器事件表明,即使是少量的放射性释放,在本例中为 1 Ci (37 GBq) 铯 137 (低于第 3 类的量),也会因中断相关设施的正常运行而产生巨大的经济成本。

2.4 美国放射源控制责任

授予放射源许可和确保放射源安全可靠使用的监管结构因国家而异,对这些结构的全面审查不在委员会的事务范围内。本节重点介绍美国的监管结构,与其他高收入国家有某些相似之处。在可能的情况下,委员会会与其他国家进行比较。

在美国,一些政府机构和实体负有监管或其他权威责任,以确保在医疗、研究和商业应用中安全可靠地使用放射源,并保护公众成员和环境免受在放射源安全或安保事件下可能出现的不利影响。以下各节描述了与委员会任务相关的机构和实体的作用。

2.4.1 U.S. NRC 和协议州

U.S. NRC 许可和管理放射性材料的民用,并提供与其使用相关的安全和安保要求。6 10 CFR 第 20 部分“辐射防护标准”,第 I 部分“许可材料的储存和控制”中的规定包括对所有放射性材料的安全要求,但法规明确豁免的那些材料除外。7U.S. NRC 于 2005 年 11 月发布了加强控制令,要求持有第 1 类和第 2 类材料的持证人为这类材料提供额外的安全保障。8 这些加强控制令最终被 10 CFR 第 37 部分中题为“放射性物质第1 类和第 2 类数量的物理保护”的法规所取代,该法规于 2013 年 5 月生效。9 第 37 部分概述了对物理安全、放射源监控、员工背景调查、设施安全计划、当地执法保护、培训和文档的要求。第 37 部分中包含的安全要求

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4 NNSA 的 Lance Garrison 于 2020 年 6 月 12 日向委员会作介绍。

5 NNSA 的 Lance Garrison 于 2021 年 2 月 25 日向委员会作介绍。

6 完整的 U.S. NRC 使命声明如下:“NRC 许可和监管国家对放射性材料的民用用途,以提供充分保护公众健康和安全的合理保证,促进共同防御和安全以及保护环境。”请参阅 https://www.nrc.gov/about-nrc.html

7 请参阅 https://www.nrc.gov/reading-rm/doc-collections/cfr/part020/part020-1801.html

8 查看以前发布的法令:加强控制令请访问:https://www.nrc.gov/security/byproduct/orders.html

9 请参阅 https://www.nrc.gov/reading-rm/doc-collections/cfr/part037/index.html

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使用 IAEA 放射源分类系统作为基础,并侧重于该材料导致迅速死亡的可能性和辐射的确定性影响。因此,第 37 部分仅适用于第 1 类和第 2 类放射源,因为它们可能(根据 IAEA 系统)造成严重损害。第 37 部分不适用于第 3 类、第 4 类和第 5 类放射源,除非累积达到或高于第 2 类阈值。

除了 U.S. NRC 之外,39 个协议国还根据《原子能法》第 274b 节的兼容性要求对放射性材料的使用进行了监管。协议州至少必须满足美 U.S. NRC 法规(与 U.S. NRC 法规兼容),并且在某些情况下,通过颁布比U.S. NRC 法规更严格的法规来履行其职责。U.S. NRC 或协议州也可能会施加许可条件。

放射性物质许可证分为两大类:一般许可证和特定许可证。美国民用部门有 19,300 个特定许可证和31,000 个通用许可证持有人使用放射性物质。10 这些许可证中的绝大多数 (80%) 由协议国监管。

U.S. NRC 将一般持证人定义为“获得、使用或拥有一般许可设备,并通过设备制造商/分销商的授权转让或通过变更公司所有权而收到设备的个人或组织仍在特定地点使用。”经营者根据一般授权可能拥有或使用的物品和材料在法规中有所规定。相比之下,拥有特定许可证要求用户在获得放射性物质之前提交许可证申请并获得许可证。对特定许可来源的其他要求包括遵守许可条件、定期更新以及 U.S. NRC 或协议州的定期检查。第 1 类和 2 类材料只能在特定许可下获得。第 3 类、4 类和 5 类放射源可以根据一般或特定许可证颁发。

需要特定许可证才能经销一般许可的设备。特定持证人可以向没有放射性物质许可证的人销售一般许可的装置,但一般持证人必须遵守监管要求。绝大多数(大约 80% 的一般许可设备持有者)没有本报告主题涉及的放射源,而是拥有道路自发光出口标志(含氚)、气相色谱仪(含镍 63)等放射源,或静电消除装置(含pol-210)。

2009 年,协议州组织向 U.S. NRC 提出请求,要求加强对某些一般许可放射源的监管控制。由于委员会内部的投票结果对半,请愿书未能做出决定(U.S. NRC,2009 年)。然而,U.S. NRC 确实授权协议州自行决定加强对一般许可放射源的控制,并且一些州对其部分一般持证人实施了此类加强控制(LLRWForum,2014 年)。

国家放射源追踪

IAEA 行为守则(IAEA,2004 年)呼吁成员国建立一个国家放射源登记册,至少跟踪所有的第 1 类和 2 类放射源。行为守则还指出,成员国应致力于统一登记册的格式,以促进有关被追踪放射源的信息交流。U.S. NRC 的国家放射源追踪系统 (NSTS) 是第 1 类和 2 类放射源的国家登记处。

NSTS 是一套称为综合源管理组合 (ISMP) 的信息技术工具的一部分,旨在支持放射性物质的安全和控制。其他系统包括基于 Web 的许可授权 (WBL) 和许可验证系统 (LVS)。构成 ISMP 的各个系统分别执行以下功能:

  • NSTS 是个信息技术系统,跟踪第 1 类和 2 类放射源,从其制造或进口到被处置或出口,或者直到衰减到第 2 类阈值以下。所有持证人,无论是 U.S. NRC 还是协议州,都必须向 NSTS 报告其第 1 类和第 2 类放射源。

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10 U.S. NRC 的 Margaret Cervera 于 2020 年 1 月 30 日向委员会作介绍。

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  • WBL 是一个基于 Web 的存储库,包含 U.S. NRC 和协议州针对拥有第 1 类和第 2 类数量的放射性物质签发的许可证。该数据库中报告了所有 U.S. NRC 许可证。协议州可以自行选择是否使用 WBL 作为其许可数据库。但是,如果协议州不使用 WBL 作为其数据库,仍必须向 U.S. NRC 提供第 1 类和第 2 类许可证的最新副本,以将其纳入数据库。
  • LVS 是第 1 类和第 2 类许可证的国家验证系统,旨在确保只有获得授权的许可证持有者才能获得授权数量的放射性物质。LVS 使用存储在 WBL 和 NSTS 中的信息。

存储在 NSTS 中的数据是按离散放射源组织的,而不是按设备或用途组织的,WBL 中的数据是按总拥有量组织的,而不是按设备组织的。据 U.S. NRC 称,NSTS 的部署加强了对高风险放射源的问责。具体而言,加强了U.S. NRC 和协议州进行检查和调查、向其他政府机构传达信息以及验证被追踪来源的合法拥有和使用的能力。11U.S. NRC 要求拥有第 1 类和第 2 类放射源的持证人在转移或从其他持证人处接收放射源时更新 NSTS。U.S. NRC 不要求持证人声明放射源目前是在使用中还是在长期储存中。NSTS 追踪大约 80,000 个第 1 类和第 2 类放射源。在这些放射源中,大约 52% 是第 1 类放射源。12

U.S. NRC 和协议州法规要求拥有第 1 类和第 2 类放射源的许可证持有者每年将实物放射源清单与NSTS 中的放射源清单进行核对。13核对过程包括确认 NSTS 中的数据正确并解决 NSTS 与实物放射源清单之间的任何差异。

保存在 NSTS、WBL 和 LVS 中的信息不公开可用,U.S. NRC 不在公开报告中发布汇总数据。U.S. NRC 定期与其他联邦合作伙伴共享来自 NSTS 的数据,包括 NNSA、Department of Homeland Security (DHS) 和Federal Bureau of Investigation,以支持了解当前局势。14

2020 年,NTI 发布了首个放射源安全评估,评估了 175 个国家和台湾对防止高危放射性物质被盗的国家政策和承诺,但没有对国家进行排名或评分。NTI 报告提出了对高风险放射源安全的担忧,除其他外,该报告指出,在接受审查中,近三分之二国家缺乏有效的放射源登记册。该报告的作者指出,分析中使用的方法不涉及深入的国家研究,而是依赖于现有数据库和其他综合信息来源(NTI,2020 年)。NSTS 在该分析中不符合“活跃注册”的条件,具体原因委员会并不清楚。15

第 3 类放射源

与所有获得特别许可的放射性和核材料类似,第 3 类放射源受 10 CFR 第 20 部分的安全要求的约束,并且在储存时必须防止未经授权的访问或移动,并且在不储存时受到持续监视和控制。此外,所有第 3 类放射源都受到针对其应用的特定控制。例如,测井中使用的放射源(参见第 6.3 节)也受 10 CFR 第 39 部分中的规定约束,其中包括存量维护、操作监督和安全运输的要求。拥有放射源的其他持证者有针对其预期用途的规定。但是,如前几节所述,10 CFR 第 37 部分中的安全法规和报告要求不适用于第 3 类放射源,除非累积达到或高于第 2 类阈值。U.S. NRC 曾多次考虑将其与第 3 类放射源相关的法规更改为更严格的法规。

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11 请参阅 https://www.nrc.gov/security/byproduct/ismp/nsts/overview.html

12 U.S. NRC 的 George Smith 给国家科学院 Ourania Kosti 来信,2021 年 2 月 5 日。

13 10 CFR § 20.2207(g)“涉及国家追踪放射源的交易报告”以及同等的协议州法规要求统一协调。

14 U.S. NRC 的 George Smith 给国家科学院 Ourania Kosti 来信,2021 年 2 月 5 日。

15 NTI 的 Sammantha Neakrase 于 2021 年 1 月 6 日向委员会作介绍。

Suggested Citation:"放射源的使用、风险和控制." National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. 2022. Radioactive Sources: Applications and Alternative Technologies: Chinese Version. Washington, DC: The National Academies Press. doi: 10.17226/26452.
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2008 年,U.S. NRC 考虑在刚刚建立的 NSTS 中纳入第 3 类放射源和 第 4 类放射源的子集。这些放射源包括固定工业仪表、测井设备、高剂量率和低剂量率近距离放射治疗以及某些放射照相设备。当时预计纳入第 3 类放射源将导致大约 1,000 名持证人增加 NSTS 报告要求,或者几乎导致向 NSTS 报告的持证人数量翻番。大多数关于拟议规则的建议信反对 NSTS 扩大范围,原因如下:

  1. 该规则为时过早,需要推迟,以便有时间利用 NSTS 对第 1 类和第 2 类放射源的实际经验分析在NSTS 中添加这些放射源的监管负担。
  2. 在 U.S. NRC 向系统添加多个第 3 类和第 4 类放射源之前,NSTS 需要全面运行并成功追踪第 1 类和 2 类放射源。
  3. 在 NSTS 承担额外的财务负担之前,需要对这些放射源造成的安全风险进行额外的论证(U.S. NRC,2009 年)。

2009 年 6 月 30 日,U.S. NRC 宣布委员会“无法就工作人员关于发布扩大放射源数量和类型的最终规则的建议做出决定”(U.S. NRC,2009 年)。

2014 年再次审查了更严格的第 3 类放射源法规的适当性,当时 U.S. NRC 需要通过立法授权评估 10 CFR 第 37 部分要求的有效性,并确定这些要求是否提供了足够的保护。该机构得出结论,根据当时的威胁、脆弱性和后果评估,仅限于第 1 类和 2 类放射源的 10 CFR 第 37 部分的范围是合适的 (U.S. NRC, 2014b)。最近,U.S. NRC 专员要求工作人员评估是否需要修订与放射源保护和问责制相关的法规或流程。推动这一要求的是 Government Accountability Office (GAO) 关于危险材料控制的报告(GAO,2016 年),该报告建议U.S. NRC 采取措施,

  1. 将第 3 类放射源纳入 U.S. NRC 用于管理放射源信息的电子系统。
  2. 要求向潜在接收方(要求为持证者)转移大量第 3 类放射性物质的持证者向监管机构或 U.S. NRC 电子信息管理系统确认接收者许可证的有效性。
  3. 考虑要求对监管机构不知道的所有第 3 类许可证申请人进行现场安全审查。

应委员会的要求,U.S. NRC 和协议州成立了一个联合工作组,即第 3 类放射源安全和责任工作组,以评估该机构是否应要求对第 3 类材料采取额外的安全措施。工作组确定此类材料不符合 U.S. NRC 设定的立即死亡和确定性健康影响阈值;没有证据表明通过盗窃获得第 3 类数量的材料存在对抗性利益;自 U.S. NRC 首次评估以来,含有第 3 类数量放射性物质的设施的安全漏洞并没有增加;并且使用第 3 类材料的 RDD 的后果不足以需要额外的安全措施。16

根据工作组的威胁、脆弱性和后果分析,U.S. NRC 工作人员确定数据不能证明与监管变更相关的成本是合理的,并建议委员会不要修改法规以要求对第 3 类放射性物质进行许可证验证或对此类材料施加安全要求,以防止将第 3 类材料累积达到第 2 类数量阈值。该报告建议委员会批准制定规则,要求在向未知实体

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16 这些工作的分析和建议记录在 SECY-17-0083(U.S. NRC,2017 年)中。

Suggested Citation:"放射源的使用、风险和控制." National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. 2022. Radioactive Sources: Applications and Alternative Technologies: Chinese Version. Washington, DC: The National Academies Press. doi: 10.17226/26452.
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授予许可证之前要求安全和安保设备到位,并澄清涉及数量低于第 2 类阈值的放射性物质的转让的许可证验证方法。在撰写本文时,U.S. NRC 尚未就拟议的工作人员重新评估第 3 类放射源问责制发布指示。

放射源存量趋势

委员会向 U.S. NRC 进行了多次询问,以了解过去 10-15 年的当前放射源存量和存量趋势。委员会了解到,确定一段时间内获得许可的设备数量(例如,过去 10 年获得许可的铯 137 辐照器的数量)将需要访问NSTS 和 WBL 以匹配离散放射源与持有限制和授权使用。这样做会占用大量资源,U.S. NRC 无法向委员会提供信息。U.S. NRC 另外告诉委员会,在过去几年中,材料被许可方的数量略有下降,U.S. NRC 和协议州预计这一总体趋势将持续下去。下降趋势一部分可以通过设施(例如医疗设施)的合并和持证人整合来解释。

在 NSTS 之前(从 2004 年到 2008 年),U.S. NRC 维护过一个临时数据库,旨在收集设备和放射源的一次性清单。自愿向临时数据库报告。临时数据库中记录了大约 40,000 个 1 类和 2 类放射源(NRC,2008 年)。临时数据库中的数据于 2008 年转移到 NSTS。在实施的第一年(2009 年),NSTS 追踪了大约 60,000 个放射源,这意味着由于临时数据库的自愿性质,先前低估了第 1 类和第 2 类放射源的清单。解释在 NSTS 追踪的放射源数量更多的另一个因素是其包含不属于临时数据库一部分的 DOE 放射源。截至 2021 年 2 月,NSTS 中大约 3% 的放射源在 DOE 权限范围下。17 如前所述,截至 2021 年 2 月,NSTS 追踪了大约 80,000 个第 1 类和 2 类放射源。换而言之,第 1 类和 2 类放射源的存量从 2009 年到 2021 年增加了约 30%。

U.S. NRC 在提供关于促使美国第 1 类和 2 类放射源存量增加的原因的准确信息方面具有独特优势。这需要对存储在构成 ISMP 的不同数据库中的数据进行分析。委员会无法从 U.S. NRC 收到有关导致存量增加的原因的信息。然而,根据对过去 10-15 年不同应用中放射源使用情况的分析和趋势评估,委员会得出结论,放射源存量增加的最大原因可能是钴 60 在工业灭菌方面,特别是在医疗器械灭菌方面的使用。

如第 5 章所述,由于对现有医疗设备的需求不断增加以及18新产品的出现,美国的医疗设备市场正以每年 5% 至 7% 的速度增长。美国医疗器械灭菌市场的增长速度与医疗器械市场大致相同。尽管越来越多地使用替代技术进行医疗器械灭菌,但在美国和国际上,钴 60 仍然是该应用最常见的辐射模态。

由于 NSTS 中缺乏对第 3 类放射源的报告要求,U.S. NRC 没有关于目前在美国获得许可的第 3 类放射源数量的信息。2008 年左右,U.S. NRC 进行了一次性数据收集,估计第 3 类放射源数量约为 5,200 个。这个数字很可能被低估了。如果与第 1 类和 2 类放射源相比,类似的因素适用于第 3 类放射源(即,当 U.S. NRC 在 2008 年执行一次性数据收集时(也是自愿的),放射源数量被低估了 50%,并且清单以与第 1 类和 2 类放射源相同的速度增加),今天美国可能有超过 10,000 个第 3 类放射源。无独有偶,一些专家已假设第 3 类放射源的数量超过第 1 类或第 2 类放射源的数量。对第 3 类放射源的追踪将阐明这个问题。

委员会没有对放射源清单的国际趋势进行全面审查。但是,委员会提出请求并收到了 Canadian Nuclear Safety Commission (CNSC) 提供的有关该国密封放射源追踪系统 (SSTS) 的信息。19 在概念上与 NSTS 类似,SSTS 追踪加拿大所有进口和出口的第 1 类和 2 类密封放射源的创建和移动。同样与美国类似的是加拿大的第 1 类和 2 类放射源的存量在过去十年中有所增加,但增幅更大。具体而言,2010 年 SSTS 追踪的第 1

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17 2021 年 2 月 24 日,U.S. NRC 的 Margaret Cervera 和国家科学院的 Ourania Kosti 之间的电子邮件通信。

18 Sotera Health Services, LLC 的 Kathleen Hoffman 于 2020 年 10 月 13 日向委员会作介绍。

19 CNSC 的 Eric Lemoine 给国家科学院 Ourania Kosti 来信,2021 年 2 月 25 日。

Suggested Citation:"放射源的使用、风险和控制." National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. 2022. Radioactive Sources: Applications and Alternative Technologies: Chinese Version. Washington, DC: The National Academies Press. doi: 10.17226/26452.
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类放射源约 2600 个,第 2 类放射源 22500 个,2019 年追踪的第 1 类放射源近 7000 个,第 2 类源 65000 个;也就是说,追踪的放射源数量增加了一倍多。根据 CNSC 的说法,放射源存量的增加可归因于废弃或耗尽的放射源返回制造商进行回收或长期储存,放射源因腐烂而改变类别,以及在加拿大制造的密封放射源数量增加。加拿大的放射源追踪趋势在年度报告中公开,并在 CNSC 网站上在线发布。

SSTS 不跟踪第 3 类放射源,因此尚未准确确定加拿大第 3 类放射源的数量。但是,CNSC 每年都会要求持证人将所有放射源的清单保存在可搜索文件中。在此过程的基础上,CNSC 2019 年报告了 57,000 多个第 3 类放射源。CNSC 不打算在其放射源跟踪系统中纳入第 3 类放射源,并指出该决定是“基于掌握风险的方法,考虑到了当前的存量报告机制”。20 在强制跟踪第 3 类放射源时,CNSC 确定了与三个先决任务相关的挑战:

  1. 升级现有数据库,支持交易量和在线用户的增长。
  2. 修改大量许可证以强制追踪第 3 类放射源。
  3. 在短时间内向持证人请求并获取所需信息。

2.4.2 National Nuclear Security Administration

DOE NNSA 内的 Office of Radiological Security (ORS) 制定了三管齐下的高活度放射源安全战略:

  1. 用于医疗、研究和商业目的的放射源的保护;
  2. 废弃放射源的拆除和处置;和
  3. 通过促进非放射性同位素替代技术的采用和发展,减少全球对放射源的依赖。

在第一项工作中,NNSA 与 U.S. NRC、材料许可证持有者、州、地方和部落政府以及其他联邦机构合作,通过提供自愿的安全增强措施,在现有监管要求的基础上再接再厉。这些加强措施范例包括自愿安全升级,例如氯化铯辐照器硬化和特定于设施的安全升级;对当地执法部门进行专门培训,以更好地应对核材料和放射性材料设施的警报;及安保措施,包括货物加固、警报评估和货物跟踪的试验台和自愿试点示范。迄今为止,近 575 家许可证持有者(代表近 950 座包含高风险放射源的建筑物)已与 NNSA 合作升级其物理安全措施。除了符合 10 CFR 第 37 部分要求所需的保护之外,这些升级提供了额外的保护。NNSA 还为测井和工业射线照相中使用的移动放射源提供额外的安全加强和追踪技术。

对于第二项工作,ORS 通过 Los Alamos National Laboratory 和 Idaho National Laboratory 实施放射源拆除。ORS 拆除对国家安全、健康和安全构成潜在风险的多余的、不需要的或废弃的放射性密封源(见第 2.8.5 节)。

在第三项工作中,ORS 通过 DOE 和 NNSA 国家实验室减少对放射源的依赖。2014 年,ORS 启动了Cesium Irradiator Replacement Project (CIRP),通过提供激励措施用非放射性同位素替代技术代替铯 137

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20 CNSC 的 Eric Lemoine 给国家科学院 Ourania Kosti 来信,2021 年 2 月 25 日。

Suggested Citation:"放射源的使用、风险和控制." National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. 2022. Radioactive Sources: Applications and Alternative Technologies: Chinese Version. Washington, DC: The National Academies Press. doi: 10.17226/26452.
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和钴 60 血液和研究辐照器来减少美国使用的铯 137 和钴 60 源的数量。该项目在侧边栏 1.2 中有详细描述。ORS 另外为替代技术的研究和开发(见第 3.6 节)以及评估替代技术与放射源应用等效性的比较研究(见第 5.2.3 节)提供资助。最后,ORS 与国际合作伙伴合作,通过政治参与、外展、实施或技术交流来开发替代技术考虑。这项工作的一部分是通过参与高活度放射源技术替代方案的利益攸关方国家特设会议支持网络和信息交流。迄今为止,NNSA 已支持 5 次工作组会议,大约 60 名来自 26 个国家的参与者参加了会议。此外,NNSA 还共同赞助有关替代技术相关主题的研讨会和由此编制的出版物。

2.4.3 其他机构

美国境内的其他几个机构在将放射源用于特定应用方面发挥着作用,并承担责任。

Food and Drug Administration (FDA)

FDA 监管辐射发生设备(即电子产品和医疗设备)和辐射产品(包括血液和食品)的制造商。FDA 内的不同办公室负责相关法规。例如,器械和放射健康中心 (CDRH) 和生物制品评估与研究中心 (CBER) 通过联合谅解备忘录 (MOU) 规范血液辐照器和血液辐照程序。CDRH 通过 510(k) 流程与 CBER 协商血液辐照器的市场许可,该流程21涉及与合法销售宣传进行比较。食品安全和应用营养中心负责监管食品的辐照。

Department of Transportation (DOT)

DOT 与 DHS 和 U.S. NRC 是放射性物质安全运输的共同监管机构。谅解备忘录 (U.S. NRC, 2015a) 中描述了 DOT 和 U.S. NRC 在监管放射性物质运输方面的作用。谅解备忘录包括制定安全标准和法规;包裹审查、检查和执行;事故和事件报告;和信息共享。

所有放射性材料的运输都必须根据 DOT 和 U.S. NRC 规定进行包装和运输。所需的放射性运输容器和包装由运输材料的性质和形式及其放射性水平决定。放射性材料的运输容器和包装可分为例外包装、工业包装、A 型包装和 B 型包装。只有 A 型和 B 型包装与本报告中审查的放射源类型(1 类、2 类或 3 类放射源)的转移有关。所有 2 类和 3 类放射源都必须以 A 类或 B 类包装运输,具体取决于所运输放射源的活动。所有 1 类放射源都必须以 B 类包装运输。A 类和 B 类包装必须通过某些测试,以证明在不泄露其内容物的情况下保持其完整性的能力。22

U.S. Department of Agriculture (USDA)

USDA 的动植物卫生检验局规定了通过高效杀灭或灭菌来防止有害生物传入或传播的措施(植物检疫处理,参见第 5.3 节)。

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21 510(k) 是向 FDA 作出的上市前提交,以证明要上市的设备与合法上市的设备一样安全有效。首次在商业经销中引入一款设备时,当对已上市设备进行更改或修改可能会显著影响其安全性或有效性以及其他一些情况时,需要 510(k)。

22 请参阅 https://www.nrc.gov/reading-rm/doc-collections/cfr/part071/full-text.html

Suggested Citation:"放射源的使用、风险和控制." National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. 2022. Radioactive Sources: Applications and Alternative Technologies: Chinese Version. Washington, DC: The National Academies Press. doi: 10.17226/26452.
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National Institute of Standards and Technology (NIST)

NIST 的辐射物理部门拥有多个放射源,包括铯 137 和钴 60,以维持空气比释动能(每单位质量释放的动能)和吸收剂量的国家准。NIST 的主要任务之一是将空气比释动能和吸收剂量标准数据传播给二级校准设施和最终用户(见第 6.4 节),以用于辐射检测仪器的校准。

2.5 放射源事件跟踪

委员会了解到三个数据库适用于跟踪错放或被盗核材料和放射源的事件。这些数据库的目标是通过识别事件和趋势的共同特征来提高核与辐射安全。向这些数据库报告或由这些数据库报告的事件表明,涉及放射性物质的损失和未经授权的活动(例如盗窃和非法贩运)经常发生。报告的信息还强调需要加强管理其使用、储存、运输和处置的法规。通过检查报告的数据,委员会能够得出以下意见:

  1. 涉及高危 1 类和 2 类放射源的事件比较少见;
  2. 涉及 4 类和 5 类医疗和工业放射源的事件最为常见;
  3. 放射源的运输产生脆弱性;
  4. 更严格的安全法规可降低放射源被盗或丢失的风险;
  5. 并非所有放射源在报失或被盗后都能找回;和
  6. 数据库可能低估了被盗或丢失放射源的实际数量。

2.5.1 IAEA 事件和追踪数据库

IAEA 维护着关于非法贩运事件和其他未经授权的活动以及涉及不受监管控制的核材料和其他放射性物质(包括丢失或被盗的放射源)的事件和贩运数据库 (ITDB)。成员国自愿参与其报告系统,并就向该机构披露的内容制定自己的标准。汇总的 ITDB 数据通过 IAEA 报告公开提供,特别是 ITDB 概况介绍。最新的ITDB 情况说明书于 2020 年发布,包含截至 2019 年的数据 (IAEA,2020a)。

1992 年至 2019 年间,ITDB 报告了 3,689 条条目,其中 8% 涉及已确认或可能存在贩运或恶意使用行为的事件,64% 与贩运或恶意使用无关。据报道,其余条目 (28%) 的性质尚未确定;也就是说,没有足够的信息来确定事件是否与贩运或恶意使用有关(见图 2.2a 和 b)。在 ITDB 的 27 年报告期内,近三分之二 (60%) 的事件涉及放射源。总体而言,向 ITDB 报告的被盗或获得的放射源少于 200 个,用于贩运或恶意使用——大约每年 8 个——相比之下,每年大约有 80 个似乎只是丢失或其他无关贩卖或恶意使用的事件。

向 ITDB 报告的大部分盗窃和丢失是工业或医疗应用中使用的第 4 类和第 5 类放射源。大多数报告被盗或丢失的工业放射源用于无损检测以及用于建筑和测井的应用,并且包含诸如铱 192、铯 137 和镅 241 等同位素。

1、2、3 类放射源的回收率高。大多数与 4 类和 5 类放射源有关的事件没有确认其回收的后续报告(IAEA, 2020a)。2019 年,向 ITDB 报告了 189 起事件,涉及 2 至 5 类放射源。

Suggested Citation:"放射源的使用、风险和控制." National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. 2022. Radioactive Sources: Applications and Alternative Technologies: Chinese Version. Washington, DC: The National Academies Press. doi: 10.17226/26452.
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图 2.2(a) 1993-2019 年向事件和贩运数据库报告的事件。(b) 2010-2019 年期间的事件趋势。
来源:IAEA 的 Jose Garcia-Sainz 于 2020 年 6 月 10 日向委员会作介绍。

2.5.2 核材料事件数据库

U.S. NRC 在 Idaho National Laboratory 的支持下,自 1990 年以来一直维护核材料事件数据库。该数据库包含涉及许可放射性物质的事件记录,包括丢失、废弃或被盗的放射源或持证人或协议州向美国核管理委员会报告的其他物质。自成立以来,该数据库已积累了大约 25,000 条涉及放射性物质的事件记录。2007 年至今的年度报告可公开获取;委员会审查的最新报告包括截至 2019 年的数据 (U.S. NRC, 2020c)。大多数报告丢失、被盗或放错地方的放射性物质属于 4 类或 5 类,涉及移动或便携式源和设备。在出现这类材料丢失、被盗或放错地方时,它们通常不会对工人或公众造成伤害,而且大多数都可以找回。

对事件的分析表明,自 10 CFR 第 37 部分发布以来,核材料事件数据库中报告的盗窃数量有所减少。具体而言,自条例发布以来,未发生 1 类放射源被盗事件,2 类放射源被盗事件 6 起,其中 5 起被追回。未回收的放射源衰减低于第 2 类阈值(U.S. NRC,2018 年)。

2017 年,大约有 249 个放射源丢失、遗弃或被盗。其中三分之一尚未收回。在丢失的 249 个放射源中,没有一个是第 1 类,7 个是 2 类铱 192 放射源,一个是第 3 类铱 192 近距离放射治疗源。除了一个 2 类放射源外,所有放射源均已收回(U.S. NRC,2018 年)。

Suggested Citation:"放射源的使用、风险和控制." National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. 2022. Radioactive Sources: Applications and Alternative Technologies: Chinese Version. Washington, DC: The National Academies Press. doi: 10.17226/26452.
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2.5.3 全球事件和贩运数据库

自 2013 年以来,James Martin Center for Nonproliferation Studies (CNS) 在 NTI 的资助下一直维护着全球事件和贩运数据库(CNS,2019 年)。自数据库创建以来,CNS 的研究人员使用开源报告和其他公开信息在全球范围内确定了 1,000 多起事件。大多数事件是从北美报告的(见图 2.3),但这可能与美国和加拿大更透明的报告系统有关。这些事件中约有一半涉及放射性物质,最常报告丢失或被盗的是铯 137 放射源(见表 2.1)。

2018 年,记录了 5 起故意贩运核材料和其他放射性材料的案件:

  • 乌克兰安全部门逮捕了六名据信是国际放射性材料走私团伙成员的人。这些人在一次刺杀行动中试图向警方出售数量不明的镭 226 后被捕。目前尚不清楚这些人是如何获得这些材料的。
  • 乌克兰安全部门没收了一个包含放射性物质的装置,该人计划将该装置出售并邮寄到一个未具名的欧洲国家。
  • 荷兰的四家废金属经销商在当局认定他们非法销售用于船舶压载块的放射性废金属后被捕。
  • 俄罗斯谢列梅捷沃机场海关在来自意大利的包裹中发现了一种“黄色放射性矿物”。据推测,材料已被没收。
  • 俄罗斯奥伦堡的海关官员从一名哈萨克斯坦公民驾驶的卡车上没收了 292 个“医疗奖章”。据报道,这些奖章被走私到该国,伽马辐射登记值为比背景值高 20 倍。
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图 2.3 全球事件和贩运数据库报告的按区域划分的核或放射性材料丢失事件。
来源:CNS,2019 年。由 James Martin Center for Nonproliferation Studies (CNS) 为 Nuclear Threat Initiative 制作。

Suggested Citation:"放射源的使用、风险和控制." National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. 2022. Radioactive Sources: Applications and Alternative Technologies: Chinese Version. Washington, DC: The National Academies Press. doi: 10.17226/26452.
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表 2.1CNS 全球事件和贩运数据库中按材料类型报告的事件

主要关注的 RDD 材料 事件,2018 年 事件,2013–2018 年
铯 137 (Cs-137) 37 280
镅 (Am-241) 40 247
铱 192 (Ir-192) 7 60
镭 226 (Ra-226) 8 44
钴 60 (Co-60) 4 24
锶 90 (Sr-90) 及其衰变产物钇 90 (Y-90) 4 29
锎 252 (Cf-252) 0 5
硒 75 (Se-75) 1 4
钚 238 (Pu-238) 0 2
钚 239 (Pu-239) 2 7
镱 169 (Yb-169) 0 1
铥 170 (Tm-170) 0 0
小计 103 703
特别案例总数 74 502

来源:CNS,2019 年。由 James Martin Center for Nonproliferation Studies (CNS) 为 Nuclear Threat Initiative 制作。

2.6 物理放射源跟踪

如前几节所述,便携式且经常在运输途中的放射源很容易被盗或转用。便携式放射源包括射线照相相机和油井测井设备,由于它们在造船厂、发电厂和油气田中的应用,经常处于运输途中。

涉及盗窃便携式放射源的事件并不一定意味着肇事者正试图窃取放射源以实施破坏。相反,他们往往会因为被盗物品的感知价值而想要偷走车辆本身或车辆内部的设备。拥有一种在运输过程中跟踪含有放射源的装置的物理移动的方法有助于及时回收。

2012 年,World Institute for Nuclear Security 和 World Nuclear Transport Institute 出版了一份指南,以帮助放射源的用户和运输者做出有关放射源跟踪的知情决定(WINS 和 WNTI,2012 年)。该指南描述了跟踪系统的一般特征,该系统由一个电子装置组成,通常连接到运载放射源的运输车辆或固定在包含放射源的设备上,或两者兼而有之。来自电子设备的信号将由全球定位系统 (GPS) 卫星(提供 3 米以内的定位精度)和蜂窝通用无线电分组服务 (GRPS) (提供冗余以确保位置确定)检测到。该指南指出,在世界上有些偏远地区,GPS 和 GRPS 覆盖不可用或不可靠。其他考虑因素是确保信号设备具有可靠的电源,例如长寿命电池,为操作和控制中心提供持续的人员配备,以及与响应部队快速协调和通信。

当运输跨越国际边界甚至是美国各个州等国家/地区的边界时,确保响应部队做好准备尤其具有挑战性。不同的响应部队可能有不同的通知及从一个管辖区的响应部队移交给另一个管辖区的响应部队的要求。跟踪和响应系统的主要要求是在攻击者可以完成滥用放射源的任务之前向响应部队发出警报并让部队到达现场。

Suggested Citation:"放射源的使用、风险和控制." National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. 2022. Radioactive Sources: Applications and Alternative Technologies: Chinese Version. Washington, DC: The National Academies Press. doi: 10.17226/26452.
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跟踪技术的重点是拥有安全可靠的手段来了解上述类型的便携式放射源的下落。例如,韩国开发了辐射源位置跟踪 (RADLOT) 系统,该系统使用 GPS 和码分多址 (CDMA) 网络,旨在实时监23测工业射线照相放射源。RADLOT 系统拥有众多移动终端、一个中央控制中心和一个安全的通信网络。除了实时跟踪传输中的射线照相源外,还配有一个辐射监测器,可以检测来自放射源的辐射,让操作员知道检测器是否已从射线照相设备上拆下(Jang,2019 年)。

在 2012 年首尔核安全峰会期间,韩国宣布有意与 IAEA 合作,在越南部署 RADLOT 系统作为试点项目。越南有大约 700 个移动放射源在使用中,600 个放射源在存储中,大约 40 家公司或团体拥有这些放射源的所有权(Phi 等,2018 年)。2015 年,Korea Institute of Nuclear Safety 开始将 RADLOT 技术转移到越南,2017 年,30 台 RADLOT 探测器被部署到使用射线照相相机进行测试的持证人和公司(Phi 等,2018 年)。

在美国,ORS 赞助了 Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) 开发的移动源传输安全 (MSTS),用于跟踪工业射线照相和测井源。在向委员会介绍时,PNNL 项目负责人解释称,跟踪系统所需的特性是增强设备的安全性、成本效益、可靠性、稳健性以及有效的警报和报警通讯。24 与 RADLOT 一样,MSTS 使用安全的卫星和蜂窝通信网络,并有辐射传感器来检测传输中的放射源与信号设备的接近程度。MSTS 的下一步是建立商业伙伴关系,实施制造和经销计划,并在制造商、经销商和用户之间建立责任。

另一种物理放射源跟踪设备是部署在法国的 NucTrack Solution 跟踪系统。该系统功能类似于 RADLOT 和 MSTS 系统。Nuc21 是开发 NucTrack Solution 的公司,旨在将该系统部署到其他欧洲国家(Moreau,2019 年)。

在未来几年,挑战将是在全球数十个国家部署跟踪系统,这些国家/地区使用了 10,000 多个便携式放射源。向委员会通报情况的 PNNL 代表指出,工业界采用这些系统的动机是防止在运输过程中滥用放射源,进而对业务有利。正如越南的示例所证明的那样,缺乏资源的国家可能需要财政和技术援助,并可能受益于IAEA 推动的技术合作。

2.7 放射源后果分析

目前已从使用的放射源和地点角度制定出一些 RDD 的潜在场景,以用于确定保护行动的优先级和响应指南,并评估可能对人群的直接和长期暴露。鉴于使用 RDD 的恐怖组织的可能目标是造成大规模恐慌和经济破坏,其中多数场景都是基于大都市或农业区的 RDD 爆炸。

Sandia 进行的研究预估了涉及 RDD 事件的三种场景的经济影响,以为放射性材料安全计划提供资讯:

  1. 在曼哈顿下城使用第 1 类放射源引爆 RDD;
  2. 在曼哈顿下城使用第 3 类放射源引爆 RDD;和
  3. 在加利福尼亚州的一个农业区使用第 1 类放射源引爆 RDD。

加利福尼亚州 RDD 场景分析和结论尚未公开。曼哈顿 RDD 场景的分析也未公开,但已报告了一般结论,具体可参见向委员会提交的报告。25 这些分析采用建模来评估事件阶段的物理影响、应急响应和经济影

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23 CDMA 网络允许多个发射机通过单个通信信道同时发送信息。

24 Pacific Northwest National Laboratory 的 Brian Higgins 和 Fredrick Mauss 于 2020 年 9 月 9 日向委员会作介绍。

25 Sandia 的 Larry Trost 和 Vanessa Vargas 于 2020 年 4 月 29 日向委员会作介绍。

Suggested Citation:"放射源的使用、风险和控制." National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. 2022. Radioactive Sources: Applications and Alternative Technologies: Chinese Version. Washington, DC: The National Academies Press. doi: 10.17226/26452.
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响。经济影响预计为整个事件阶段的国内生产总值 (GDP) 损失,并考虑了身体和社会心理影响(见表 2.2)。Sandia 分析报告称,涉及使用第 1 类或第 3 类放射源的 RDD 事件可能会产生巨大的负面经济影响,而且影响超出了实际受污染区域。分析同样报告称,使用监管更少的 RDD(在安全和国家数据库中的放射源跟踪方面)第 3 类辐射源的影响与使用第 1 类放射源的 RDD 影响相似。涉及第 1 类或第 3 类放射源的 RDD 预计会从区域外汲取资源,可能影响供应链,并影响消费者对受影响区域商品的需求。因此,经济后果会在更大的经济体中产生涟漪效应。具体而言,使用第 1 类放射性物质的 RDD 使 GDP 减少了大约 300 亿美元。使用第 3 类放射性物质的 RDD 使 GDP 减少了大约 240 亿美元。也就是说,释放材料的活度降低 90% 以上只会导致经济效果降低 20%。

Sandia 分析估计,使用第 1 类或第 3 类放射源引爆 RDD 会造成相当数量级的人员疏散伤亡(GAO,2019 年)。首次爆炸预计几乎没有死亡人数,并且在任何一种场景下都没有因直接辐射暴露而造成的死亡人数。Sandia 分析没有提供随机健康影响的预测,例如在两种 RDD 场景之后未来的癌症发展。

GAO 采用 Sandia 分析的结论向 U.S. NRC 建议

  • 在确定可用于 RDD 的放射性材料的安保措施要求时,考虑疏散造成的社会经济后果和死亡人数。
  • 对少量高风险材料实施额外的安全要求。
  • 要求所有持证人采取额外的安全措施,前提是其在单个设施中拥有特定的第 3 类放射源,这些放射源累积可以达到第 1 类或 2 类级别(GAO,2019 年)。

U.S. NRC 工作人员普遍不同意这些建议,并回应称“GAO 提出的进一步监管改革建议的基础没有充分依据,没有考虑风险的所有方面(即威胁、脆弱性和后果)”(U.S. NRC, 2019a)。U.S. NRC 同样指出 GAO 的建议缺乏背景支持,无视联邦、州和地方为防范可能的恶意使用放射源以及响应和缓解能力所做的努力(U.S. NRC, 2019b)。

Sandia 分析的结论有力地表明,如果在 RDD 中使用第 3 类放射源,可产生与第 1 类放射源相当的重大经济后果。然而,从分析得出的经济预估数字的准确性无法完全评估,因为输入信息和假设并不是公开可用的。委员会的审查表明,在这些分析中似乎都没有考虑到几个因素。具体而言,Sandia 编制的经济损失预估不包括生命损失预估,因此几乎肯定会低估经济成本,因为在支持联邦行政机构发布的主要规则所需的监管影响分析中会进行经济成本预估。例如,DOT 使用 960 万美元的统计生命值 (VSL) 将死亡人数货币化(DOT,2016 年)。


表 2.2 使用 1 类和 3 类放射源的 RDD 的社会经济后果

1 类 3 类
300 亿美元的社会经济成本 240 亿美元的社会经济成本
195,000 人疏散 102,000 人疏散
疏散造成的死亡人数 疏散造成的死亡人数
无辐射致死 无辐射致死

来源:GAO 的 David Trimble、Edwin Woodward 和 Jeff Barron 于 2020 年 1 月 30 日向委员会介绍。

Suggested Citation:"放射源的使用、风险和控制." National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. 2022. Radioactive Sources: Applications and Alternative Technologies: Chinese Version. Washington, DC: The National Academies Press. doi: 10.17226/26452.
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Sandia 的经济损失预估似乎也没有考虑到由于受影响地区的人和需要撤离的人的工作时间损失而造成的大量成本。例如,假设被疏散的人失去了 4 天的工作时间,那么对于两种 RDD 场景,生产力将分别损失 1.24 亿美元和 6500 万美元。26 此外,会产生直接和长期的心理影响,这些影响可能会通过增加对心理健康监测计划的需求而货币化。考虑受影响个人的这些成本将大大增加对 Sandia 预估的 RDD 事件总社会成本的估计。

Sandia 所追求的关注 GDP 损失的另一种方法是在主要联邦规则制定的监管影响分析中采用的成本效益分析概念。这种替代方法不是根据 GDP 的变化来估计经济活动的变化,而是将受 RDD 影响的人承担的各种成本相加。除了将疏散人员的生命损失和时间成本货币化外,还将直接货币化区域拒止的成本,可能是如果不拒绝使用建筑物,本应支付的租金的现值。

多个联邦机构和其他机构(Rosoff 和 von Winterfeldt,2007 年)已经进行了类似于 Sandia 的经济模型分析,以告知具体的优先事项和监管框架。这些其他分析的细节也不会公开。可能不同分析师使用的输入、假设和建模程序不同,在某些情况下,他们可能会高估或低估影响评估(Dombroski 和 Fischbeck,2006 年)。除非详细描述输入和假设,否则很难在不同的分析中比较关于 RDD 潜在严重性的结论。

为了获得对 Sandia 和其他政府机构进行的后果分析的知情评价,需要由知识渊博的独立专家进行正式的同行评审。这种同行评审可以比较不同分析中使用的输入和假设,并独立验证和证实所使用的建模程序。此外,同行评审可能会产生一套最佳做法,用于根据涉及放射源的假设 RDD 场景进行此类经济分析。

2.8 弃用放射源报废管理

弃用放射源是多余的、不需要的或用过的放射源,如果处置不当,可能会造成安全和安保问题。废放射源,即使它们由于放射性衰变而不能再用于经许可的实践中,仍然可能具有显著的放射性并对人类健康和环境造成潜在危害。由于美国大约有 80,000 个 1 类和 2 类放射源,总共大约有 200 万个密封放射源,因此估计有数万个放射源被废弃(DSWG,2021 年)。虽然美国废弃放射源的确切数量尚不清楚,但 Off-Site Source Recovery Program 计划给出大致规模:从 1997 年到 2021 年 1 月 29 日,保护了 41,070 个用户不再需要的放射源。27 在国际上,IAEA 估计在已知生产的数百万个放射源中,大约 20% 被弃用,几乎所有国家都有现有的弃用放射源存量清单(IAEA,2005 年)。IAEA 最近的数据提供了对弃用放射源数量规模的进一步了解。具体而言,2014 年至 2019 年,IAEA 向约 20 个成员国提供了援助服务,以回收和整备 4,200 多个弃用放射源。此外,在此期间,IAEA 帮助移除了 12 个国家的 155 个废弃的高活度远程治疗放射源。IAEA 正在另外15 个成员国实施弃用放射源项目。28

美国和大多数国家的持证人不需要声明其拥有的放射源是否或何时被废弃,也不需要提供迅速处置。根据弃用源的活度水平和安全可靠地管理弃用放射源的可用途径,处置可能涉及不同的选择。如果放射源供应商提供回收选项,某些废弃的放射源可以返回给供应商和制造商进行回收。此外,一个废弃的放射源可

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26 人口普查局在其纽约市情况说明书中提供了这种粗略计算的数值。请参阅 https://www.census.gov/quickfacts/fact/table/newyorkcitynewyork/PST040219。将纽约市的人均收入换算为 2020 年的美元可得到 39,580 美元。每个撤离人员的生产力损失的粗略预估是每年损失的 4 个工作日除以 250 个工作日。再以 633 美元乘以撤离人员的数量得出了总生产力损失的估计值。

27 请参阅 https://osrp.lanl.gov

28 IAEA 的 Ian Gordon 于 2020 年 9 月 9 日向委员会作介绍。

Suggested Citation:"放射源的使用、风险和控制." National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. 2022. Radioactive Sources: Applications and Alternative Technologies: Chinese Version. Washington, DC: The National Academies Press. doi: 10.17226/26452.
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能含有足够的放射性,以便重新包装在其他应用中重复使用。再利用可能涉及将放射源转移给另一个用户或将其返回给可以进行重新包装的制造商 (WINS, 2020a)。第 2.8.1 节更详细地讨论了回收和再利用选项。

处置是无法回收或再利用的废弃放射源的最终处置选项。理想情况下,在生命周期结束时,持证人将其用过的放射源安全可靠地存放在商业或政府运营或批准的储存库中。然而,高昂的处置成本、缺乏足够的存放处以及处置指导不足导致形成了用户很少或没有动力处置废弃密封放射源的环境。

在最坏的情况下,一些人通过弃置或丢弃来处理受监管渠道之外的高风险放射源。正如常见的状态就是无主放射源最终可能与废金属混合。美国的废金属经销商和加工商每年都会报告数百起有关可疑材料的警报。这个问题是国际性的,IAEA 报告称该机构每年都了解到数百起涉及与废金属混合的放射源事件。事件包括 1983 年墨西哥 Ciudad Juarez;1987 年巴西 Goiânia;2000 年泰国 Samut Prakarn;最近 2010 年在印度Mayapuri (见第 2.3.1 节)。这些事件导致公众死亡和暴露(Gasdia-Cochrane,2018 年;IAEA,1988 年,2013b)。

如果在将回收的设备材料送出现场之前没有检测到丢失或弃置的放射源,则可能会暴露给公众。在过去的 40 年里,由于含有钴 60 的放射源与其他金属熔炼而导致桌腿、电梯按钮、纸巾盒架、钢筋、不锈钢网和时尚皮带扣的召回。除了人员接触放射源的危险之外,放射源的实际熔化会导致重大的经济损失。在美国,清理的常规成本从 1000 万美元到 1200 万美元不等,最高可达 3000 万美元(Gasdia-Cochrane,2018 年)。

IAEA《放射源安全和安保行为准则》及其实施指导文件——《放射源进出口指南》(IAEA, 2012b) 和《弃用放射源管理指南》(IAEA, 2018a,b) ——就弃用放射源的报废管理方案提供建议。IAEA 建议各国制定放射性废物管理政策和战略,包括弃用放射源。管理废弃放射源的选项包括再利用和回收、返回供应商、储存或处置。本节的重点是处置;其他选项仅作简要讨论。

2.8.1 再利用和回收

回收是一种有效的方法,可以延迟对放射源的实际处置,直到有另一种选择可用。International Source Suppliers and Producers Association 代表了全球约 95% 的生产和分销放射源,据其称回收是行业的首选,因为会减少需要生产的放射性物质的数量(Fasten,2012 年)。回收涉及拆卸放射源并将放射性物质作为单一元素(例如钴 60)或混合或化学组合成一种以上元素(例如镅 241/铍)进行回收。合格的技术人员经过培训,可以安全地执行该程序。回收的材料通常可以在用其他废弃放射源的相同类型材料包装后按原样重新使用,以达到特定应用所需的活度水平。回收的放射源需要重新封装,方法是将其过度封装到新的三级包膜中,或者移除旧的外包膜并用相同或不同设计的新外包膜替换。另一种选择是完全销毁放射源并对放射性物质和任何其他有价值的组件进行再处理(Fasten,2012 年)。

重用意味着在相同或不同的应用程序中重新部署放射源。没有对放射源进行物理更改,并保留其原始身份。这同样推迟了废物处理的需要,并更好地利用了放射源,比储存得到更多的控制。

再利用和再循环都得到了有效实施,但仅解决了需要处置的大量放射源中的一小部分。某些商业实体获得了处理某些资源以进行回收和再利用的许可。诸如 Conference of Radiation Control Program Directors (CRCPD) 和商业实体等组织可以促进某些放射源从一个持证人到另一个持证人的转移和再利用。

Suggested Citation:"放射源的使用、风险和控制." National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. 2022. Radioactive Sources: Applications and Alternative Technologies: Chinese Version. Washington, DC: The National Academies Press. doi: 10.17226/26452.
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2.8.2 退回供应商

多个放射源制造商和供应商都有收集废弃源以进行再利用或回收,或转移给另一个持证人的计划。将放射源退给制造商或供应商通常需要与用户事先安排,并且在某些情况下是“一对一”交换,即用户返还废弃放射源并同时购买替代放射源。这种做法在一些放射源应用中很常见,例如工业射线照相、全景辐照器和其他使用钴 60、远距治疗和近距离放射治疗的辐照器。当用户将用过的放射源替换为新放射源时,取回旧放射源通常不会产生成本。

即使有退回计划,将废弃放射源退回给制造商或供应商仍然具有挑战性。其中一项挑战是用户提供来源国和制造地点的文件。当放射源制造商在多个国家拥有生产设施,而放射源的不同组件在不同国家的设施中生产时,就会出现第二个挑战,因此难以确定将废弃放射源退回到何处。其他挑战包括经认证的可用运输集装箱有限,以及要求放射源提供特殊形式的认证以显示哪些集29装箱可以运输(Fasten,2012 年)。

2.8.3 处置

在使用寿命结束时,根据 10 CFR § 61.55 中的分类标准,许多放射源将被归类为 A 类、B 类、C 类或大于 C 类 (GTCC) 低放射性废物,其中 A 类危险性最低,C 类危险性相对较高(汇总见表 2.3)。A、B 和 C 类废物适用于“近地表处置”;对于这些类别,美国有四个获得许可的低放射性废物处理场所 (U.S. NRC, 2020b):

  • 位于南卡罗来纳州巴恩韦尔的 EnergySolutions Barnwell Operations。该站点目前接受来自康涅狄格州、新泽西州和南卡罗来纳州的废物。巴恩韦尔获得了南卡罗来纳州的许可,可以处理 A、B 和 C 类废物。
  • 位于华盛顿州里奇兰的 U.S. Ecology。该站点接收来自西北和落基山协定的废物。里奇兰获得了华盛顿州的许可,可以处理 A、B 和 C 类废物。
  • 位于犹他州克莱夫的 EnergySolutions Clive Operations。本站点接受来自美国所有地区的废物。克莱夫获得了犹他州的许可,仅可处理 A 类废物。
  • 德克萨斯州安德鲁斯附近的 Waste Control Specialists (WCS), LLC。本站点接受来自得克萨斯州协定的发电机和经协定许可的外部发电机的废物。WCS 获得了得克萨斯州的许可,可以处理 A、B 和 C 类废物。

DOE 对发展 GTCC 废物的处置能力负有法定责任,这些废物无法在目前获得许可的商业低放射性废物处置设施中处置。DOE 在建立 GTCC 废物处置途径方面取得了重大进展,包括用于血液和研究辐照器的最高活度铯 137 放射源。2018 年 10 月,DOE 发布了位于德克萨斯州安德鲁斯县 WCS 联邦废物设施的 GTCC 废物处理环境影响评估,并表示倾向于在该设施(DOE,2018 年)处置 GTCC 和类似于 GTCC 保存的废物。德克萨斯州安德鲁斯附近的 WCS 站点被允许接收来自 34 个没有商业处置设施的州的 A、B 和 C 类废物。30 在撰写本文时,尚未就 GTCC 废物的处置做出任何决定。


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29 特殊形式的放射源是将放射性密封在包膜内的放射源,因此不太可能造成污染。密封放射源是特殊形式材料的示例。由于它们更坚固且不太可能泄漏,因此对于特殊形式的放射源,可以在 A 型或 B 型包装中运输的放射活度量比放射性液体和放射性废物等正常形式的放射源要高得多。

30 请参阅 http://www.wcstexas.com/about-wcs/overview

Suggested Citation:"放射源的使用、风险和控制." National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. 2022. Radioactive Sources: Applications and Alternative Technologies: Chinese Version. Washington, DC: The National Academies Press. doi: 10.17226/26452.
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表 2.3最常见的显著风险放射源和废物分类

类型 U.S. NRC 废物类别为第 1 类阈值 U.S. NRC 废物类别为第 2 类阈值
镅 241 GTCC GTCC
铯 137 GTCC C
钴 60 B A
铱 192 A A

备注:有关包含这些放射性同位素的 1 类和 2 类放射源的阈值活度,请参见表 1.1

来源:NNSA 的 Sarah Norris 和 John Zarling 于 2020 年 9 月 9 日向委员会作介绍。

更新后的 U.S. NRC 处置指南 (U.S. NRC, 2015b) 让放射性物质持证人能够在当前运行的商业放射性废物处置设施中处置多种第 2 类铯 137 放射源。值得注意的是,在本指南中,对于寿命更长的放射性同位素(例如铯 137),每立方米居里的平均浓度,而不是废弃放射源的总居里含量,决定了其是否可以在商业设施中处置。该指南同样允许将大多数 1 类和 2 类钴 60 放射源作为 A 类或 B 类废物进行商业处置,因为其半衰期很短。U.S. NRC 正在制定规则,以检查在地表废物处置库以外的地方处置高活度铯和超铀钚或镅的 GTCC 废物流的可能性。这项处于早期阶段的规则制定可能会在 30 米或 30 米以上的深度处进行处置,该深度接近地表但不足以被视为地表处置。

美国目前不允许处置含有外国放射源的镅 241 废弃放射源。Waste Isolation Pilot Plant (WIPP) 的许可证仅允许处理超铀材料,例如可以追溯到由 NNSA 或其前身机构运行的美国国防生产计划的镅。2004 年,NNSA 的镅 241 存量耗尽,因此 U.S. NRC 允许从俄罗斯进口镅 241。尽管尚不清楚美国进口了多少源自俄罗斯的镅 241,但 NNSA ORS 估计,由于目前的法律限制,大约 39,000 个镅 241 放射源无法在美国处置,其中大约 7,500 个的使用寿命即将结束,到 2025 年,这些废弃放射源的数量可能会增加到约 20,000 个。如果 WIPP 对处置这些弃用放射源的限制取消,NNSA 预计处置将只需要 WIPP 可用处置空间的一小部分(约 0.003%)。31

2.8.4 处置挑战

世界各地的放射性废物处理面临许多挑战。面临决定是否采用替代技术的用户需要确定如何处理其将不再使用的放射源。如前几节所述,某些组织可能已经考虑了自己持有的放射源的整个生命周期并对其处置做出了安排,但多数组织并没有。处置成本可能是组织不愿采用替代技术的一个原因。

进入废物处理设施

IAEA (2018a) 报告称,很少有国家能够全面进入弃用放射源的废物处置设施。对于半衰期小于 30 年的放射源,大多数可以在近地表设施中处置,这些设施主要位于拥有核电工业的国家。没有核电工业的国家在将来可能建造废物处置设施前倾向于将废弃源储存在用户场所或指定的集中设施。对于镅 241 和钚 238 等超铀源,美国唯一获得许可的设施是 WIPP,但如第 2.8.3 节所述,WIPP 仅许可用于美国国防相关的超铀废物,而不是国外产的材料。正如第 2.8.3 节中所讨论的,对于 A、B 和 C 类低放射性废物,美国有四个获得许可的场所。与大多数国家不同,美国的废物分类系统没有“中级”废物类别。

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31 NNSA 的 Sarah Norris 和 John Zarling 于 2020 年 9 月 9 日向委员会作介绍。

Suggested Citation:"放射源的使用、风险和控制." National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. 2022. Radioactive Sources: Applications and Alternative Technologies: Chinese Version. Washington, DC: The National Academies Press. doi: 10.17226/26452.
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韩国和瑞典均已获得许可并运营用于短寿命中低放射性废物的地表处置设施。一些国家(德国和瑞士)预计所有低放射性和中放射性废物最终都将在一个尚未建成的多用途深地表设施中进行处理。

财务担保

IAEA《行为准则》第 22(b) 段指出,成员国监管机构应“确保为放射源的安全管理和可靠保护做出安排,包括在适当情况下,一旦放射源被弃用,就提供财务担保”(IAEA,2004 年)。人们普遍认为,从使用放射源中受益的人应该为其处置付费。在许多情况下,用户没有考虑拥有和使用放射源的整个生命周期成本,其中应包括处置成本。财务担保是持证人承认并承诺在放射源生命周期结束时将有足够的资源来管理其安全处置。财务担保还旨在降低用户在履行其管理处置义务之前可能停业的风险。

在美国,处置放射源的成本主要取决于数量和活度;放射源的活度越高,价格就越高。尽管 1 Ci (37 GBq) 以下的大多数放射源的处置成本从 500 美元到 5,000 美元不等,但较大放射源的处置成本可能从数万美元到数十万美元不等。此外,还有与这些放射源的处置相关的临时储存、包装和调控以及运输成本(DSWG,2012 年)。据 ORS 表示高活度弃用放射源的国内清除作业费用从 100,000 美元到 175,000 美元不等。32 这些成本远高于某些用户(例如小型医院)的承受范围,并且在购买或作为捐赠接收放射源时并未考虑这些成本。虽然现在大多数国家要求采购商和供应商之间达成“回收”协议,但这些协议通常只是供应商承诺收回放射源,而不是承诺以特定成本回收。因此,许多用户没有准备或无法支付这些计划外的处理成本。

目前 U.S. NRC 在 10 CFR § 30.35“退役的财务保证和记录保存”中提出财务担保要求并非旨在解决密封放射源的处置问题,而是针对拥有某些半衰期超过 120 天的副产品材料的持证人,并且在活度水平高于某些设施退役阈值时,可能需要在释放前进行净化。具体而言,对于密封放射源或镀箔,10 CFR § 30.35 要求为拥有半衰期超过 120 天且活度水平高于特定阈值的副产品材料的持证人提供固定金额(113,000 美元)的财务担保或退役资金计划。在 10 CFR § 30.35 中要求财务担保的密封副产品材料阈值仅适用于第 1 类和第 2 类放射源的子集。对于多数第 1 类和第 2 类放射源的运输和处置成本,这种用于财务担保的固定美元金额是不够的。

2016 年,U.S. NRC 工作人员向委员会提交了一份范围界定研究,以确定可能影响有关制定新的或修订要求以及副产品材料财务规划指南决策的主要因素。范围界定研究表明,使用周期结束的放射源管理相关财务规划可以确保适当考虑购买和使用这些放射源的全部成本。然而,新要求的实施将导致监管成本增加,并且据 U.S. NRC 称,有可能对这些放射源的有益用途产生不利影响(U.S. NRC,2016 年)。

一些协议州已经实施了财务保证要求和存储时间限制。例如,

  • 德克萨斯州对废弃密封放射源的储存施加 2 年的时限要求,并向被许可方收取费用以支付无主和废弃放射源回收的成本;33
  • 伊利诺伊州对大多数放射源实施了财务担保要求34;和

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32 NNSA 的 Sarah Norris 和 John Zarling 于 2020 年 9 月 9 日向委员会作介绍。

33 德克萨斯州对无主放射源提出财务规定(健康与安全法规,副标题 D,核和放射性材料,第 401 章,放射性材料和其他辐射源,H 分章,财务规定)。

34 伊利诺伊州对放射源有严格的财务担保要求(第 32 篇,能源第二章:应急管理局,B 分章:辐射防护,第 326 部分)。

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  • 佛罗里达州有一个辐射防护信托基金,承保与持证人破产和无主放射源相关的所有费用。35

一些国家,例如加拿大、法国、德国、瑞士和英国,已遵循 IAEA 行为准则的指示,并要求使用财务担保计划(Volders 和 Sauer,2016 年)。例如,加拿大的许可证持有者必须做出财务担保,这是拥有足够财务资源以安全终止辐射源使用的“切实承诺”(CNSC,2020 年)。持证人可以通过参加由 CNSC 管理的保险计划来履行其财务担保义务。持证人对密封源使用的总责任是根据一个公式计算的,该公式产生的总责任与放射源使用寿命结束时安全处置的成本成正比。目前,年保费从 25 美元到大约 4,500 美元不等(CNSC,2020 年)。

装运集装箱

高活度放射源废物处置工作面临的一个历史挑战是将放射源从持证人处运输到安全处置设施所需的经许可 B 型容器(IAEA 称为包装)可用性有限。在过去十年中,NNSA 已经完成两种新运输包装的开发、测试和认证:435-B B 型包装和 380-B B 型包装。435-B B 型包装重量轻,易于运输,与其他包装相比,能够运输更多种类的放射性装置。380-B 包装能够运输对当前可用的其他包装具有挑战性的设备。2018 年 3 月,一家医院通过 CIRP 更换了铯 137 辐照器(见图 2.4),完成了使用 435-B B 型包装的首次放射源拆除。预计 2021 年春季开始使用 380-B B 型包装。这类包装的成本非常高;NNSA 指出,380-B B 型包装的价格为 150 万美元(NNSA,2019 年)。租赁费用为数万美元。

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图 2.4 使用 435-B B 型包装的铯 137 自屏蔽辐射器的回收。
来源:Department of Energy。

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35 佛罗里达州拥有辐射防护信托基金,使用每年许可和检查费用的 5% 支付废弃放射性材料、违反法律义务和破产的费用(64E-5.206 第 404.122 和 404.131(2) 节)。

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NNSA 提供了一个 435-B B 型包装供国内使用,并向 IAEA 提供了一个包装,以协助在全球范围内清除放射源。这种包装由于设计更小更轻,使其在资源较少的国家更容易移动。虽然这有助于降低运输成本,但该成本仍然很高,并大大增加了整体处置成本。需要确定几种其他国际认证的 B 型运输包装,将广泛适用于弃用放射源。

2.8.5 处置计划

在美国,一些政府资助的计划,例如 Off-Site Source Recovery Program (OSRP),有助于支付放射源的处置成本,使持证人能够以较低的补贴成本登记处置放射源。OSRP 由 NNSA 赞助,并通过 Los Alamos National Laboratory 和 Idaho National Laboratory 实施。该计划的最初范围包括包含 GTCC 放射性废物的密封放射源,后来扩展到包括 β 和 γ 发射源的回收。一旦在该计划中登记,就会根据放射性核素、活度和其他因素(例如源是否完整或泄漏)优先处理废物。出于安全或安保考虑,某些放射源拆除的优先级更高(例如,铯137 和钚 238)。总体而言,截至 2021 年 1 月,OSRP 已从 1,250 多个站点回收了美国境内的 41,000 多个放射源和国际上的 3,400 多个放射源。36 其中超过 3,500 个属于第 1 类和第 2 类放射源(Itamura 等,2018 年)。ORS 还通过分享专业知识,例如,通过关于拆除计划的咨询小组和对服务提供商的包装培训,来促进国际拆除。

NNSA 还为 Source Collection and Threat Reduction (SCATR) 计划提供资金,该计划由 CRCPD 管理。SCATR 计划旨在通过提供有关处置方面的帮助,减少存储在许可证持有者设施中的废弃或不需要的放射性物质的足迹。SCATR 计划还以支持包装、运输和处置成本分摊的形式为使用商业处置设施处置 A、B 和C 类放射源提供财政激励。符合 SCATR 标准的常见放射源用于医疗和工业应用,例如校准、近距离放射治疗、射线照相和密度计。自 2007 年成立以来,SCATR 已收集和处理了 30,000 多个放射源。

尽管 OSRP 和 SCATR 计划做出了明显的贡献,但有人担心这些计划也会无意中妨碍用户承担与处置其废弃放射源相关的成本,而是依赖政府来支付成本。随着第 1 类和第 2 类弃用放射源的商业处置选择越来越多,获得补贴处置的机会可能会变得有限。

在国际上,存在若干其他计划来确定弃用放射源的可行废物处置方案,并确保所有国家都能获得弃用放射源的处置。一些国家目前将废弃放射源与其他放射性废物一起处置。拥有核电计划的国家已经开发了处理中低放射性废物的近地表放射性废物处置设施。然而,不少放射源的特定活动超过了此类设施的废物接收标准。没有核电计划的国家正在研究钻孔处置(通常为 100 米深)作为长寿命和高活度弃用放射源的潜在管理选择(见图 2.5)。钻孔处置概念涉及将固体或固化的放射性废物放置在直径相对较窄的工程设施中,直接从地表钻孔和操作。使用不同场景和放射性核素进行的一般封闭后安全评估表明,钻孔处置提供了适当程度的长期安全。IAEA (2003b) 总结了处置钻孔设施中废弃密封放射源的安全和其他考虑因素。加纳和马来西亚这两个国家正在进行一项倡议,以开发和实施这种废物处理方法。目前这只是一个试点计划,预计该概念将得到进一步发展和标准化,以供在没有核电且没有大型废物处置设施的国家使用(van Marcke,2019 年)。

许多低收入和中等收入国家无法优先考虑高活度弃用放射源的管理,包括其处置。IAEA 已提供技术和财政援助,通过遣返或回收举措在多个国家清除高活度弃用放射源。这些活动通常由高收入国家向核安全基金和技术合作计划提供资金。例如,2018 年,IAEA 帮助从南美洲五个国家移除了 27 个废弃的高放射源。这些放射源主要用于医疗目的和消毒;有些被废弃并在医院储存了 40 多年 (IAEA, 2018a)。如前所述,NNSA 的

___________________

36 请参阅 https://osrp.lanl.gov/images/Maps/Recoveries_to_Date.pdf

Suggested Citation:"放射源的使用、风险和控制." National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. 2022. Radioactive Sources: Applications and Alternative Technologies: Chinese Version. Washington, DC: The National Academies Press. doi: 10.17226/26452.
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图 2.5 处置钻孔内处置区的横截面。
来源:IAEA, 2020b。经 IAEA 许可转载。

OSRP 也在协助各国处置弃用放射源。例如,该计划将协助退役和拆除目前储存在危地马拉一家医院的三个钴 60 放射源。其他国家,包括加拿大、法国和德国,也向低收入和中等收入国家提供移除放射源的直接援助。

根据 IAEA 多年“放射源终生管理”技术合作跨地区项目,IAEA 向参与国提供弃用放射源管理方面的培训和援助。IAEA 强烈鼓励各国在购买新放射源之前建立报废管理方案,并制定了计划帮助各国了解可用的废物处置方案及确定最适合其弃用放射源清单的方案(Yusuf,2020 年)。

2.9 第 2 章调查结果和建议

调查结果 1:放射源继续在国内和国际上广泛用于医疗、研究、灭菌和其他商业应用中。在过去的 10-15 年中,没有出现高风险(第 1 类和第 2 类)和中等风险(第 3 类)放射源的新应用。第 1 类放射源的一种应用,即使用放射性热电产生器提供陆基电力,已被淘汰。

本报告中审视的主要用于医疗、研究和商业应用的放射性同位素是钴 60、铯 137、铱 192 和镅 241。这些放射性同位素(特别是钴 60 和铯 137)的大约 90% 的活度用于 1 类和 2 类放射源,用于血液照射、研究、放射治疗、灭菌和其他商业应用。这些放射性同位素的大部分剩余活度用于高剂量率近距离放射治疗、工业仪表、测井和其他应用的第 3 类放射源。使用放射性热电产生器提供陆基电力,已被逐步淘汰。然而,RTG 继续用于空间探索。

调查结果 2:美国政府和国际社会已采取行动加强放射源的安全和问责。这些行动主要针对高风险(第 1 类和第 2 类)放射源,因为更有可能对处理或接触的人员造成确定性影响。第 3 类放射源的安全性和问责制的优先级较低,因为其造成确定性影响的可能性较低。

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U.S. NRC 于 2013 年通过颁布 10 CFR 第 37 部分增加了对 1 类和 2 类放射源的安全规定,概述了对物理安全、放射源监控、员工背景调查、设施安全计划、当地执法保护、培训和文档的要求。第 37 部分不适用于第 3 类放射源,因为根据 IAEA 的放射源分类系统和 U.S. NRC 的监管系统(基于在没有安全管理或妥善保护的情况下,放射源造成处置或接触人员的确定性健康影响可能性),认为这类放射源的风险不大。尽管在过去 10-15 年中至少 3 次重新审视了更严格的 3 类源法规的适当性,但 U.S. NRC 坚持认为不需要对第3 类源采取额外安全措施的立场。

调查结果 3:在美国,1 类和 2 类放射源由国家放射源跟踪系统进行跟踪,该系统是非公开集中式数据库,自 2008 年以来由美国 Nuclear Regulatory Commission 维护。第 1 类和第 2 类数据源的数量在过去 12 年中增加了约 30%。

放射源的跟踪增加了许可证持有者和监管者对这些放射源的问责。如今,U.S. NRC 跟踪了大约 80,000 个第 1 类和第 2 类放射源,从其制造或进口到被处置或出口,或者直到其衰减到第 2 类阈值以下。在这些放射源中,大约 52% 是第 1 类放射源。第 1 类和第 2 类数据源加起来的数量在 2009 年为 60,000。由于 NSTS 中缺乏对第 3 类放射源的报告要求,U.S. NRC 没有关于目前在美国获得许可的这类放射源数量的信息。根据 2008 年之前的一次性自愿数据收集,并假设生产和使用趋势与 第 1 类和第 2 类放射源相似,目前美国可能有 10,000 多个第 3 类放射源。

调查结果 4:安全措施不太严格及缺乏对第 3 类放射源的国家和国际跟踪使之容易遭遇未经授权的交易和盗窃。

U.S. NRC 报告称,自实施 10 CFR 第 37 部分以来,第 1 类和第 2 类放射源的盗窃数量有所减少。机构还报告称,NSTS 的实施增强了监管机构进行检查和调查以及验证被追踪放射源的合法持有和使用的能力。在美国和国际上缺乏相关安全措施和第 3 类放射源的国家跟踪系统的情况下,与第 1 类和第 2 类相比,第 3 类放射源(其中多数是便携式的)更容易受到未经授权的交易和盗窃。

调查结果 5:近期针对放射性事件的建模分析得出的结论是小量辐射释放和低于可导致确定性影响水平的人群小量辐射照射可能会产生严重和长期的经济后果。各种现实生活中的放射事件都支持这一结论。仅基于放射源的确定性影响的安全系统可能无法为社会提供足够的保护。

Sandia 的分析报告称,如果在 RDD 中使用 3 类放射源,可产生与 1 类放射源相当的重大经济后果。2011 年日本福岛第一核电站事故和 2019 年西雅图 University of Washington 密封放射源回收期间的事件在释放的放射性物质数量和污染的地面区域方面是两个规模完全不同的事件,但两者都表明即使没有因辐射照射而立即死亡的情况,仍会产生负面社会经济影响。University of Washington 的放射源回收表明,仅 1 Ci (37 GBq) 铯 137(低于 3 类数量)的响应、清理和修复就可能花费超过 1 亿美元。

Suggested Citation:"放射源的使用、风险和控制." National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. 2022. Radioactive Sources: Applications and Alternative Technologies: Chinese Version. Washington, DC: The National Academies Press. doi: 10.17226/26452.
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建议 A:International Atomic Energy Agency、U.S. Nuclear Regulatory Commission 和其他组织应考虑重新制定其放射源分类方案,以考虑 (a) 可能的健康影响,例如晚年患癌,以及 (b) 经济和社会影响。这种重构可更全面的描述整体风险,包括如果放射源没有得到安全管理或妥善保护的潜在后果。

自 2003 年实施 IAEA 的分类系统以来,在理解和量化涉及放射源的事件的可能性健康影响和社会经济影响方面取得了重大进展。事实上,包括美国在内的许多国家作为其放射应急响应计划的一部分已经开发了量化这些影响的方法。虽然根据所考虑的场景以及建模的输入和假设,预计影响可能会有很大差异,但这并不会降低其重要性。IAEA、U.S. NRC 和其他组织应将可能的健康影响以及经济和社会影响纳入其放射源风险分析,并随后纳入其分类计划,以充分应对放射源未得到安全管理或妥善保护的社会后果。这些更全面的分析可以表明,需要调整定义放射源下限的当前放射源活度的数字阈值。

建议 B:International Atomic Energy Agency、U.S. Nuclear Regulatory Commission 和其他组织应根据建议 A 中的重新制定结果更改其放射源安全和跟踪指南和法规。

在按照建议 A 重新构建放射源分类系统之后,IAEA、U.S. NRC 和其他组织可能需要调整其安全和放射源跟踪准则和法规,以便严格监管极可能产生确定性、随机性和经济社会影响的放射源。

建议 C:与此同时,U.S. Nuclear Regulatory Commission 应逐步在现有的国家放射源跟踪系统中跟踪第3 类放射源。此类跟踪可以更加准确地核算国家清单中的第 3 类放射源,并会加强对拥有放射源和规范使用的问责制。美国政府应就加强第 3 类放射源所在设施的潜在安保作出明智决定。

IAEA、U.S. NRC 和其他组织对建议 A 和 B 的采用,如果成功,将需要很长时间,至少 5 年,因为这些组织需要获得各利益相关方的认可并完成其准备指导或规则制定流程。然而,委员会认为有必要立即采取一些行动来改善第 3 类放射源的问责制和安全性。通过 NSTS 跟踪第 3 类放射源是朝着该目标迈出的一步。

NSTS 拥有十多年的运行历史,已经证明其可以成功跟踪第 1 类和第 2 类放射源。扩大范围纳入第 3 类放射源会给 U.S. NRC 和持证人增加一些管理负担,但益处大于挑战。

调查结果 6:美国政府以非放射性同位素替代品代替放射源的风险降低目标在废弃源得到妥善移除和处置前无法实现。处置的高昂成本和有限的国内和国际处置选择、资源和指导可能会阻碍采用替代品和适当的放射源报废处置。

世界各地的放射性废物处理面临许多挑战。面临采用替代技术的决定的用户将需要确定如何处理他们将不再使用的放射源。某些组织可能已经考虑了自己持有的放射源的整个生命周期并对其处置做出了安排,但多数组织并没有。高昂的处置成本、缺乏足够的存放处以及处置指导不足导致形成了用户很少或没有动力处置废弃密封放射源的环境。这些挑战也可能是组织不愿采用替代技术的一个原因。

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轶事证据表明,只有一小部分被替换的放射源得到了适当的处置。剩余的放射源通常储存在持证人的设施中,因为没有可用的处置途径或处置成本高且持证人无力承担。在这些情况下,引入替代技术可能会增加而不是减少安全风险。

建议 D:U.S. Nuclear Regulatory Commission 应该扩大目前对财务担保的要求,以确保充分涵盖新获得许可的放射源报废管理。美国政府同样应制定和实施国家战略,对目前有主和无主的第 1 类和第 2 类放射源进行报废管理,并应考虑将其用于第 3 类放射源。

人们普遍认为,从使用放射源中受益的人应对其处置负责。虽然现有的 U.S. NRC 财务担保要求涉及密封放射源,但并不足以支付当前的处置成本。目前 U.S. NRC 财务担保要求主要针对拥有某些(未密封的)副产品材料的持证人,这些材料的半衰期超过 120 天,并且活度水平高于某些可能需要在释放前进行净化的设施退役阈值。U.S. NRC 应扩大其现有的财务担保要求,以确保考虑购买新放射源的许可证持有者承诺提供足够的财务资源,以在其使用寿命结束时处置放射源。

尽管对新放射源应用财务担保要求是可行的,但追溯应用这些要求不太可行。少有用户可能会预料到处理的高昂成本。为了安全清除这些放射源,需要政府以技术支持、补贴等方式提供帮助。Off-Site Source Recovery Program 和 Source Collection and Threat Reduction 计划是成功的放射源报废管理计划的范例。作为安全可靠地处置放射源的建议国家战略的一部分,美国政府需要确定遣返和处置目前由于现行法规而无法遣返或处置的放射源的解决方案。

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Radioactive Sources: Applications and Alternative Technologies assesses the status of medical, research, sterilization, and other commercial applications of radioactive sources and alternative (nonradioisotopic) technologies in the United States and internationally. Focusing on Category 1, 2, and 3 sources, this report reviews the current state of these sources by application and reviews the current state of existing technologies on the market or under development that are or could be used to replace radioisotopic technologies in those applications. Radioactive Sources will support existing and future activities under the National Nuclear Security Administration Office of Radiological Security program to reduce the use of high-risk radiological materials in commercial applications.

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