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我国核应急发展现状与前沿动态研究

2020-09-10 15:20  来源:中国核电    核应急  核电  中国核电  核安全

核应急是核能事业持续健康发展的重要保证。为了把握我国核应急关键技术的研发重心,切实解决我国核应急技术重要需求和关键科学技术难题,探讨了国内外核应急发展现状,剖析了我国的核应急组织体系、核应急法规体系以及核应急演练机制,并在此基础上,通过总结中国核电及核电安全技术的发展趋势,进一步展望核应急发展的前沿动态。


核应急是核能事业持续健康发展的重要保证。为了把握我国核应急关键技术的研发重心,切实解决我国核应急技术重要需求和关键科学技术难题,探讨了国内外核应急发展现状,剖析了我国的核应急组织体系、核应急法规体系以及核应急演练机制,并在此基础上,通过总结中国核电及核电安全技术的发展趋势,进一步展望核应急发展的前沿动态。我国已建立了较为完善的核应急组织体系和法律体系,目前仍密切跟踪国际最新安全要求完善体系建设; 核应急技术与装备研究方面,我国仍处于起步阶段,尚缺乏较为 成熟的核应急技术和完备的装备。国家投入大量精力开展核应急技术的研究,重点攻克在核事故应急评价、核与辐射应急监测技术,核应急辐射防护技术,核事故应急作业技术与装备,以及核事故后果评价等方面的关键技术。

人类科技取得了巨大的发展, 在这背后, 核技术的应用研究也做出了诸多贡献。如今, 在电力发电、工业生产、科技创新等领域均涉及核能的研究与利用。核应急是核能事业持续健康发展的重要保证[1]。伴随着三大核事故的发生,人们深刻意识到核应急的重要性[2]。国内外在核应急管理以及技术与装备等方面开展了大量研究,自核应急概念提出后,经过30 多年的发展,核应急的相关概念和理论体系逐步形成。为了把握我国核应急关键技术的研发重心, 切实解决我国核应急技术重要需求和关键科学技术难题, 本文在梳理国内外发展历史的基础上,探讨了当前适应我国需要的核应急组织体系、法律法规体系以及核应急状态下的演练机制,并在此基础上,通过总结中国核电及核电安全技术的发展趋势,进一步展望核应急重要科技发展的前沿动态。

1 国内外核应急的发展历史

1.1 核应急的提出

国际上,截至1979 年,在核领域还尚未发生影响核电安全的事故,政府及各生产部门在核事故应急的计划和准备上缺乏足够的重视。直至1979年三哩岛核事故后,各界开始思考核电安全发展的未来[3]。1986 年切尔诺贝利核事故给生态环境造成严重危害,造成极大社会恐慌。人们更加意识到核应急工作的紧迫性,随即核安全与应急辐射相关工作被提上日程[4]。随着研究的进展,在核应急中,小至微观概念,大到宏观体系均经历了更新和架构的整合[5-6]。因此,切尔诺贝利核事故被认为是国际社会重视核应急的开端。在国内,1985年秦山一期核电站开始建设,次年,苏联便发生了切尔诺贝利核事故,此事件给我国的核能发展敲响了警钟。1991 年国家核应急委员会成立,1997 年国家核应急计划正式出台[7-8]。从历史脉络中可以看出, 切尔诺贝利核事故成为我国加强核安全建设的推手, 从正面促使政府加快部署核应急工作,因此1986 年成为我国核应急工作发展的初始。

1.2 核应急的概念与理论形成

随着三大核事故的发生,核应急的相关概念和理论逐步发展成熟,国际社会对核应急的相关概念,应急计划区划分标准,剂量后果评价以及干预水平等方面取得较大的进展[9-10]。

美国核管会 (NRC) 在三哩岛核事故发生后,于1980年10 月制定了 “核电站应急计划的制定和审查标准”, 该标准成为核电站、州、地方政府制定应急计划的指导性文件[11]。切尔诺贝利核事故后,国际社会和各种核机构重新审议了之前颁布的相关标准和法规, 对应急计划的基本概念的范围重新进行评定。福岛核事故后,世界各核能国家深刻检查各核设施和装备的安全性能,增强涉核人员安全意识,力图系统化提升核应急能力[12]。在国际原子能机构的协助下, 我国核应急的概念与理论逐步成熟, 开发全新的标准理念,同时对标准实行内外兼修, 为应急工作做好充足准备。

1.3 国外核应急发展现状

1.3.1 美国

作为当今拥有核电的大国之一, 美国核事故应急管理体系的完善源于1979 年三哩岛核事故的发生,而在此之前尚不完备。该管理体系选用四级分层的整体框架, 按照联邦、州、地方、核电运营单位的层级由上而下管理。为使核应急工作得到法律保障, 美国审议通过了如 《原子能法》《能源改组法案》等法律文件, 并根据这两部法律形成了新的法律体系, 如 《核 能源法》《核安全研究、发展以及演示法》 《核废料政策法》[13]。

1.3.2 法国

法国也是世界核大国之一, 其核能的安全发展与完善的应急制度是息息相关的。20 世纪60年代初,该国筹备建立国家核管理局,1991 年,另外建立了放射性废弃物管理局, 随后的2002年,重组国家核安全与辐射防护总局,2006 年设置了法国国家核能安全局。与其他国家一样, 法国与核能有关的规定主要来源于国际标准及公约等。2014年2月法国政府发布了 “重大核或放射性事故国家应急计划”, 该计划包含了需要国家作出应急响应的国内外所有核或放射性事故的应急[14]。

 1.3.3 日本

日本的核应急管理体系中遵循的是内阁首相制,总体指挥由内阁官房长官负责。日本核应急经过50多年的发展, 在法律的顶层设计上稳步发展。1961 年, 日本颁布 《灾害对策基本法》; 1986年,定量原则被提出;2000 年, 颁布 《原子力灾害对策特别措置法》, 对核设施的安全管理做了详细规定;2011 年, 福岛核事故后, 日本修改了 《核设施防灾对策》;2013 年核管会颁布了新的 《灾害对策指南》[15]。

当前主要核工业国家核应急发展现状如表1 所示。

中国核应急的发展现状

2.1 中国核应急组织体系

我国核应急实行三级组织体系, 分别由国家级、省级 (包括直辖市、自治区)、核运营单位三级应急组织有效建构, 核应急组织体系如图1 所示。

在国家级层面上,设立国家核事故应急协调委员会,由政府与军队的相关部门组成。并设立国家核事故应急办公室,对国家核事故应急协调委员会的日常工作活动负责。在省区市一级, 设立核应急协调 机 构。 核 应 急 组 织 职 能 如图 2 所示。

2.2 中国核应急法规体系

我国核应急制度建设工作在1986 年切尔诺贝利核事故后得到重视。我国开始从法律层面对核应急作出规定和要求,防止及减缓辐射对生物和环境的影响。目前我国基本形成了一套完善的法律法规标准体系[16],如表2所示。

在行政法规方面,政府相关部门制定相应的部门规章和管理导则与这些法律法规相配套, 共同保证我国核应急工作的规范性。除此之外, 国际公约也是我国核应急法律体系的重要组成部分。我国加入的国际公约主要有: 《及早通报核事故公约》《核安全公约》等[17]。

2.3 中国核应急演练机制

有效的演练工作是核应急工作环节中的重要一环。为适应我国核能发展的需要, 我国在多地开展核应急演习工作。 “神盾系列” 国家联合演习的成功举办,充分验证了核应急响应工作的可实施性和及时性。各核设施单位开展各项去污洗消、辐射防护、医疗救援等专项应急演练, 在演练实践中提升核应急响应能力[18]。核行业集团充分借鉴美国、法国等核能大国的建设经验, 在吸取福岛核事故的教训的基础上, 进行了思考、探索,建立了集团核应急支持体系[19]。

3 核应急发展前沿动态

3.1 中国核电发展趋势

我国核电发展经历了5 个阶段: 探索起步、规划发展、快速发展、暂缓建设和重启阶段[20]。在电力系统中,水电、风电及光伏受到自然条件制约,发电具有不稳定性, 难以满足用电负荷。核电作为高能源密度的清洁能源, 能满足发电需要。目前,核电已逐步成为我国电力发展中的支柱产业。据统计, 我国2018 年电力生产类型比重如图3 所示, 核电占比4.22%。预计到2020年,核电在能源结构中将上升至5%, 我国大陆在建核电装机容量将达到5800万千瓦[21]。

3.2 中国核电安全技术的进步

随着日本福岛事故发生后,我国更加重视中国核电技术安全。为了保证核安全, 不断深化反应堆的安全设计。经过不断发展, 我国已经开始建设防御措施更完善的第三代反应堆, 安全性能显著提高。我国目前在掌握第三代核能技术的同时自主攻克研究第四代核电的关键技术, 如高温气冷堆技术、核电共性技术研发等, 并通过示范工程建设,不断攻克技术难题。核电技术国有化率目前已达到85% 以上, 成为核电技术成熟的重要标志。我国在引进吸收国外先进技术的基础上,自主研发的 “华龙一号”, 在安全性能上迈出了一大步。

3.3 核应急前沿动态研究

(1) 核事故应急实时评价系统

核事故应急评价系统使用较为广泛的主要有: 美 国 NARNC 决 策 支 持 系 统、 日 本WSPEEDI应急剂量预测系统、欧洲 RODOS 实时在线决策系统[22]。NARNC 系统开发已经更新至第三代[23]。WSPEEDI重点解决事故源项反演模型、国际核事故应急数据通信网模型等[24]。目前 RODOS系统正在开展数据同化技术及场外核应急决策系统一体化的国际网络技术研究[25]。

中国辐射防护研究院开发了 NACADOS 系统,具有我国自主知识产权[26], 核应急决策支持系统各项功能逐步增强,但我国在核电站源项分析和放射性核素迁移扩散方面的研究尚存在不足,对辐射监测数据与实际核事故后果方面的同化研究还有待深入。

(2) 核应急移动监测系统

快速准确获得各项辐射数据是保证核应急决策得当的重要前提。国内外开发了移动监测系统,如移动实验室、车载监测系统等[27]。我国不断加强对核应急移动监测系统的研究, 逐步开发了 NAI (Tl) 谱仪系统和 HGPe 谱仪系统,实现了数据实时共享[28]。此外, 我国各核电站相应配备专用的移动核应急监测系统, 如田湾核电站配有核应急环境监测车等。

目前,我国相对尚缺乏较为成熟的核应急总体装备技术。监测系统的测量精度不够, 使用界面和操作较为复杂。在应急监测装备小型化、无人化、智能化应用方面与国外相比, 差距较为明显,需要开展大量研究工作加以解决。

(3) 核应急辐射防护技术

福岛核事故后,国外增加了对于核应急辐射防护技术的开发与研究,尤其是应急人员的辐射防护装备[29]。由于人工智能的突飞猛进, 欧美等发达国家研制出了智能化核应急防护人员装备,具有实时搜索定位系统、核防护自给型氧气维持系统等, 在核应急行动中起到了关键的作用。

目前,我国积极展开核应急辐射防护方面的研究,结合目前核应急处置能力和辐射防护的技术特点,研发了一系列辐射防护装备。在性能方面基本能满足一般核事故防护需要, 但对于涉核武器化学爆炸等核事故,尚不能承担救援与处置等需求。

存在的问题主要包括:1) 对α、β、γ、氚、中子等综合防护能力较弱;2) 防护技术和装备的集成化、专业化程度尚低;3) 防护装备达不到长时间应急工作[30]。

(4) 核事故应急作业技术与装备

在强辐射区域,选用核应急机器人代替人工进行核应急工作很有必要。20 世纪 40 年代,美、法、日等国尝试该工作的探索, 并取得了一系列成果,例如美国阿贡实验室研制的 M1 机器人[31]。我国中辐院和原子能院等研究机构开发了多种类型的机器人。原子能院的 BHBot401(基本型) 机器人可在强辐射区域完成信息获取及传输、物品抓取移动等作业。目前我国正积极研制适应强辐射环境的应急机器人, 如南华大学正在研制的核应急机器人,可在辐射环境下完成拆除等应急任务等[32]。

我国专家学者对核应急装备防护问题进行了一系列研究, 通过优化材料、高温退火等方法, 使部件达到了耐辐射的要求。但是目前为止, 在研究的力度和研发的深度上都有进一步拓展的空间。下一步的重点是要在确保结构精准实用的基础上,解析辐射对设施设备的最大破坏, 提高结构抗辐射性能。

(5) 核事故后果评价

核事故后果评价关注放射性核素通过食物链的传递途径,最后被人体吸收的剂量。切尔诺贝利核事故发生后,世界各国开关注核事故后果的评估。其主要评估模式是利用环境监测数据开展核素迁移模式的有效性验证。IAEA 组织了各国开展了一系列的研究课题,研究放射性核素在生物圈的迁移模拟和评价等。

我国核事故后果评价在近年来发展较为迅速,但与领先国家相比,仍有较大的差距, 主要体现在事故源项的计算和分析、严重事故的理论分析与实验相结合以及后果评估中参数的选定等问题。因此,我国应该继续加强对核事故后果评估的研究。

4 结 论

1) 经过多年的发展, 我国核应急政策法规体系不断完善,应急支援体系已在我国核行业集团得以建立,并且在模拟演练的基础上对核应急制度与程序建立、队伍建设以及设施设备安全等方面进行了评估与优化。

2) 核电以环保、高能量密度等特点逐渐成为我国电力发展的支柱产业,为了保证其安全运行,我国不断增强其安全性,核电安全技术取得较大的进步。

3) 目前国家相关机构仍密切跟踪国际最新安全要求,不断完善核应急体系的建设。我国在核事故应急评价、核辐射应急监测技术、防护技术、作业技术以及核事故后果评价等方面投入大量精力开展相关技术的研究,为核应急处置提供理论及技术支持。纵向来看, 在核应急领域, 我国当前正在逐步缩小与领先国家的差距, 但由于核应急事业启动时间较晚,目前距离成为一个拥有成熟核应急理论和完善核技术装备的国家尚有一段路程。



图为技术

深圳核博会

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