康 慧
(中國(guó)電力工程顧問集團(tuán)公司,北京 100120)
核技術(shù),因在其應(yīng)用中產(chǎn)生電離輻射,有可能對(duì)人體健康和生命及環(huán)境帶來重大危害,特別是受切爾諾貝利核事故和三哩島核事故的影響,使得核與輻射安全受到世界范圍的特殊重視。
總結(jié)世界上已發(fā)生的核事件(事故),有很多值得吸取的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),其中,最重要的是:當(dāng)發(fā)生核事件(事故)時(shí),應(yīng)如何真實(shí)、及時(shí)、恰如其分地向公眾和媒體通報(bào),本文將通過國(guó)際核事件分級(jí)表的主要內(nèi)容和8個(gè)應(yīng)用實(shí)例,介紹與核事件(事故)有關(guān)的基本知識(shí)。
為了保證核與輻射安全,取得公眾的信賴,世界各國(guó)在核技術(shù)的研究、開發(fā)和應(yīng)用中,在核設(shè)施設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行和退役過程中,采取了一系列技術(shù)措施及管理措施,制定了一整套理論和原則,以法律和法規(guī)的形式頒布并嚴(yán)格實(shí)施。
但是,核設(shè)施不可避免會(huì)發(fā)生事故,一旦發(fā)生事故,為了避免誤傳、誤導(dǎo)、謠言、夸大、縮小、隱瞞等現(xiàn)象的發(fā)生,使公眾和媒體及時(shí)而準(zhǔn)確地了解真相,國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)在1986年主持制定了《及早通報(bào)核事故公約》,我國(guó)于1986年9月26日簽署了該公約。
核事件是十分復(fù)雜的,如果使用專業(yè)性的術(shù)語進(jìn)行通報(bào),缺少專業(yè)知識(shí)的公眾和媒體很難理解其所達(dá)到的程度,這就需要有一種易于理解的統(tǒng)一的術(shù)語向公眾媒體通報(bào)核設(shè)施所發(fā)生事故的嚴(yán)重程度,使核工業(yè)界、新聞界和公眾取得對(duì)事故的共同理解。為此目的,國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)和聯(lián)合國(guó)經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織核能機(jī)構(gòu)(OECD/NEA)共同組織國(guó)際核能專家編制了國(guó)際核事件分級(jí)表,并于1991年4月使用。目前,國(guó)際核事件分級(jí)表在全世界有60多個(gè)國(guó)家使用。
為了使我國(guó)的核事件定級(jí)工作與國(guó)際接軌,我國(guó)正式使用國(guó)際核事件分級(jí)表來通報(bào)核事件。
核電廠以及與民用核工業(yè)相關(guān)的所有設(shè)施,放射性材料運(yùn)輸以及與放射性材料(或輻射)有關(guān)的任何事件。它不對(duì)工業(yè)事故或其他與核(或放射性)作業(yè)無關(guān)的事件進(jìn)行分級(jí),這些與核無關(guān)的事件被定為“分級(jí)表以外”的事件。例如:汽輪機(jī)主軸振動(dòng),發(fā)電機(jī)定子繞組短路等只影響汽機(jī)和發(fā)電機(jī)可用性的故障,盡管是可能引起停機(jī)的事故,但因?yàn)椴簧婕昂税踩员粴w類為“分級(jí)表以外事件”。同樣,核設(shè)施發(fā)生的火災(zāi)事故,只要不涉及核安全,也被歸類為“分級(jí)表以外的事件”。
分級(jí)表將核事件分為7級(jí):較高的級(jí)別(4~7級(jí))被定為“事故”;較低的級(jí)別(1~3級(jí))為“事件”。
不具有安全意義的事件被歸類為零級(jí),定為“偏離”。
與安全無關(guān)的事件被定為“分級(jí)表以外”。
分級(jí)表的級(jí)別見表1,采用帶有易于理解和記憶的關(guān)鍵詞形式,所使用的關(guān)鍵詞并不刻意追求精確或權(quán)威。事件根據(jù)每個(gè)欄中列出的3個(gè)方面的影響進(jìn)行考慮:廠外影響、廠內(nèi)影響和對(duì)縱深防御的影響。
表1 國(guó)際核事件分級(jí)表的基本結(jié)構(gòu)Table 1 Fundamental structure of INES
0級(jí)——偏離(或一般事件),不會(huì)對(duì)核電站的核安全造成影響。
1級(jí)——異常,核動(dòng)力廠運(yùn)行偏離規(guī)定的功能范圍。
2級(jí)——事件,核動(dòng)力廠運(yùn)行中發(fā)生具有潛在安全后果的事件。
3級(jí)——重大事件,核動(dòng)力廠的縱深防御措施受到傷害。廠內(nèi)嚴(yán)重污染,工作人員受到過度的輻射。向廠外環(huán)境釋放極少量放射性物質(zhì),公眾受到的照射遠(yuǎn)低于規(guī)定限值。
4級(jí)——沒有明顯廠外風(fēng)險(xiǎn)的事故(主要在核設(shè)施內(nèi)的事故),核動(dòng)力廠反應(yīng)堆堆芯部分損壞,對(duì)工作人員具有嚴(yán)重的健康影響。向廠外環(huán)境釋放少量放射性物質(zhì),公眾受到規(guī)定限值量級(jí)的照射。
5級(jí)——具有廠外風(fēng)險(xiǎn)的事故,核動(dòng)力廠反應(yīng)堆堆芯嚴(yán)重?fù)p壞。向廠外環(huán)境有限度地釋放放射性物質(zhì),需要部分地實(shí)施當(dāng)?shù)貞?yīng)急計(jì)劃。
6級(jí)——重大事故(或嚴(yán)重事故),核動(dòng)力廠向廠外明顯的釋放放射性物質(zhì),需要全面地實(shí)施當(dāng)?shù)貞?yīng)急計(jì)劃。
7級(jí)——特大事故(或極嚴(yán)重事故),核動(dòng)力廠向廠外大量釋放放射性物質(zhì),產(chǎn)生廣泛的健康和環(huán)境影響。
2.4.1 評(píng)定程序
第一步:檢查事件是否是與放射性材料和/或輻射有關(guān)的事件,以及放射性材料運(yùn)輸中發(fā)生的事件。如果是工業(yè)事故或其他與核或放射作業(yè)無關(guān)的事件,則被定為“分級(jí)表以外”的事件。
第二步:對(duì)于與放射性材料和/或輻射有關(guān)的事件,以及放射性材料運(yùn)輸中發(fā)生的事件,需要分別考慮廠外影響、廠內(nèi)影響和縱深防御三方面對(duì)事件加以定級(jí)。
第三步:選取三者中定級(jí)最高者。
參與評(píng)定程序的人員都是核工業(yè)界的資深專家。
2.4.2 分級(jí)表使用的時(shí)機(jī)
國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)要求各成員國(guó)在發(fā)生2級(jí)及以上的核事件以及引起新聞媒介和公眾關(guān)注的核事件時(shí),迅速定級(jí)并在24 h內(nèi)通知國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)。
分級(jí)表為事件發(fā)生后即刻使用而設(shè)計(jì),不過,在有些情況下要求較長(zhǎng)的時(shí)間對(duì)事件后果進(jìn)行了解和定級(jí)。在這些少見的情況下,可先臨時(shí)定級(jí),待日后確認(rèn)。事件還可能因?yàn)榈玫竭M(jìn)一步的信息而需要重新定級(jí)。
2.4.3 其他
盡管分級(jí)表適用于所有裝置,但實(shí)際上不可能適用于某些類型的設(shè)施發(fā)生的涉及有相當(dāng)數(shù)量的放射性物質(zhì)向環(huán)境釋放的事件。對(duì)于這些設(shè)施,分級(jí)表的最高級(jí)別將不適用。這些設(shè)施包括研究堆、未輻照核燃料處理設(shè)施和廢物儲(chǔ)存場(chǎng)所。
分級(jí)表并不替代國(guó)家和國(guó)際上為事件的技術(shù)分析和向安全主管部門報(bào)告所采用的準(zhǔn)則。它也不構(gòu)成每個(gè)國(guó)家現(xiàn)有的處理放射學(xué)事故的正式應(yīng)急安排的一部分。
鑒于經(jīng)常能從重要性相對(duì)較小的事件中獲得重要的經(jīng)驗(yàn),分級(jí)表不宜作為選擇運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)反饋事件的基礎(chǔ)。
最后,分級(jí)表也不宜用來比較各國(guó)之間的安全實(shí)績(jī)。每個(gè)國(guó)家在向公眾報(bào)告較小事件方面都有不同的安排,而且很難保證在國(guó)際上對(duì)0級(jí)和1級(jí)之間界限上事件分級(jí)有一致的精確性。分級(jí)表上2級(jí)及以上的事件的信息一般是可以得到的,但從統(tǒng)計(jì)學(xué)上看這些事件的數(shù)目很小,并且每年都有變化,很難提供有意義的國(guó)際比較。
以下給出0~7級(jí)分級(jí)的8個(gè)實(shí)例,供參考。
3.1.1 事故簡(jiǎn)述
切爾諾貝利核電廠4號(hào)堆是1 000 MW級(jí)大型石墨管道式沸水反應(yīng)堆,20世紀(jì)70年代初設(shè)計(jì),于1983年12月投入運(yùn)行。此堆在設(shè)計(jì)上有兩個(gè)主要的安全不利因素:1)堆芯具有正氣泡反應(yīng)效應(yīng);2)控制棒擠水棒的正反應(yīng)性效應(yīng)(控制棒下端連接著石墨制成的擠水棒,插入堆芯時(shí),會(huì)引入正反應(yīng)性)。
1986年4月26日,前蘇聯(lián)的切爾諾貝利核電廠4號(hào)反應(yīng)堆在計(jì)劃停堆進(jìn)行檢修之前,做汽輪發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷實(shí)驗(yàn)。這次實(shí)施的準(zhǔn)備工作極其草率,“實(shí)驗(yàn)大綱”并未嚴(yán)肅認(rèn)真加以制定,“大綱”中寫著的實(shí)施過程也輕描淡寫,流于形式。“大綱”甚至還明確規(guī)定作實(shí)驗(yàn)時(shí)解除應(yīng)急冷卻系統(tǒng)的備用狀態(tài),至于操作人員對(duì)實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的各種異常情況都沒有思想準(zhǔn)備。
在不具備甩負(fù)荷實(shí)驗(yàn)條件下,操縱人員仍頑固的堅(jiān)持實(shí)驗(yàn),又出現(xiàn)一系列操縱錯(cuò)誤,發(fā)生了堆芯熔化和大量放射性外泄的事故。大約在1時(shí)24分左右,相繼發(fā)生兩次爆炸(間隔2~3 s),濃煙烈火直沖天空,高達(dá)1 000多米。火花濺落在反應(yīng)堆廠房、發(fā)電機(jī)廠房等建筑物屋頂,引起屋頂起火。同時(shí)由于油管損壞,電纜短路以及來自反應(yīng)堆的強(qiáng)烈熱輻射,引起附近區(qū)域30多處大火。
3.1.2 事故后果及影響
在切爾諾貝利事故中,有237位職業(yè)人員受到有臨床效應(yīng)的超劑量輻射。其中134人呈現(xiàn)急性輻射病征兆。當(dāng)中28人在3個(gè)月內(nèi)死亡,另外2名工作人員在事故爆炸中直接致死。
1986—1987年,參加事故后果處理的20萬人員接受的平均劑量約為100 mSv。其中,約10%人員受到的劑量為250 mSv,少數(shù)人員受到的照射劑量大于500 mSv。事故后從禁區(qū)(半徑30 km)撤離的116 000名居民在疏散前已受到輻射,其中約10%的人受到的劑量大于50 mSv,5%的居民受到大于100 mSv的輻照劑量。
對(duì)切爾諾貝利核電廠廠區(qū)和周轉(zhuǎn)地區(qū)進(jìn)行放射性污染清理,參加消除事故后果的總?cè)藬?shù)達(dá)20萬之多。
3.1.3 事故分級(jí)
事故造成大量放射性物質(zhì)外泄,對(duì)周圍環(huán)境和居民造成廣泛影響,需全面實(shí)施應(yīng)急計(jì)劃,甚至波及北半球各國(guó)。屬于7級(jí)(特大事故)。
這次事故造成了大約200億美元的巨大經(jīng)濟(jì)損失,對(duì)世界核電發(fā)展造成了災(zāi)難性的負(fù)面影響。
3.2.1 事故簡(jiǎn)述
事故發(fā)生在1957年,前蘇聯(lián)南烏拉爾核材料生產(chǎn)設(shè)施有16個(gè)300 m3的高放廢液貯罐。這些貯罐存放在一組混凝土拱形地下室內(nèi),每個(gè)罐的四周留有一定的空間,充滿冷卻水,按一定周期換水。
由于其中一個(gè)貯罐的一根輸送放射性液體的管子泄露,該罐周圍的冷卻水被污染。核材料廠把冷卻水抽走,但沒有換上新的冷卻水。這時(shí),罐中含有70~80 t約20×106Ci的放射性廢液。廢液衰變產(chǎn)生的熱交換出不去,水溫上升并大量蒸發(fā),形成了硝酸鈉和醋酸鹽等易爆性殘?jiān)?。這些殘?jiān)臏囟纫宦飞仙?50 ℃,終于引發(fā)爆炸。爆炸力相當(dāng)于70~100 tTNT炸藥的爆炸威力。
3.2.2 事故后果和影響
Preliminary Design of Engine-Propeller Matching Based on CFD Technology
爆炸使相鄰的兩個(gè)貯罐被破壞,放射性物質(zhì)大量散布在貯罐的附近,估計(jì)有20×106Ci的放射性物質(zhì)被噴射到1 km高的大氣層,放射性煙羽擴(kuò)展到105 km遠(yuǎn)。
事件后的7~10 d內(nèi),約600人從附近的居民點(diǎn)撤離,在那里放射性物質(zhì)90Sr的最大濃度為10~100 Ci/km2。在隨后的18個(gè)月內(nèi),總計(jì)撤離了10 180人。撤離前最大平均外照射達(dá)17 rem,有效劑量當(dāng)量為52 rem,有1 120 km2面積受到污染。90Sr的污染超過2 Ci/km2。
3.2.3 事故分級(jí)
根據(jù)國(guó)際核事件分級(jí)表(INES)規(guī)定,考慮到放射性物質(zhì)向外釋放,需要全面啟動(dòng)地方應(yīng)急計(jì)劃的防護(hù)措施,因此該案例定為6級(jí)(重大事故)。
迄今為止,在已發(fā)生的國(guó)際核事件中,基斯迪姆后處理事故排在第二位,僅次于切爾諾貝利事故,其定級(jí)高于美國(guó)三喱島事故(5級(jí))。
3.3.1 事故簡(jiǎn)述
1979年3月28日,美國(guó)三喱島核電站的2號(hào)機(jī)組發(fā)生了嚴(yán)重事故。事故的起因是蒸汽發(fā)生器的給水泵跳閘,事故給水管線上的閥門由于維修人員的誤操作而處于關(guān)閉狀態(tài),使蒸汽發(fā)生器的給水中斷。這本是一種普通的事故,很容易排除。事故出現(xiàn)后,由于信號(hào)顯示不全,操縱人員未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備處于不正常狀態(tài),出現(xiàn)了多次的人為誤操作,使得事態(tài)嚴(yán)重惡化,堆芯發(fā)生三次裸露,導(dǎo)致反應(yīng)堆堆芯嚴(yán)重?fù)p壞。但由于安全殼的防護(hù),沒有造成大量放射性釋放的災(zāi)難性后果。
3.3.2 事故后果和影響
3次堆芯裸露,鋯包殼總量中大約有30%~40%被氧化,堆芯上部1/3嚴(yán)重?fù)p壞,燃料元件峰值溫度可能達(dá)2 000 ℃,堆芯流動(dòng)阻力增加到正常值的200~400倍。事故表明,操縱員的失誤是引發(fā)這次核電嚴(yán)重安全事故的主要原因。
燃料產(chǎn)生的放射性惰性氣體大約有30%~40%釋放出來,有10%~15%的碘、鍶、銫從燃料中釋放出來。但由于安全殼的包容作用,釋放至環(huán)境的放射性物質(zhì)不多,在80 km范圍內(nèi)200萬居民受到的集體劑量當(dāng)量約20人·Sv,最大個(gè)人劑量小于1 mSv。該核電廠工作人員,受劑量多的三名工作人員分別受到38、34、31 mSv的照射,這些數(shù)據(jù)表明三喱島核電廠堆芯嚴(yán)重?fù)p壞事故造成的輻射影響是很小的。
3.3.3 事故分級(jí)
事故導(dǎo)致反應(yīng)堆堆芯嚴(yán)重?fù)p壞,向廠外有限度釋放放射性物質(zhì),需部分的實(shí)施當(dāng)?shù)貞?yīng)急計(jì)劃。此事故定級(jí)為5級(jí)(具有廠外風(fēng)險(xiǎn)的事故)。這是人類核電歷史上第一次較為嚴(yán)重核事故,后果慘重,核工業(yè)界的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)100~200億美元,由于這一嚴(yán)重核事故的影響,事故后美國(guó)至今沒有新的核電站登記注冊(cè)。
3.4.1 事故簡(jiǎn)述
該事件發(fā)生在1973年9月26日,該設(shè)施用于氧化物燃料的“首端”處理,所得的產(chǎn)品送往后處理廠。事件是在一個(gè)衡量進(jìn)料器發(fā)生了放熱反應(yīng),在高溫下不溶裂變產(chǎn)物(含有大量的釕-106顆粒、鋯顆粒和其他固體)和酸化的Butex之間發(fā)生了反應(yīng),可能導(dǎo)致鋯的燃燒。
3.4.2 事故后果
大量夾帶釕-106的氣體進(jìn)入大氣,釋放到大氣中的放射性估計(jì)有3.7×1011Bq。事件導(dǎo)致廠房中的35人均受到體外污染,有1人肺部劑量達(dá)40 μCi,其他人員在0.01~5μCi之間。
事故后調(diào)查建議包括監(jiān)測(cè)首端處理過程中固體的產(chǎn)生,改善通風(fēng)布局,增加β監(jiān)測(cè)器的型號(hào)和數(shù)量,改善應(yīng)急安排。
3.4.3 事故分級(jí)
事故導(dǎo)致廠內(nèi)嚴(yán)重污染,多名工作人員受過量輻射,定級(jí)為4級(jí)(無明顯廠外風(fēng)險(xiǎn)的事故)。
3.5.1 事件簡(jiǎn)述
某廠曾于某年從前蘇聯(lián)進(jìn)口一銫標(biāo)準(zhǔn)源,源活度為3.7×1011Bq,成粉末狀。源結(jié)構(gòu)是在玻璃容器內(nèi)裝入銫粉,再用燒融法封口,無金屬外包裝。平時(shí)用棉花包裹后放在鉛罐內(nèi),存放在源庫內(nèi),一直未使用。
某年某月,做試驗(yàn)時(shí),將源借去后放在610爆轟主實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)間內(nèi),每天數(shù)次從鉛罐中取出拿到距實(shí)驗(yàn)室100 m處的地下爆室內(nèi)標(biāo)定探頭。每次放回鉛罐時(shí),不用棉花包裹。后來偶然測(cè)試探頭本底時(shí)發(fā)現(xiàn)計(jì)數(shù)很高,無法測(cè)試,開始以為是儀器本身問題,經(jīng)幾天查找無效,實(shí)驗(yàn)隊(duì)通知?jiǎng)┝繂T來檢查,才發(fā)現(xiàn)源玻璃封嘴已被擠破,銫粉灑落。
3.5.2 事件后果
污染最嚴(yán)重的地方是爆轟控制室和通風(fēng)間,經(jīng)人員黏帶,610主實(shí)驗(yàn)室和612輔助實(shí)驗(yàn)室也受到了污染,地表的β污染水平為(14~70)×1011Bq·cm2。爆室雖經(jīng)清理,但輻射仍高于本底水平,后用10 cm鉛套將探頭屏蔽起來,才開始試驗(yàn)。
3.5.3 事件分級(jí)
事件導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)區(qū)嚴(yán)重污染,定級(jí)為3級(jí)(嚴(yán)重事件)。
3.6.1 事件簡(jiǎn)述
該事件發(fā)生在1978年10月17日,事件是在從廢棄溶液中回收高濃鈾的第一循環(huán)溶劑萃取系統(tǒng)中發(fā)生的。當(dāng)進(jìn)入水相洗滌液中的硝酸鋁溶液濃度逐漸降低時(shí),使柱底部的鈾濃度增加到了21~22 gU/L,在洗滌柱中鈾的質(zhì)量顯著增高,導(dǎo)致柱底部發(fā)生臨界,產(chǎn)生了約2.7×1017次裂變。
事件后調(diào)查發(fā)現(xiàn),由于核電廠過于關(guān)心進(jìn)度,在大量系統(tǒng)尚未完成調(diào)試的情況下急忙裝料,導(dǎo)致許多系統(tǒng)尚未移交主控制室。由于系統(tǒng)調(diào)試工作分散,使主控制室人員對(duì)核電廠整體狀態(tài),特別是系統(tǒng)狀態(tài)缺乏了解和控制,因而并不知道系統(tǒng)狀態(tài)已經(jīng)改變,補(bǔ)水用的硼酸補(bǔ)給泵已從硼酸制備系統(tǒng)切換到換料水箱,而從事補(bǔ)水操作的操作員并不知道。
3.6.2 事件后果
由于意外臨界發(fā)生在有重防護(hù)墻和良好通風(fēng)設(shè)施的設(shè)備室內(nèi),沒有工作人員受到傷害,也沒有大量的放射性釋放。
3.6.3 事件分級(jí)
運(yùn)行中發(fā)生了具有潛在安全后果的意外核臨界事件,安全措施明顯失效,定級(jí)為2級(jí)(事件)。
3.7.1 事件簡(jiǎn)述
某核電廠在對(duì)主系統(tǒng)升壓補(bǔ)水的過程中,由于硼酸制備系統(tǒng)已臨時(shí)切換到換料水箱,而補(bǔ)水操縱員不知道,誤將換料水箱中2 100×106的硼水當(dāng)作硼酸制備系統(tǒng)7 000×106的硼水與清水混合,補(bǔ)入了主系統(tǒng)。
3.7.2 事件后果
補(bǔ)水操縱員從硼酸濃度表指示發(fā)現(xiàn)問題后,及時(shí)停止了補(bǔ)水,事件沒有造成嚴(yán)重后果。
3.7.3 事件分級(jí)
根據(jù)縱深防御準(zhǔn)則,該事件出現(xiàn)了超規(guī)定運(yùn)行范圍的異常情況,事件定級(jí)為1級(jí)(異常)。
3.8.1 事件簡(jiǎn)述
某核電廠1號(hào)主變壓器B相內(nèi)部由于匝間短路出現(xiàn)故障,導(dǎo)致1號(hào)主變壓器跳閘,1號(hào)主變壓器出現(xiàn)火警,經(jīng)該廠專職消防隊(duì)和當(dāng)?shù)叵狸?duì)撲救,火被撲滅。
3.8.2 事件后果
1號(hào)主變壓器跳閘后,核電站自動(dòng)停止運(yùn)行,進(jìn)入安全停堆狀態(tài),余熱導(dǎo)出和放射性包容功能正常,未發(fā)生放射性泄漏,核電站處于安全狀態(tài)。
3.8.3 事件分級(jí)
該事件未對(duì)核電站的核安全造成影響,根據(jù)國(guó)際核事件分級(jí)原則,事件定級(jí)為0級(jí)(偏離、一般事件)。
[1] 國(guó)際原子能機(jī)構(gòu).國(guó)際核事件分級(jí)(INES)使用手冊(cè)[R].維也納,2001.
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