我国三代核电满足安全

文章摘要

陈述针对我国自主三代压水堆技能"华龙一号"（HPR1000）与"国和一号"（CAP1400）的安全规划、严峻事端防备和缓解办法展开剖析，研讨其在最严峻事端工况下的安全确保办法。研讨成果标明，我国三代核电满意世界核电最高安全规范，完成"从规划上实践消除大规模放射性开释"的安全规范，具有满意的安全性。

1世界核电的核安全规范

核能发电时，核裂变进程中生成的很多裂变产品和放射性是反响堆潜在的首要危险，核电厂的安全包含正确运转、防备事端或缓解事端成果，以确保厂区工作人员、大众和环境免遭过量辐射的危害。为确保核电安全有必要供给手法，确保在运转或事端工况下反响堆的安全停闭，并坚持在次临界；确保停堆后导出堆芯余热； 将放射性物质容纳在第三道屏障安全壳内，使其事端工况下开释值低于可承受限值。一起为使上述手法具有有用、牢靠的履行功用，核电厂的规划遵循了纵深防护的准则，设置多重防护办法，使得单个或组合的失效或过失都可以得到改正或补偿。

现在全球运转的 400 余座核电厂都具有上述安全手法，能对各种设想事端、以及稀有的规划基准事端作出正确呼应，确保核电厂的安全运转。核电厂近两万堆年的运转成绩证明，核电厂的安全实践是成功有用的，放射性排出物仅为容许排放限值的 0.01% ～ 50%，乃至更少，是在天然放射性本底的天然改变规模之内。核电厂导致的个人逝世危险大约为 2×10-10，远小于事端、空难、火灾、爆破、有毒气体走漏所构成的逝世危险。

为量化点评核电厂对大众和社会的影响，美国核能办理委员会提出“两个千分之一”准则，即：（1）对紧邻核电厂的正常个别成员，因为反响堆事端所导致当即逝世的危险，不该超越美国社会成员所面临的其他事端所导致的当即逝世危险总和的千分之一。（2）对核电厂附近区域的人口，因为核电厂运转所导致的癌症逝世危险，不该超越其他原因所导致癌症逝世危险总和的千分之一。1979 年 3 月产生的美国三哩岛核事端，使人们开端认识到多重事端叠加、加上误操作会导致严峻事端，尽管概率极低，但有或许产生。从 20 世纪 70 时代起，概率安全剖析办法有了大跨步开展，WASH-1400、NUREG-1050、NUREG-1150 在世界上被公认为概率剖析开展的里程碑，终究构成了文件 SECY-01-0009，规则每运转堆年严峻堆芯损坏频率小于 10-4，每运转堆年大规模放射性开释频率小于 10-5，作为核电厂规划的安全方针，以满意“两个千分之一”的准则。

1986 年 4 月苏联切尔诺贝利核事端后，20 世纪 90 时代初美国宣布了“用户要求文件（URD）”，随即欧洲宣布了“欧洲用户要求文件（EUR）”，对新规划的核电厂提出全面要求，其间将安全方针进步一个数量级，即每运转堆年严峻堆芯损坏频率小于 10-5，每运转堆年大规模放射性开释频率小于 10-6。一起德国和法国首要提出了“实践消除大规模放射性物质开释”的相关概念，安全监管组织要求新建反响堆应对内部事情时应满意下列安全方针。

（1）有必要实践消除会呈现堆芯熔化、导致前期或很多放射性走漏的事端。

（2）对无法彻底扫除堆芯熔化或许性的严峻事端，有必要规划预案，确保只需对

大众在必定地域 / 时期内采纳有限维护办法（无需永久迁居、核电站周边地区无需紧迫撤离、只需为有限的人员供给维护所、无需长时刻约束食物消费），且有必要经过指定预案，确保有满意的时刻来施行这些办法。

（3）在外部事情方面，监管组织倾向于要求将大飞机故意碰击考虑进去，并要求证明这种情况下反响堆可以安全停堆；一起，还有必要考虑超规划的外部危害（地震、洪水），以证明“陡边效应”不会严峻影响核安全。

第三代反响堆增设了反响堆堆腔熔融物搜集设备（堆芯捕集器），或许设置避免反响堆压力容器熔穿的体系；设置冷却熔化堆芯的安全壳内换料水箱；选用全非能动或能动 + 非能动的安全体系驱动手法，以避免全厂断电带来的严峻成果；为缓解相似“9·11”恐怖突击的坠机所构成的事端成果，设置双层安全壳，并装备相应的冷却体系，外层用以避免外部事情的损坏，内层用以避免内部事端引发的放射性外泄。一切这些安全手法结合在一起，使反响堆高压熔融事端频率与二代 + 比较减少了十倍以上，并确保事端产生时简直一切的安全功用均底子可控。

2011 年 3 月日本福岛核事端后，为避免核事端对周围大众和环境构成不行承受的影响，世界原子能组织（IAEA）再次着重要“从规划上实践消除大规模放射性物质开释”的安全方针。然后完成“无需永久迁居、核电站周边地区无需紧迫撤离、有限的人员维护、无需长时刻的食物消费约束”的方针。

2 我国核电与世界接轨，履行世界最高核安全规范

2017 年，我国同意发布了《中华人民共和国核安全法》，在榜首章榜首条中清晰规则了“为了确保核安全，防备与应对核事端，安全使用核能，维护大众和从业人员的安全与健康，维护生态环境，促进经济社会可继续开展”。

我国国家核安全局发布的核安全规则 HAF102-2016 对核安全方针做了清晰的规则，包含与上述要求一起的底子安全方针。国务院已于 2012 年 10 月同意发布的《核安全与放射性污染防治“十二五”规划及 2020 年前景方针》提出的安全方针包含：具有较完善的严峻事端防备和缓解办法，其间堆芯损坏频率CDF ＜ 10-5( 堆年），大规模放射性开释频率 LRF ＜ 10-6（堆年）。国家核安全局关于“十三五”及后续制作机组，提出了“实践消除”的安全方针，以确保即便在严峻的堆芯严峻损坏工况下，有用容纳放射性，不会对环境和大众构成不行承受的影响。

我国现行的核安全法令法规彻底契合我国国情，与世界接轨，博采众长，表现世界最高核安全规范的准则。

“华龙一号”（HPR1000）、“国和一号”（CAP1400）是我国自主研制的先进三代压水堆核电站，其规划全面遵循国家有关核安全的法令和法规，表现世界最高核安全规范。

（1）全面遵循纵深防护准则和合理可行尽量低（ALARA）准则：规划上选用 纵深防护办法和多重实体屏障，尽最大或许确保纵深防护各道办法的彼此独立性， 对设备体系毛病或人员活动，以及厂外事情等引起的各种瞬变、估计运转事情及事端供给多层次的维护，以完成操控反响性、排出堆芯热量和乏燃料热量、容纳放射性物质，将事端消除或约束在初发阶段，避免事端扩展，防备严峻事端的产生，确保核电厂安全。设置燃料包壳、反响堆冷却剂体系压力鸿沟和安全壳多重实体屏障， 确保每一道屏障的有用性，并为之供给维护办法，避免放射性物质开释到环境。

（2）完善的专设安全设备应对规划基准事端：为了牢靠确保三大安全功用的履行，设置完善的专设安全设备，用于缓解规划基准事端。专设安全设备契合单一毛病准则、牢靠性、独立性、多样性等准则；为确保专设安全体系即便在悉数失掉厂表里电源（SBO）时，亦能履行其安全功用，我国三代核电的安全体系选用全非能动或能动 + 非能动的驱动办法。此外，还编制了应急运转规程，以辅导操纵员进行规划基准事端下的核电厂操作。

（3）完善的严峻事端防备和缓解办法应对规划扩展工况。

包含一回路紧迫卸压体系、氢复合体系、堆芯熔融物堆内停留体系、安全壳余热导出体系和安全壳阻隔体系等。可防备安全壳的直接加热、蒸汽爆破、很多氢气爆燃、安全壳底板熔穿、安全壳晚期超压、安全壳旁路型事端，以及安全壳事端翻开（特别是停堆状态下）等严峻事端。充沛罗致三哩岛、切尔诺贝利和福岛核事端经历教训，规划牢靠、有用的严峻事端防备和缓解办法，包含能动和非能动的堆腔充水吞没体系和堆芯余热导出体系，有用地避免安全壳超压，将放射性物质容纳在安全壳内，即便失掉全厂电源，也能确保 72 小时内，无需人工干预，缓解严峻事端。此外，还设置完善的事端办理体系，包含应急运转规程、严峻事端办理导则等。

（4）设置两层安全壳：榜首，外层避免外部灾祸突击：包含外部人为事情和外部天然事情；考虑到超规划的外部危害（地震、洪水），并确保“陡边效应”不会严峻影响核安全；将大飞机故意碰击考虑进去，并确保在这种情况下反响堆可以安全停堆。第二，内层避免内部事端构成的放射性外泄，确保将放射性物质容纳在安全壳内。表里安全壳间的中心环廊，坚持负压环境，构成对放射性物质的两层容纳。

（5）福岛核事端后，为应对相似核事端的产生，我国三代核电增设了应急水源、应急电源或移动电源的设备，以应对大规模的天然灾祸或长时刻的事端成果。

（6）确结论和概率论相结合：依照 HAF102、HAD102/17 和国标等相关法规的要求，对规划基准事端、没有构成堆芯显着危害的规划扩展工况（DEC-A）和堆芯熔化的规划扩展工况（DEC-B，即严峻事端）进行了全面确实结论安全剖析。确结论安全点评选用保存剖析准则，验证了安全体系的规划满意全体安全要求，规划基准事端成果满意法规要求，且堆芯规划满意 15% 的热工余量；概率安全点评（PSA）技能贯穿于我国自主三代核电的整个规划进程，进行核电厂全体安全水平的评价，承认满意法规要求的概率安全方针；辨认规划薄弱环节，采纳办法补偿安全短板。

总起来说，我国三代核电的规划彻底遵循履行了世界最高核安全规范的要求。

3 我国三代核电完成了“实践消除很多放射性开释”的安全要求

前史的经历标明：只需安全壳坚持完整性，就不会产生很多放射性物质向环境开释。三哩岛核事端导致 2/3 的堆芯熔化，堆芯裂变产品很多开释，其间 133Xe：2.22×1018 Bq；135Xe：1.11×1017 Bq；131I：1.85×1017 Bq。因为安全壳内压力不高，安全壳走漏率很小，走漏到大气中的惰性气体很少。核电厂 80 公里半径内 200 万居民遭到团体剂量当量约 20 人·希沃特（men·Sv），均匀每人 0.01 mSv，大众最大个人剂量小于 1 mSv，远低于答应的剂量限值。

切尔诺贝利核事端则彻底相反，因为没有安全壳，堆芯熔融所产生的很多放射性物质开释到环境中，总量达 12×1018 Bq，其间 6×1018 ～ 7×1018 Bq 为惰性气体，包含 131I：1.3×1018 ～ 1.8×1018 Bq；134Cs：5×1016 Bq；137Cs：9×1016 Bq。24 万人承受均匀剂量约为 100 mSv，其间 10% 达 250 mSv，少数人乃至高达 500 mSv。在禁区30 公里规模内，事端20 小时后，撤离了4.9 万人，之后的数天到数周连续撤离6.7 万人，切尔诺贝利核事端构成了严峻的环境和生态问题。

从两次事端比较可以看出，安全壳容纳性关于事端开展和成果操控起着非常重要的效果。切尔诺贝利核事端使各国认识到“核事端无国界”，均将核安全视作核电开展的底子，并建立世界核电运营者协会，一起促进了三代核电技能的开展。

关于要挟安全壳完整性的严峻事端现象，我国三代核电的规划采纳了以下办法。

（1）压力容器失效时的高压熔喷（HPME），使熔融物直接冲击安全相关设备或安全壳，对安全壳直接加热（DCH）、然后使安全壳完整性遭到前期要挟。我国三代核电选用冗余和多样的体系防备高压熔堆。榜首道防地，供给高度牢靠的热量导出功用，以受控办法使一次侧降压；第二道防地，经过一回路卸压体系对一次侧直接降压，避免高压熔堆现象的产生。

（2）在堆芯熔化进程中，高温的锆包壳与水蒸气反响产生氢气，堆坑中熔融物中的金属物质的氧化也会产生氢气。氢气的集合就会产生氢爆，导致安全壳的前期失效。我国三代核电规划了氢复合体系或电焚烧氢复合体系，有用消除氢爆的危险。

（3）高温的堆芯熔融物与很多冷水触摸，彼此效果下会产生很多水蒸气，构成蒸汽脉冲或蒸汽爆破。若在压力容器内产生蒸汽脉冲，它或许将部分熔融物碎片和水喷入堆坑，进入安全壳；假如在堆坑产生蒸汽脉冲或蒸汽爆破，会构成冲击波， 危及安全壳内结构以及安全壳的完整性，导致安全壳的前期损坏。我国三代核电加强了压力容器本身的结构强度规划，以抵挡蒸汽爆破的压力脉冲冲击，确保压力容器外的其他设备、结构不受影响。一起选用主动或手动办法完成堆腔灌水或吞没，下降堆芯温度，以保持压力容器的完整性。

（4）导致安全壳晚期失效的严峻事端工况：堆芯熔融物—混凝土彼此效果导致的底板熔穿；安全壳长时刻排热的才能损失。我国三代核电设置了堆腔灌水吞没体系，以及非能动或许能动 + 非能动的安全壳热量导出体系。确保堆芯熔融物坚持在压力容器内，并继续进行冷却。然后消除了安全壳晚期失效的危险。

总归，我国三代核电采纳了全方位的严峻事端缓解办法，确保了第三道屏障的完整性和安全壳热量导出，即便产生了堆芯熔融，亦能避免放射性物质外泄，然后彻底完成了从规划上实践消除很多放射性开释的安全方针。

4 安全壳超压维护可以确保安全壳不受损，有利于避免安全壳晚期失效和放射性物质外泄

日本福岛核事端标明安全壳的危害有或许导致放射性外泄到环境中，尽管福岛核电站所选用的 MARK-I 型沸水堆不同于我国压水堆机组，可是咱们也要考虑我国三代核电技能应对严峻事端，能否确保安全壳完整性，确保放射性有用容纳。

事实上，我国自主三代核电技能采纳的安全办法已满意做到“从规划上实践

消除大规模放射性开释”。为确保安全壳不受危害，又设置安全壳超压维护（安全壳湿式过滤排放）将作为后备维护，特别是在 72 小时今后，假如应急电源、应急水源得不到确保，经过安全壳超压维护体系有序排放，将有利于避免安全壳晚期失效，确保安全壳不受损，经过安全壳湿式过滤排放，有用操控放射性物质外泄。

针对失掉安全壳热量导出功用情况下的核算标明：在严峻事端产生后约 226.8小时后安全壳大气压力到达安全壳湿式过滤排放体系设定翻开压力（0.583 MPa），安全壳内大气压力跟着敞开排放不断下降。跟着时刻的推移，堆芯余热将不断下降，有用减低安全壳内大气压力，避免安全壳晚期失效。

考虑到安全壳湿式过滤排放体系经过两级过滤，安全壳湿式过滤排放体系可以供给约为 99.99% 的气溶胶停留率，这种停留才能也适用于小于 0.5 mm 的小粒径气溶胶。在一切运转条件（包含超压运转）下，安全壳湿式过滤排放体系对碘分子的停留率可大于 99.5%。进一步的实验证明，经过高效的过滤和降解，安全壳湿式过滤排放体系可以大大下降环境中的放射性剂量（3 ～ 4 个量级），选用过滤排放办法之后，放射性开释可控，而且满意法规要求，在非居住区规模之外无需采纳撤离的紧迫防护举动。

安全壳湿式过滤排放体系仅仅一种后备办法，以确保在任何情况下，应对任何严峻事端，不对大众和环境带来不行承受的放射性伤害，不对生态和环境构成长时刻影响。这亦是一种“底线思想”的办法。正如习近平总书记屡次着重：“要长于运用底线思想的办法，凡事从害处预备，努力争取最好的成果，做到未雨绸缪、遇事不慌，牢牢掌握主动权”。

综上所述，我国三代核电吸取了我国核电规划制作和运转的经历，学习了国外三代核电先进理念，经过自主创新和科研实验，满意世界核电最高安全规范，完成“从规划上实践消除大规模放射性开释”的安全规范。我国三代核电具有满意的安全性。

注：本陈述是我国核能行业协会重大问题联合研讨《我国三代核电可实践消除很多放射性开释研讨》课题的研讨成果。课题组首要成员有：苏罡、章庆华、魏玮、孙金龙、毛亚蔚、严锦泉、何国伟。