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小型模块堆的安全和许可方案将对现有的监管框架构成挑战

2021-06-08 10:18    小型模块堆  核监管  放射性  核安全

小型模块堆可能更小,并采用具有许多固有安全特性的创新技术,但在监管方面的最终目标仍然不变:确保对人和环境的保护,并将事故和放射性释放的风险降至最低。


美国纽斯凯尔电力公司的小型模块堆模拟控制室。(图/美国西北能源公司)

小型模块堆可能更小,并采用具有许多固有安全特性的创新技术,但在监管方面的最终目标仍然不变:确保对人和环境的保护,并将事故和放射性释放的风险降至最低。

小型模块堆设计和部署的新型方案可能对现有的监管框架构成挑战。与现有反应堆相比,小型模块堆的设计一般比较简单,小型模块堆的安全概念更多地依赖于反应堆的非能动系统和固有安全特性,如低功率和运行压力。这些特性都增加了安全裕度,并且在某些情况下,实际上消除了反应堆堆芯受到严重损害的风险,从而消除了发生事故时放射性大量释放的可能性。因此,减少了对坚固的安全壳和应急响应措施的依赖。

“与现有反应堆相比,小型模块堆对安全系统、运行措施和人为干预的依赖性一般较小。因此,通常的监管方案,即基于冗余安全措施来弥补潜在的机械和人为故障,可能并不合适,应该考虑新的想法。”原子能机构核装置安全处处长Greg Rzentkowski说。然而,他补充说,当前安全方案所依据的主要概念,例如确保在若干工程和程序层面预防和减轻事故的纵深防御概念,如果利用风险和性能信息加以实施,则对于小型模块堆至关重要。

为了证明任何类型的核电厂设计的安全性,需要对核电厂所有状态——正常运行、预期运行事件和事故工况——进行全面安全评定。在此基础上,可以确定电厂设计抵御内部和外部事件的能力,并确定安全设施的性能标准,包括应急规划。

“小型模块堆的概念验证需要证明基本安全功能——反应堆控制、堆芯冷却和反应性密封——的有效性,在优化纵深防御策略以最大限度地降低事故风险的基础上,一旦发生事故,切实消除事故后果。”Rzentkowski说。鉴于新的设计和安全理念,应具体考虑安全论证文件的验证、单元之间接口、材料特性和人为因素。此外,他补充说,无论事故风险有多低,可扩展的密封和应急响应安排对于应对意外情况是必不可少的。

技术中立的框架

由于包括小型模块堆在内的创新技术的概念和设计在技术上多种多样,原子能机构正在努力建立一个技术中立的安全框架,以帮助在原子能机构现有安全标准的基础上统一国际方案。

这种技术中立的框架包括一个总体部分——社会和健康目标、风险目标和高级安全原则和要求的层次结构,然后可在国家框架中加以阐述,以根据所使用的具体技术处理监管和技术要素。Rzentkowski补充说,这种方案可以灵活地实现创新和成熟技术的平衡结合,这对于按照一般安全目标和具体风险目标优化防护和缓解措施是必要的。

一些国家已经在这一领域积极开展工作。例如,加拿大以及阿根廷、中国、俄罗斯和美国等几个少数国家正在对小型模块堆进行监管审查。

“加拿大核安全委员会的技术中立监管框架主要基于原子能机构的安全标准,在不影响安全的前提下,能够在反应堆设计、建造、运行和退役方面实现新颖和创新。”加拿大核安全委员会主席Hugh Robertson说,“在设计安全裕度存在不确定性、运行经验有限的情况下,可能需要采取额外的运行控制措施。在这些情况下,保护措施将与风险相称。

”他补充说,核监管机构之间的协作和监管要求的统一可以使所有相关方受益。“这最终会使许可证审批程序更加高效和有效。事实上,让多双眼睛关注共同的安全问题,可以提高安全水平。随着我们不断探索进一步的统一机会,尊重监管主权的同样科学和监管信息也可以使用。”

论证安全的个案研究

虽然原子能机构的安全标准作为保护人和环境免受电离辐射有害影响的全球参考,一般来说是技术中立的,可以适用于小型模块堆,但原子能机构将通过为规定这些标准的实施制定具体导则,进一步支持国家监管机构。“旨在论证如何利用核电厂设计要求进行水冷堆和高温气冷堆两种最常见小型模块堆技术的许可证审批的个案研究已经完成。”Rzentkowski说。

与此同时,小型模块堆监管机构论坛正在开展共享监管知识和经验以及确定良好实践的工作。该论坛由原子能机构主办,由一个致力于应对监管小型模块堆新型设计挑战的国际小组组成,以确定小型模块堆的新安全建议。在举行了一次关于制定专门针对小型模块堆的国家标准的会议之后,这些建议现在可在原子能机构网站上查阅。论坛的工作集中于小型模块堆的多模块性质和模块之间相互依存的安全方面,以核实如果一个模块出现问题,对其他模块的影响将是最小的。

“认识到安全将始终是第一优先事项,小型模块堆的监管方案需要将重点从一个反应堆依次转移到对设计的稳健性、安全论证文件的完整性以及为确保反应堆整个寿期安全而采取的流程充分性进行全球安全评定,以避免先建后修的安全问题。”Rzentkowski说。



图为技术

深圳核博会

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