“實(shí)際消除大量放射性物質(zhì)釋放”的概念理解

邱志方　李峰　任春明　沈海波　譚怡

【摘 要】“實(shí)際消除大量放射性物質(zhì)釋放”的概念已經(jīng)被核工業(yè)界廣泛接受，本文對(duì)“實(shí)際消除”和“大量放射性物質(zhì)釋放”兩個(gè)關(guān)鍵概念進(jìn)行研究，研究發(fā)現(xiàn)“實(shí)際消除大量放射性物質(zhì)釋放”概念是核電廠技術(shù)安全目標(biāo)的沿續(xù)與補(bǔ)充，建議“實(shí)際消除”的概率安全目標(biāo)考慮工業(yè)實(shí)現(xiàn)的可行性與發(fā)生大量放射性物質(zhì)釋放的頻率（LRF）相結(jié)合，設(shè)計(jì)上考慮合理可行的預(yù)防緩解措施，做到合理可行降低放射性物質(zhì)釋放的可能性，提高核電廠的安全性。

【關(guān)鍵詞】實(shí)際消除；大量放射性物質(zhì)釋放；概念理解

“實(shí)際消除大量放射性物質(zhì)釋放”的概念首次由法國(guó)與德國(guó)的核安全當(dāng)局的技術(shù)支持單位IPSN和GRS在1997年聯(lián)合起草的《IPSN-GRS Proposals for the development of technical guideline for future PWRs》[1]提出，其主張“實(shí)際消除早期大規(guī)模放射性釋放”。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）隨后也接受此概念，在1999年出版的INSAG-12[2]中提出：“對(duì)未來核電廠的另一個(gè)目標(biāo)是能夠?qū)е略缙诖笠?guī)模放射性釋放的事故序列被實(shí)際地消除，而使用現(xiàn)實(shí)假設(shè)和最佳估算評(píng)價(jià)，導(dǎo)致安全殼晚期失效的嚴(yán)重事故只需要在區(qū)域和時(shí)間上有限的保護(hù)措施”，在2004年出版的安全導(dǎo)則文件NS-G-1.10[3]中對(duì)“實(shí)際消除”給出了具體定義：“如果某些工況物理上不可能發(fā)生，或以高置信度認(rèn)為某些工況極不可能出現(xiàn)，則可以認(rèn)為這些工況發(fā)的可能性已被實(shí)際消除”。

2011年福島事故后，核工業(yè)界對(duì)于大量放射性物質(zhì)釋放的關(guān)注提升到了一個(gè)新的高度，各國(guó)先后出版核電廠安全要求或規(guī)范等均涉及“設(shè)計(jì)上實(shí)際消除大量放射性物質(zhì)釋放”的概念。2012年IAEA修訂了SSR1/2[4]，提出“核電廠的設(shè)計(jì)采用安全原則，必須采取實(shí)際措施來緩解對(duì)人類和環(huán)境造成的后果或輻射事故。必須實(shí)際消除可能導(dǎo)致高輻射劑量或高放射性物質(zhì)釋放量的事件序列，對(duì)于發(fā)生頻率高的事件序列不得存在潛在的放射后果或只能存在輕微的放射后果?！?013年西歐核能監(jiān)管機(jī)構(gòu)（WENRA）發(fā)布的《Safety of new NPP designs》[5]和2013年加拿大核安全委員會(huì)（CNSC）發(fā)布REGDOC-2.5.2[6]進(jìn)一步提出需要對(duì)“實(shí)際消除”給出一個(gè)量化的判斷依據(jù)，但判斷“實(shí)際消除”不能只根據(jù)截?cái)喔怕?，?duì)發(fā)生概率很小的事故序列，依然需要進(jìn)一步考慮降低風(fēng)險(xiǎn)需增加的設(shè)計(jì)功能、運(yùn)行措施或事故管理規(guī)程。

福島事故后，我國(guó)核安全監(jiān)管當(dāng)局在2012年發(fā)布了《核安全和放射性污染防治 十二五規(guī)劃及2020年遠(yuǎn)景目標(biāo)》[7]，文中提出將“十三五”及以后新建核電機(jī)組力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)上實(shí)際消除大量放射性物質(zhì)釋放的可能性作為2020年的遠(yuǎn)景目標(biāo)之一。

“實(shí)際消除大量放射性物質(zhì)釋放”的概念已經(jīng)被核工業(yè)界廣泛認(rèn)同，各國(guó)的核安全監(jiān)管當(dāng)局對(duì)新建核電廠都對(duì)此提出了期望或要求，因此有必要對(duì)此概念進(jìn)行深入的理解與認(rèn)識(shí)。本文主要從“實(shí)際消除”，“大量放射性物質(zhì)釋放”兩個(gè)關(guān)鍵概念出發(fā)給出理解，為此概念在新建壓水堆核電廠上的合理應(yīng)用提供參考。

1 “實(shí)際消除”的理解

1.1 “實(shí)際消除”概念理解

“實(shí)際消除”的對(duì)象與定義在國(guó)際上已經(jīng)形成普遍的共識(shí)[4-6]，其對(duì)象為“可能導(dǎo)致高輻射劑量或高放射性物質(zhì)釋放量的事件序列”；定義為“如果某些工況物理上不可能發(fā)生，或以高置信度認(rèn)為某些工況極不可能出現(xiàn)，則可以認(rèn)為這些工況發(fā)生的可能性已被實(shí)際消除”。

從“實(shí)際消除”的定義可以發(fā)現(xiàn)它是從概率角度詮釋的一個(gè)概念，對(duì)于“物理上不可能”可以認(rèn)為是不發(fā)生的概率為100%，“高置信度的極不可能”即發(fā)生概率極低，而此概率值是極度可信的。因此“實(shí)際消除”不能完全等同于“絕對(duì)不發(fā)生”，而應(yīng)該是發(fā)生的概率極低。“實(shí)際消除”對(duì)于發(fā)生概率極低的工況要求高置信度，因此由于外部災(zāi)害的不確定性太大，從概率論角度針對(duì)外部災(zāi)害是否滿足“實(shí)際消除”評(píng)估方法應(yīng)該與內(nèi)部事件有所區(qū)分。

當(dāng)“實(shí)際消除”理解為發(fā)生的概率極低以后，可以發(fā)現(xiàn)“設(shè)計(jì)上實(shí)際消除大量放射性釋放”不再是一個(gè)新的概念，而是與早期的導(dǎo)則或法規(guī)中對(duì)于核電廠的技術(shù)安全目標(biāo)的闡述是一致的。IAEA在1999年發(fā)布的INSAG-12[2]和我國(guó)2004發(fā)布的HAF102[8]《核動(dòng)力設(shè)計(jì)安全規(guī)定》中對(duì)于核電廠技術(shù)安全目標(biāo)為“采取一切合理可行的措施防止核動(dòng)力廠事故，并在一旦發(fā)生事故時(shí)減輕其后果；對(duì)于在設(shè)計(jì)該核動(dòng)力廠時(shí)考慮過的所有可能事故，包括概率很低的事故，要以高可信度保證任何放射性后果盡可能小且低于規(guī)定限值；并保證有嚴(yán)重放射性后果的事故發(fā)生的概率極低?！绷硗庠贖AF102的2.1.5節(jié)中還對(duì)核動(dòng)力廠的安全設(shè)計(jì)原則進(jìn)行了闡述“核動(dòng)力廠的安全設(shè)計(jì)適用以下原則：能導(dǎo)致高輻射劑量或大量放射性釋放的核動(dòng)力廠狀態(tài)的發(fā)生概率極低；具有大的發(fā)生概率的核動(dòng)力廠狀態(tài)只有較小或者沒有潛在的放射性后果?！?/p>

“實(shí)際消除”是對(duì)“技術(shù)安全目標(biāo)”的沿續(xù)，“實(shí)際消除”應(yīng)該理解為安全目標(biāo)?！皩?shí)際消除”作為安全目標(biāo)應(yīng)該具備明確指標(biāo)判斷依據(jù)，因其內(nèi)涵為概率論的概念，可以考慮給出一個(gè)量化的評(píng)估概率?！皩?shí)際消除”的對(duì)象為核電廠的事件序列，因此其量化的評(píng)估概率也是針對(duì)單個(gè)事件序列，是單個(gè)“點(diǎn)”的評(píng)估，與大量放射性釋放的概率（LRF）有所區(qū)別，“LRF”表征的是核電廠發(fā)生大量放射性釋放事件的概率積分值，是一個(gè)總體的概率安全目標(biāo)。“實(shí)際消除”的安全目標(biāo)應(yīng)該是與LRF安全目標(biāo)處于相同地位，其體現(xiàn)個(gè)體與整體目標(biāo)的有機(jī)結(jié)合，因此對(duì)于“實(shí)際消除”的量化目標(biāo)建議與LRF值處于同一量級(jí)。另外，從合理可行盡量高的提高核電廠的安全性角度，不能僅憑評(píng)估概率而進(jìn)行截?cái)嗫紤]，需進(jìn)一步考慮降低風(fēng)險(xiǎn)需要增加的設(shè)計(jì)功能、運(yùn)行措施或事故管理規(guī)程，做到合理可行降低放射性物質(zhì)釋放的可能性。

1.2 “實(shí)際消除”量化理解

從“實(shí)際消除”的定義可以發(fā)現(xiàn)它是從概率角度詮釋的一個(gè)概念，對(duì)于“物理上不可能”可以認(rèn)為是不發(fā)生的概率為100%，“高置信度的極不可能”即發(fā)生概率極低，而此概率值是極度可信的，因此如何去量化“概率極低”也是“實(shí)際消除”一直存在爭(zhēng)議的關(guān)鍵點(diǎn)。對(duì)于概率安全目標(biāo)的確定本文認(rèn)為需要從概率安全目標(biāo)的合理依據(jù)和實(shí)踐的可行性兩個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮，從而制定一個(gè)合理可行的概率安全目標(biāo)。

1.2.1 概率安全目標(biāo)的依據(jù)

美國(guó)核電的概率安全目標(biāo)的制定是根據(jù)兩個(gè)“千分之一”的安全目標(biāo)。兩個(gè)“千分之一”為：核電廠附近個(gè)人因反應(yīng)堆事故造成即時(shí)死亡的風(fēng)險(xiǎn)，不應(yīng)超過美國(guó)公眾成員因其他事故造成“即時(shí)死亡風(fēng)險(xiǎn)之和”的千分之一；核電廠附近公眾群體因核電廠運(yùn)行可能導(dǎo)致癌癥死亡風(fēng)險(xiǎn)，不應(yīng)該超過所有其他起因致癌癥的死亡風(fēng)險(xiǎn)的千分之一。其它國(guó)家的概率安全目標(biāo)值也多是參考和借鑒美國(guó)的安全目標(biāo)的結(jié)論。

1.2.2 實(shí)踐可行性

在提高概率安全目標(biāo)時(shí)應(yīng)該考慮工程實(shí)踐中的可行性，如果目標(biāo)值太高，工程實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)的代價(jià)非常大，則會(huì)降低核電的經(jīng)濟(jì)性，不利于核電的發(fā)展；如果目標(biāo)值較低，如果當(dāng)前電廠設(shè)計(jì)就已經(jīng)滿足，則達(dá)不到對(duì)新建電廠進(jìn)一步提高安全要求的目標(biāo)。因此，新建核電廠的概率安全目標(biāo)應(yīng)該是在當(dāng)前目標(biāo)基礎(chǔ)上，考慮了工程實(shí)踐中合理可行的措施后能夠達(dá)到的目標(biāo)。

美國(guó)EPRI在1999年發(fā)布的URD[9]和NRC在2012年發(fā)布的 SRP

19.0[10]中對(duì)于大量放射性物質(zhì)釋放的頻率（LRF）安全目標(biāo)為小于10-6/堆年；2012年歐洲發(fā)布的EUR[11]對(duì)于大量放射性物質(zhì)釋放的頻率安全目標(biāo)為低于10-6/堆年，若考慮“陡邊效應(yīng)”大量放射性釋放的概率安全目標(biāo)小于10-7/堆年；加拿大CNSC核安全監(jiān)管當(dāng)局2014年發(fā)布的REGDOC-2.5.2[6]中明確導(dǎo)致大量釋放的頻率小于10-6/堆年。

從“實(shí)際消除”的概念和定量化兩個(gè)角度進(jìn)行研究，可以發(fā)現(xiàn)“實(shí)際消除”的設(shè)計(jì)安全目標(biāo)，是對(duì)核電廠技術(shù)安全目標(biāo)的沿續(xù)與補(bǔ)充。“實(shí)際消除”的概率安全目標(biāo)值的確定需根據(jù)合理依據(jù)與實(shí)踐的可行性，將其與LRF的概率安全目標(biāo)相結(jié)合。在設(shè)計(jì)上考慮預(yù)防緩解措施，合理可行盡量高的提高核電廠的安全性，降低放射性物質(zhì)釋放的可能性，從而實(shí)現(xiàn)“實(shí)際消除”。

2 “大量放射性物質(zhì)釋放”的理解

從“實(shí)際消除”的理解可知“實(shí)際消除大量放射性物質(zhì)釋放”其實(shí)是技術(shù)安全目標(biāo)的沿續(xù)，其安全目標(biāo)與LRF的安全目標(biāo)是處于相同地位，因此對(duì)于“實(shí)際消除大量放射性物質(zhì)釋放”中的“大量放射性物質(zhì)釋放”應(yīng)該與LRF中的理解是一致的。

IAEA在SSG-4[12]對(duì)于“大量放射性物質(zhì)”推薦了四種判斷方式：放射性核素的絕對(duì)量值、堆芯裝量的某個(gè)份額、廠外人員受輻照的特定劑量、導(dǎo)致“不可接受的后果”的放射性釋放。

——大量放射性核素釋放的某個(gè)絕對(duì)值（以Bq的形式表示）

根據(jù)放射性核素釋放進(jìn)行大量的定義主要有兩個(gè)類型，一類是以EUR為代表的“有限影響準(zhǔn)則”（Criteria for Limited Impact，CLI）的形式，另一類是以IAEA為代表的核事件分級(jí)與放射性釋放量對(duì)應(yīng)表的形式。

2.1 EUR

針對(duì)設(shè)計(jì)擴(kuò)展工況（DECs）提出的釋放量限制要求以“有限影響準(zhǔn)則”（Criteria for Limited Impact，CLI）的形式給出，用以評(píng)價(jià)電廠在DECs中的設(shè)計(jì)可接受性，也作為二級(jí)PSA（Probability Safety Analysis）的成功準(zhǔn)則。

這些CLI可以保證如下設(shè)計(jì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)：（1）反應(yīng)堆800m外無需緊急防護(hù)行動(dòng)（如撤離）；（2）反應(yīng)堆3km外無需采取遷延的防護(hù)行動(dòng)（如避遷）；（3）反應(yīng)堆800m外無需采取長(zhǎng)期的防護(hù)行動(dòng)（如再安置）和（4）電廠外僅有有限的經(jīng)濟(jì)影響。這些目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)將十分有利于進(jìn)一步提高核電廠與社會(huì)經(jīng)濟(jì)及環(huán)境的相容性，表1給出了典型性核素131I和137Cs的釋放量限值。

表1 EUR中的有限地域和時(shí)間上的防護(hù)行動(dòng)對(duì)應(yīng)的CLI

2.2 IAEA

IAEA根據(jù)國(guó)際事故等級(jí)[13]，對(duì)各等級(jí)的事故后放射性物質(zhì)釋放進(jìn)行了限制，其選擇等效于核素131I劑量當(dāng)量作為評(píng)估的核素，因?yàn)?31I是核電廠釋放的主要放射性核素之一，易于表征放射性物質(zhì)釋放水平，按照放射學(xué)輻射劑量效果，可以將釋放到環(huán)境中所有核素的放射性活度的數(shù)量等效至131I。當(dāng)釋放的放射性當(dāng)量水平超過1014Bq劑量的事故被定為五級(jí)及以上事故，五級(jí)事故基本特征為放射性物質(zhì)有限釋放而四級(jí)事故基本特征為放射性物質(zhì)少量釋放，沒有明顯廠外風(fēng)險(xiǎn)，一般不需要場(chǎng)外保護(hù)性行動(dòng)，如表2所示。表3給出了一些已經(jīng)發(fā)生的典型事故及其放射性后果。

*三哩島核事故放射性物質(zhì)釋放較少，按照堆芯損傷狀態(tài)定義為五級(jí)，其余事故按照放射性物質(zhì)水平劃分等級(jí)。

——堆芯裝量的某個(gè)份額

NUREG/CR-6595[14]中分析認(rèn)為，揮發(fā)性/半揮發(fā)性裂變產(chǎn)物（碘、銫、碲）的釋放份額超過2.5-3%，或者碘的釋放份額超過10%都可以認(rèn)為是大量釋放。

——廠外暴露人員所受的某個(gè)特定的劑量

NRC和EPRI在核電廠安全目標(biāo)中對(duì)“大量放射性物質(zhì)釋放”給出了一種定義，即廠址邊界處全身劑量大于0.25Sv。

——導(dǎo)致不可接受后果的某個(gè)釋放

導(dǎo)致不可接受后果的某個(gè)釋放更多是一種工程的定性判斷，在二級(jí)PSA的LRF分析中認(rèn)為導(dǎo)致安全殼失效的事故即可認(rèn)為此事故后果將導(dǎo)致大量放射性物質(zhì)釋放，核電廠的放射性最終的包容邊界喪失可視為“大量放射性物質(zhì)釋放”的定性判斷。對(duì)“大量放射性物質(zhì)釋放”定性判斷，便于工程設(shè)計(jì)上對(duì)可能導(dǎo)致大量放射性物質(zhì)釋放的事件序列進(jìn)行判斷和考慮相應(yīng)的緩解措施。

“大量放射性物質(zhì)釋放”的判斷建議采用定量與定性相結(jié)合的方式，定性的方式便于工程判斷，定量判斷可以對(duì)定性判斷進(jìn)行補(bǔ)充，彌補(bǔ)遺漏。

表2 事故等級(jí)與放射性準(zhǔn)則

表3 典型核事故放射性物質(zhì)水平及事故等級(jí)表

3 結(jié)論與建議

本文通過對(duì)“實(shí)際消除大量放射性物質(zhì)釋放”進(jìn)行了研究，形成初步的結(jié)論與建議：

（1）“設(shè)計(jì)上實(shí)際消除大量放射性物質(zhì)釋放”不是一個(gè)新的概念，而是核電廠技術(shù)安全目標(biāo)沿續(xù)與補(bǔ)充，此概念在核電廠的設(shè)計(jì)中應(yīng)該作為一個(gè)設(shè)計(jì)安全目標(biāo)。

（2）外部災(zāi)害的不確定性太大，從概率論角度針對(duì)外部災(zāi)害是否滿足“實(shí)際消除”評(píng)估方法應(yīng)該與內(nèi)部事件有所區(qū)分。

（3）“實(shí)際消除大量放射性物質(zhì)釋放”為一個(gè)概率安全目標(biāo)，其對(duì)象為發(fā)生大量放射性物質(zhì)釋放的事件序列或狀態(tài)，與LRF的概率安全目標(biāo)是個(gè)體與總體的關(guān)系，建議其概率安全的量化目標(biāo)與LRF處于同一個(gè)量級(jí)。

（4）核電廠的“大量放射性物質(zhì)釋放”的概率安全目標(biāo)應(yīng)該考慮單個(gè)事故序列發(fā)生的概率和核電廠的LRF值，進(jìn)一步提高核電廠的安全性。

（5）“大量放射性物質(zhì)釋放”建議從定性和定量?jī)蓚€(gè)角度考慮，但是具體的量化值有待進(jìn)一步研究。

（6）設(shè)計(jì)上考慮“實(shí)際消除大量放射性物質(zhì)釋放”不能僅憑評(píng)估概率而進(jìn)行截?cái)嗫紤]，而是合理可行的考慮預(yù)防緩解措施，提高核電廠的安全性，降低放射性物質(zhì)釋放的可能性，從而實(shí)現(xiàn)“實(shí)際消除”。

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[責(zé)任編輯：王楠]