反應(yīng)堆應(yīng)急行動(dòng)水平的歷史和新發(fā)展

陳暢其，夏曉彬，呂曉雯，蔡 軍，郭先偉

（1.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；2.中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所，上海 201800）

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反應(yīng)堆應(yīng)急行動(dòng)水平的歷史和新發(fā)展

陳暢其1，2，夏曉彬2，*，呂曉雯1，2，蔡 軍2，郭先偉2

（1.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；2.中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所，上海 201800）

摘要：建立應(yīng)急行動(dòng)水平對反應(yīng)堆應(yīng)急計(jì)劃起著重要的作用。本文詳細(xì)回顧了美國和國際原子能機(jī)構(gòu)在建立應(yīng)急行動(dòng)水平方面的發(fā)展情況，著重介紹了反應(yīng)堆建立應(yīng)急行動(dòng)水平方法學(xué)的歷史發(fā)展和完善過程，對比了美國和國際原子能機(jī)構(gòu)、動(dòng)力堆和研究堆在建立應(yīng)急行動(dòng)水平方法學(xué)上的異同，介紹了福島事故后國際社會(huì)對核應(yīng)急關(guān)注的熱點(diǎn)和對反應(yīng)堆建立應(yīng)急行動(dòng)水平的影響。

關(guān)鍵詞：動(dòng)力堆；研究堆；應(yīng)急行動(dòng)水平

應(yīng)急計(jì)劃是核反應(yīng)堆安全必不可少的重要部分，其中包含幾個(gè)應(yīng)急等級，每個(gè)應(yīng)急等級各自對應(yīng)一套應(yīng)急響應(yīng)行動(dòng)。當(dāng)反應(yīng)堆發(fā)生事故時(shí)，為了有效地實(shí)施事故應(yīng)急響應(yīng)，必須評估當(dāng)前處于哪一應(yīng)急等級，以便確定其應(yīng)急響應(yīng)行動(dòng)的范圍和程度。

應(yīng)急行動(dòng)水平（Emergency Action Level，簡稱EAL）是應(yīng)急計(jì)劃的重要組成部分，是用于確定反應(yīng)堆某一事件或狀況屬于某一應(yīng)急等級的判據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)，如超過某項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)即表示該事件屬于該應(yīng)急等級的分級。應(yīng)急行動(dòng)水平通常以矩陣表的形式展示，矩陣表中不同的應(yīng)急行動(dòng)水平對應(yīng)于各自的應(yīng)急狀態(tài)。

本文詳細(xì)回顧了動(dòng)力堆和研究堆應(yīng)急行動(dòng)水平建立方法的歷史發(fā)展情況，對比了美國和國際原子能機(jī)構(gòu)建立應(yīng)急行動(dòng)水平的方法學(xué)，比較了動(dòng)力堆和研究堆在應(yīng)急行動(dòng)水平建立上的異同，并介紹了福島事故后國際社會(huì)對核應(yīng)急關(guān)注的熱點(diǎn)和對應(yīng)急行動(dòng)水平建立的影響。

1 核動(dòng)力堆應(yīng)急行動(dòng)水平歷史發(fā)展

1. 1 在美國的發(fā)展

三里島事故發(fā)生之后，系統(tǒng)的建立應(yīng)急行動(dòng)水平的方法最先在美國出現(xiàn)。1980年10月，美國核管會(huì)（Nuclear Regulatory Commission，簡稱NRC）和美國聯(lián)邦應(yīng)急管理機(jī)構(gòu)聯(lián)合發(fā)布了文件NUREG - 0654/ FEMA - REP - 1，Rev. 1［1］，其附件1中提出了確定核電廠應(yīng)急行動(dòng)水平的依據(jù)，即美國應(yīng)急等級分級的列表，并被普遍采用。

1992年，美國核管理和資源理事會(huì)發(fā)布了NUMARC/ NESP -007，Rev. 2［2］，這份文件是在NUREG - 0654、10 CFR 50. 47、Draft NUREG -0818“輕水堆應(yīng)急行動(dòng)水平”以及對美國26個(gè)核電站的調(diào)查報(bào)告基礎(chǔ)上完成的。它構(gòu)建了根據(jù)電廠特定的設(shè)計(jì)特征、環(huán)境特征、運(yùn)行程序等資料建立應(yīng)急行動(dòng)水平的方法體系，并加入了許多細(xì)節(jié)上的規(guī)定：定義了應(yīng)急基本概念，把初始條件分為異常放射性水平/放射性流出物、裂變產(chǎn)物屏障降級、影響反應(yīng)堆安全的災(zāi)害和其他情況、系統(tǒng)故障4種識別類等。

2003年，美國核能研究所（Nuclear Energy Institute，簡稱NEI）發(fā)布了應(yīng)急行動(dòng)水平建立方法的第四版NEI 99 - 01，Rev. 4［3］。NEI 99 - 01在前幾版的基礎(chǔ)上增加了反應(yīng)堆關(guān)閉過程中可能導(dǎo)致系統(tǒng)故障，永久性卸料電站和獨(dú)立乏燃料存儲(chǔ)裝置的初始條件和應(yīng)急行動(dòng)水平實(shí)例，即新增加了3類識別類。此外，此文件中還針對9·11及類似事件，給出了核電站安保事件的應(yīng)急行動(dòng)水平。

2008年，美國核能研究所出版了NEI 99 -01，Rev. 5［4］，這份文件是以Rev. 4為基礎(chǔ)，糅合RIS 2006 -12報(bào)告和NEI03 -12中的安保應(yīng)急行動(dòng)水平規(guī)定而成的，并對一些從前表述含糊可能導(dǎo)致誤解的部分進(jìn)行了說明。

2009年，美國核能研究所的應(yīng)急行動(dòng)水平工作組為了滿足非能動(dòng)輕水反應(yīng)堆的商業(yè)使用，出版了NEI 07 - 01［5］。NEI 07 - 01是在NUMARC/ NESP -007和NEI 99 -01的基礎(chǔ)上完成的，是專門針對先進(jìn)非能動(dòng)1 000 MW輕水堆和經(jīng)濟(jì)簡化型沸水堆的應(yīng)急行動(dòng)水平制定方法，目前已被翻譯成中文出版［6］。先進(jìn)非能動(dòng)輕水堆與第二代反應(yīng)堆面臨的屏障完整性和核電廠的其他主要安全問題上是相似的，它們應(yīng)急行動(dòng)水平的不同主要是由設(shè)計(jì)上的差異所引起的。

2012年，美國核能研究所更新了NEI 99 -01，Rev.6［7］，總結(jié)了建立應(yīng)急行動(dòng)水平的法規(guī)和發(fā)展歷程，并再次對能動(dòng)反應(yīng)堆的應(yīng)急行動(dòng)水平制定做出修訂。該版本主要適用于第三代核反應(yīng)堆型，與之前幾版相比，這一版中加入了3條通過乏燃料池的水位測量值的增強(qiáng)作為判斷的應(yīng)急行動(dòng)水平。

1. 2 在國際原子能機(jī)構(gòu)的發(fā)展

1997年8月，國際原子能機(jī)構(gòu)（Intermational Alomic Energy Agency，簡稱IAEA）在美國法規(guī)的基礎(chǔ)上，組建專家組進(jìn)行再研究后發(fā)表了文件IAEA - TECDOC -955《在核事故中決定防護(hù)措施的通用評估程序》［8］。這份文件將應(yīng)急狀態(tài)分為3級：警報(bào)、場區(qū)應(yīng)急、總體應(yīng)急，將事故進(jìn)入條件分為5類，增加考慮了乏燃料事件，并給出了對應(yīng)于警報(bào)、場區(qū)應(yīng)急和總體應(yīng)急3個(gè)應(yīng)急等級的輕水堆在正常運(yùn)行、熱備用或熱停堆以及冷停堆/換料5種工況下的應(yīng)急行動(dòng)水平。

2002年，國際原子能機(jī)構(gòu)出版了安全標(biāo)準(zhǔn)No. GS -R -2《核或輻射緊急情況的應(yīng)急準(zhǔn)備和響應(yīng)》［9］，其中詳細(xì)闡述了應(yīng)急準(zhǔn)備和響應(yīng)的目的和意義，以術(shù)語的形式定義了應(yīng)急行動(dòng)水平，并將核與輻射的威脅分為5個(gè)威脅等級。該標(biāo)準(zhǔn)有中文版發(fā)布。

2007年，國際原子能機(jī)構(gòu)出版安全導(dǎo)則No. GS - G - 2. 1《核或輻射應(yīng)急的準(zhǔn)備安排》［10］，其中將應(yīng)急等級更新為4級：警報(bào)、設(shè)施應(yīng)急、場區(qū)應(yīng)急和總體應(yīng)急。

2011年，國際原子能機(jī)構(gòu)發(fā)布通用安全導(dǎo)則No. GS - G - 2《核與輻射應(yīng)急準(zhǔn)備和響應(yīng)準(zhǔn)則》［11］。No. GS -G -2中將IAEA -TECDOC -955報(bào)告中事故分級程序的輸入條件由5類改為6類，并對給出的應(yīng)急行動(dòng)水平示例做出了些許修訂。

2013年，根據(jù)福島事故經(jīng)驗(yàn)和總結(jié)，國際原子能機(jī)構(gòu)出版了IAEA-EPR-NPP Public protective Actions［12］。這一文件主要的應(yīng)用對象是輕水反應(yīng)堆核應(yīng)急，同時(shí)也用于石墨慢化堆，但對重水堆和熱功率小于100 MW的輕水堆不適用。因?yàn)樵撐募姓J(rèn)為熱功率小于100 MW的輕水堆不大可能發(fā)生導(dǎo)致場外緊急防護(hù)或其它應(yīng)急響應(yīng)行動(dòng)的事故。

2015年，國際原子能機(jī)構(gòu)出版了No. GSR Part7［13］，用于取代2002年出版的No. GS -R -2。No. GSR Part7關(guān)注國際區(qū)域或全球協(xié)同核應(yīng)急的問題，特地添加了一個(gè)章節(jié)來解釋該標(biāo)準(zhǔn)適用對象和范圍，以方便各國使用。這份文件中對No. GS -R -2中許多概念定義做了修改，使之更詳細(xì)明確；并在附錄中增加了緊急防護(hù)行動(dòng)中通用的各類劑量限值標(biāo)準(zhǔn)列表。

1. 3 比較

因?yàn)橥鲆辉?，國際原子能機(jī)構(gòu)建立應(yīng)急行動(dòng)水平的方法學(xué)在框架上與美國的相似而又有不同，如圖1、2所示。

圖1 美國應(yīng)急行動(dòng)水平建立方法的框架Fig. 1 Emergency action level framework of NRC

圖2 IAEA應(yīng)急行動(dòng)水平建立方法的框架Fig. 2 Emergency action level framework of IAEA

除了框架上的區(qū)別，細(xì)節(jié)上兩者也有不少區(qū)別。對比國際原子能機(jī)構(gòu)和美國所給出的應(yīng)急行動(dòng)水平示例表可以發(fā)現(xiàn)：①兩者選取的反應(yīng)堆運(yùn)行模式和應(yīng)急狀態(tài)不一樣，前者只選取了認(rèn)為有代表性的幾種，后者則羅列了全部，見表1、2、3；②所推薦的應(yīng)急行動(dòng)水平有所不同，以場區(qū)邊界處或以外的環(huán)境劑量率為例，見表2、表3，可以看出同一應(yīng)急狀態(tài)下兩者的推薦值相差一個(gè)數(shù)量級，即國際原子能機(jī)構(gòu)對進(jìn)入反應(yīng)堆應(yīng)急狀態(tài)的閾值設(shè)定得更低，而美國在這方面考慮的更保守。

表1 美國和國際原子能機(jī)構(gòu)考慮的反應(yīng)堆運(yùn)行模式對比Table 1 Comparison of operation modesused incriteria of NRC and IAEA

表2 美國法規(guī)中的應(yīng)急行動(dòng)水平示例Table 2 Emergency action level samples in NRC standard

表3 國際原子能機(jī)構(gòu)導(dǎo)則中的應(yīng)急行動(dòng)水平示例Table 3 Emergency action level samples in IAEA criteria

2 研究堆應(yīng)急行動(dòng)水平歷史發(fā)展

研究堆的應(yīng)急研究也起源于美國，美國核管會(huì)和核學(xué)會(huì)（American Nuclear Society，簡稱ANS）都分別對此發(fā)布過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。1979年，美國核管會(huì)頒布的管理導(dǎo)則第2. 6號《研究堆應(yīng)急計(jì)劃》［14］中規(guī)定，研究堆的應(yīng)急分級系統(tǒng)應(yīng)包括個(gè)人應(yīng)急、應(yīng)急警報(bào)、反應(yīng)堆應(yīng)急和設(shè)施應(yīng)急四個(gè)部分，其中設(shè)施應(yīng)急僅適用于功率大于100 KW的研究堆，并簡單描述了各等級應(yīng)有對應(yīng)的應(yīng)急行動(dòng)水平，但并未給出具體的規(guī)定。

1982年，美國核管會(huì)頒布了管理導(dǎo)則第2. 6號的第二版，同年美國核學(xué)會(huì)發(fā)布了ANS -15. 16 -1982《研究堆應(yīng)急計(jì)劃》［15］。1983年，美國核管會(huì)頒布了管理導(dǎo)則第2. 6號的第三版，以及NUREG -0849《研究和試驗(yàn)反應(yīng)堆應(yīng)急計(jì)劃》［16］。NUREG - 0849將應(yīng)急等級分為4級：異常事件通報(bào)、警戒、場區(qū)應(yīng)急和總體應(yīng)急，規(guī)定了研究堆應(yīng)急計(jì)劃適用于熱功率為0.1 W至50 MW之間的研究和試驗(yàn)反應(yīng)堆，并以列表的形式給出了各級應(yīng)急行動(dòng)水平的詳細(xì)數(shù)值建議。

此后關(guān)于研究堆應(yīng)急行動(dòng)水平的標(biāo)準(zhǔn)一直沒有更新，直到二十多年之后，2008年美國核學(xué)會(huì)才頒布了ANS -15. 16 -2008［17］，以替換1982年發(fā)布的舊版。這份文件延續(xù)了4級應(yīng)急等級的劃分，并給出了更詳細(xì)的每一等級對應(yīng)的應(yīng)急行動(dòng)水平和計(jì)算公式。

對比研究堆和動(dòng)力堆的法規(guī)可以發(fā)現(xiàn)，兩者關(guān)注的焦點(diǎn)不同，見表4。因?yàn)榻^大多數(shù)核電廠都屬于輕水堆，屬于同一種堆型，雖然功率大小上有所差異，但可能發(fā)生的異常和事故都是一樣或極其相近的，因此動(dòng)力堆法規(guī)對核電廠所有可能發(fā)生的事件進(jìn)行系統(tǒng)的歸類和劃分，指出每一事件屬于的應(yīng)急等級。而研究堆的堆型多樣，一個(gè)通用性法規(guī)是無法涵蓋每種研究堆可能發(fā)生的全部事件的，因此只能主要從放射性流出物釋放量這樣的通用量上做出規(guī)定，見表5。

但是，從構(gòu)建應(yīng)急行動(dòng)水平的原理來看，兩者是一樣的，都是從反應(yīng)堆的可信事故出發(fā)，通過事故分類，事故分析等步驟來建立應(yīng)急行動(dòng)水平。也就是說，構(gòu)建應(yīng)急行動(dòng)水平的原理對于所有類型的反應(yīng)堆都是通用的。

表4 研究堆和核電廠法規(guī)比較Table 4 Comparison of standards between research reactors and nuclear plants

表5 研究堆應(yīng)急行動(dòng)水平中的劑量推薦值Table 5 Emergency action levels of doses for research reactors

3 福島事故對核應(yīng)急行動(dòng)水平的影響

從歷史發(fā)展趨勢來看，每當(dāng)有大型核事故發(fā)生之后，核應(yīng)急標(biāo)準(zhǔn)都有著更新和進(jìn)步。應(yīng)急行動(dòng)水平這個(gè)概念雖然早在上世紀(jì)五十年代就出現(xiàn)了，但是一直到三里島事故之后，相關(guān)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)才正式走上舞臺(tái)。

切爾諾貝利事故發(fā)生之后，由于其造成的嚴(yán)重后果和跨國大面積的輻射污染，這一問題才得到了全世界的重視，不僅美國著手完善了自己的法規(guī)，其他各國也紛紛制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并開設(shè)了培訓(xùn)班。國際原子能機(jī)構(gòu)也加強(qiáng)了這方面的重視，陸續(xù)制定并發(fā)布了許多文件。

福島事故發(fā)生之后，世界各國和國際組織都再次加強(qiáng)了對核應(yīng)急的重視。以國際原子能機(jī)構(gòu)為例，自2013年后，國際原子能機(jī)構(gòu)一直致力于協(xié)助成員國加強(qiáng)應(yīng)急準(zhǔn)備和響應(yīng)，對各成員國進(jìn)行應(yīng)急準(zhǔn)備評審工作組訪問，而且多次組織應(yīng)急安全演習(xí)和舉辦培訓(xùn)班。其中最主要的兩個(gè)行動(dòng)，一個(gè)是開發(fā)和測試了“國際輻射監(jiān)測信息系統(tǒng)”，為成員國在應(yīng)急期間提供大量放射性監(jiān)測數(shù)據(jù)工具；其二是著手開發(fā)“應(yīng)急準(zhǔn)備和響應(yīng)信息管理系統(tǒng)”，以求提高成員國應(yīng)急準(zhǔn)備和響應(yīng)信息的獲得性。

也就是說，如何能夠更快更準(zhǔn)確的在事故應(yīng)急中得到需要的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并做出正確的決策，是目前國際社會(huì)對核事故應(yīng)急的主要要求。這主要是由于在福島事故過程中，由于事故造成了高濃度輻射，導(dǎo)致原本設(shè)置的實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)失靈，從而對事故嚴(yán)重程度無法準(zhǔn)確認(rèn)知或認(rèn)知滯后，甚至導(dǎo)致很多人在劑量很高的情況下依然不自知，不能采取正確的防護(hù)和撤離行動(dòng)，以致受到了輻射傷害。因此，不僅是構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和監(jiān)測系統(tǒng)受到了重視，研制在極端條件下依然能夠正常工作的監(jiān)測儀器也成為了熱點(diǎn)。

核應(yīng)急行動(dòng)水平的建立是建立在反應(yīng)堆事故分析的基礎(chǔ)上，同時(shí)應(yīng)急行動(dòng)水平本身又對事故過程中的決策和應(yīng)對起著關(guān)鍵性作用。雖然應(yīng)急監(jiān)測儀器和系統(tǒng)的進(jìn)步對建立應(yīng)急行動(dòng)水平的理論原理沒有什么影響，但假如測量精度和速度能夠得到提高的話，或許會(huì)對應(yīng)急行動(dòng)水平某些限值的制定造成影響。

福島事故中由于衰變熱不能排出而造成了一系列嚴(yán)重后果，因此使得具有非能動(dòng)系統(tǒng)、固有安全性的新型反應(yīng)堆受到了追捧。非能動(dòng)系統(tǒng)的加入，會(huì)對反應(yīng)堆的事故發(fā)生概率、發(fā)展過程和時(shí)間、后果嚴(yán)重程度都造成影響，而這些影響必然導(dǎo)致應(yīng)急行動(dòng)水平與從前有所不同。因此，研究現(xiàn)行的輕水堆應(yīng)急行動(dòng)水平建立導(dǎo)則對新堆型的適用性，以及對新型反應(yīng)堆應(yīng)急行動(dòng)水平的開發(fā)也是近年來的一個(gè)熱點(diǎn)。

4 結(jié)論

從應(yīng)急行動(dòng)水平法規(guī)的發(fā)展歷程可以看出，建立應(yīng)急行動(dòng)水平的方法學(xué)與核反應(yīng)堆事故的發(fā)生息息相關(guān)，并已發(fā)展形成了相當(dāng)完善的輕水堆應(yīng)急行動(dòng)水平建立體系。總結(jié)上文可以得到以下結(jié)論。

（1）比較美國和國際原子能機(jī)構(gòu)的方法學(xué)，美國的方法學(xué)系統(tǒng)性更強(qiáng)、分類更細(xì)致，對所有假想事故可能導(dǎo)致的后果都做了詳細(xì)考慮，同時(shí)也更保守一些；國際原子能機(jī)構(gòu)則是在確保安全性的情況下，有代表性的選擇部分事故狀態(tài)加以闡述。

（2）研究堆和動(dòng)力堆的應(yīng)急行動(dòng)水平方法是同出一源的，因此具有共通性。也就是說，雖然在法規(guī)上，由于研究堆的多樣性而無法制定一個(gè)如輕水堆那樣詳盡的標(biāo)準(zhǔn)，并且由于事故規(guī)模大小不同的原因，則主要關(guān)注于輻射水平異常之上。但在實(shí)際操作時(shí)，研究堆也和動(dòng)力堆一樣，是從反應(yīng)堆的可信事故出發(fā)，通過事故分類，事故分析等步驟來建立應(yīng)急行動(dòng)水平，說明這一原理對于各類反應(yīng)堆是通用的，因此其他堆型的反應(yīng)堆在建立應(yīng)急行動(dòng)水平時(shí)可以參考輕水堆的方法轉(zhuǎn)化得到。

（3）福島事故發(fā)生后，國際社會(huì)對于事故應(yīng)急監(jiān)測和反應(yīng)堆固有安全性倍加關(guān)注，對這兩項(xiàng)的關(guān)注都會(huì)對應(yīng)急行動(dòng)水平的建立帶來影響。

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The History and New Development of Emergency Action Levels of Nuclear Reactors

CHEN Changqi1，2，XIA Xiaobing2，*，LV Xiaowen1，2，CAI Jun2，GUO Xianwei2
（1. University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China；2. Shanghai Institute of Applied Physics，Chinese Academy of Sciences，Shanghai 201800，China）

Abstract：Emergency action level（EAL）is very importantfor emergency plan of nuclear reactors. This paper presents the history and optimization process of developing emergency action levels of nuclear reactors in detail，the similarities and differences between American and International Atomic Energy Agency and those between nuclear power plants and research reactors in developing emergency action levels. Finally，it introduces the focus of international community in the field of nuclear emergencyand the impact on developing EALs after Fukushima accident.

Key words：nuclear power plant；research reactor；emergency action level

中圖分類號：TL73

文章標(biāo)志碼：A

文章編號：1672-5360（2016）02-0046-06

收稿日期：2016-04-13 修回日期：2016-05-21

基金項(xiàng)目：中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)項(xiàng)目資助，項(xiàng)目編號 No. XD02005004

作者簡介：陳暢其（1990—），女，福建將樂人，博士研究生，現(xiàn)主要從事核應(yīng)急安全工作

*通訊作者：夏曉彬，E-mail：xiaxiaobin@ sinap. ac. cn