乏燃料海運實物保護系統(tǒng)初步設(shè)想

張瑾珠，呂 鋼，李 佩，李曉范

(中核清原環(huán)境技術(shù)工程有限責(zé)任公司，北京 100037)

隨著我國核電迅速發(fā)展和后處理能力增強，乏燃料運輸需求日益增加。發(fā)展公海鐵多式聯(lián)運是實現(xiàn)乏燃料高效安全運輸發(fā)展的必然方向。國際上英、法、日本、瑞典等主要核電國家均根據(jù)本國情況，建立起了涵蓋公、海、鐵等多種運輸模式的乏燃料運輸體系。目前，我國還未開展過乏燃料海上運輸，有關(guān)海上運輸乏燃料活動的實物保護也僅有一些指導(dǎo)性的原則性要求[1]。要真正實現(xiàn)乏燃料海運，構(gòu)建海運實保體系是必須考慮的環(huán)節(jié)。

1 乏燃料海運的特點

1.1 乏燃料運輸船的特點

按照《國際乏燃料、钚和高放廢物運輸船安全規(guī)范》(international code for the safe carriage of packaged irradiated nuclear fuel, plutonium and hige-level radioactive wastes on board ships，簡稱INF Code)[2]要求，乏燃料的海運須使用INF-3船，國際已有的乏燃料海運活動使用的船舶均符合該要求。國內(nèi)目前沒有建造INF-3船。國際上PNTL、INS等公司擁有自己的INF-3船進行乏燃料運輸。這些專用船只全長約100 m，載重千噸級，航行速度12—14節(jié)，單船最多可以裝載20臺乏燃料貨包容器?？紤]到運輸效率、貯存換料需求、鐵路運輸銜接等因素，單船單次通常裝載量約10臺左右。

一艘典型的INF-3結(jié)構(gòu)如圖1所示[3,4]。船為雙機雙舵，貨艙位于船體中部，分上下兩層，用活動艙口蓋板隔開，在船艙內(nèi)設(shè)有固定貨包的底座，乏燃料貨包通過托架與船體可靠地固定在一起。

圖1 INF-3船結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 1 Constructions of INF-3 ship a-雙雷達裝置 b-衛(wèi)星導(dǎo)航與通信裝置c-備用發(fā)電機組 d-加強型艙口蓋板e-海上求助牽引支架 f-第一防撞艙壁 g-首側(cè)推器h-首尖艙 i-第二防撞艙 j-雙層殼體k-防撞加強板(20 mm板制成) l-備用發(fā)電機組m-雙推進器和雙舵 n-主發(fā)動機組 o-乏燃料容器

1.2 我國開展乏燃料海運特點

目前我國已有的核電廠分布于數(shù)千米長的海岸線上，開展乏燃料海運的目的是將各核電廠產(chǎn)生的乏燃料送到沿海的后處理大廠，或集結(jié)后通過鐵路運往內(nèi)陸的后處理設(shè)施，乏燃料運輸船的?？扛蹫楦骱穗姀S的自備碼頭或后處理廠的碼頭。為保證應(yīng)急救援及容器貨包的安全，航線應(yīng)選擇近岸航行且水深應(yīng)在200 m以內(nèi)。我國開展乏燃料海運特點見表1。

表1 我國乏燃料海運特點及描述Table 1 characteristic and description of Chinese spent fuel marine transport

2 乏燃料海運實保系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)與原則

完整的實物保護系統(tǒng)設(shè)計和分析過程應(yīng)該包含的過程如圖2所示[5]。本文僅進行實物保護系統(tǒng)設(shè)計的初步探討，即圖2中虛線框內(nèi)的部分，對分析設(shè)計和薄弱性評估(VA)等工作則在后續(xù)研究中進行。

圖2 實物保護系統(tǒng)的設(shè)計與分析過程Fig.2 Proscess of physical protect design and analysis

2.1 保護的對象及分級

乏燃料運輸船是本文實保體系的保護對象，港口設(shè)施不包括在內(nèi)。

運輸采取實物保護的級別應(yīng)與所運輸物質(zhì)可能發(fā)生的危害的風(fēng)險性相對應(yīng)。實物保護級別不同，相應(yīng)的要求也不同?！逗瞬牧虾秃嗽O(shè)施實物保護的核安保建議》(IAEA NSS 13)中建議乏燃料按照Ⅱ級核材料安保分級，同時也提出，考慮到各國的儲存和運輸相關(guān)因素，各國也可能在其國內(nèi)使用不同的運輸安保級別。乏燃料貨包通常應(yīng)使用加強型安保級別，“在一些可能僅與某些類型或某些數(shù)量放射性物質(zhì)有關(guān)或特別敏感的運輸有關(guān)情況下”，各國還可以要求施用“額外的安保措施”[6-8].

我國對未輻照過的鈾、钚、氚和鋰實保等級進行了劃分[9]，對乏燃料的實保級別沒有明確規(guī)定。2016年《中華人民共和國核安保條例》(征求意見稿)第四條中提到我國的核材料安保類別，將“由國務(wù)院核工業(yè)行業(yè)主管部門會同國務(wù)院公安部門、環(huán)境保護主管部門制定并公布”[10]。

以往國內(nèi)公路乏燃料運輸安保通常采用不低于Ⅱ級的安保級別。海運乏燃料運輸活動中鈾钚的總量大，潛在危害程度高，因此，建議乏燃料海運實保體系設(shè)計中，安保級別至少劃定為Ⅱ級。

2.2 威脅

設(shè)計基準(zhǔn)威脅(DBT)，指的是可能企圖進行擅自轉(zhuǎn)移或蓄意破壞的潛在內(nèi)部人員和(或)外部敵對分子具有的并已針對其進行了實物保護系統(tǒng)設(shè)計和評價的屬性和特征。各國根據(jù)國家的整體安全形勢，結(jié)合核材料與核設(shè)施的安保類別，對潛在的威脅進行評估，參考國際原子能機構(gòu)(IAEA)關(guān)于實物保護的指導(dǎo)原則，制定本國的設(shè)計基準(zhǔn)威脅，并以此開展實物保護系統(tǒng)的設(shè)計。出于國家安全考慮，絕大多數(shù)國家通常不公開其設(shè)計基準(zhǔn)威脅，以及能反應(yīng)其實物保護系統(tǒng)實際能力的文件[11]。美國核管會在聯(lián)邦法規(guī)(10CFR 73)中，提出了部分設(shè)計基準(zhǔn)威脅，用以設(shè)計針對惡意襲擊、偷盜或非法轉(zhuǎn)移核材料的實物保護系統(tǒng)[12]。

我國的國家設(shè)計基準(zhǔn)威脅指導(dǎo)文件仍未完成制定，目前也沒有海上乏燃料運輸?shù)脑O(shè)計基準(zhǔn)威脅指導(dǎo)文件。

本文以10CFR 73.1中的設(shè)計基準(zhǔn)威脅為參考，結(jié)合目前僅考慮沿海核電廠乏燃料運輸不考慮國際遠洋海運業(yè)務(wù)的需求特點，假定了乏燃料海運的設(shè)計基準(zhǔn)威脅，見表2。

表2 乏燃料海運的設(shè)計基準(zhǔn)威脅Table 2 The design basis threat of spent fuel marine transport

可能采取的戰(zhàn)術(shù)如下：

(1)在專用船錨泊或航行途中，敵手船突然靠近乏燃料運輸船，人員持槍械武器、燃燒或爆炸等裝置，利用拋纜槍和繩索工具攀爬上運輸船進行襲擊。

(2)敵手船只停留在距乏燃料運輸船一定距離之處，用重型槍對乏燃料運輸船進行襲擊。

(3)敵手駕駛小艇，極快速撞擊乏燃料運輸船。

(4)敵手通過冒充海警執(zhí)法人員中途檢查上船。

(5)內(nèi)外勾結(jié)，冒充船務(wù)人員蒙騙登船后發(fā)動襲擊。

2.3 原則

在IAEA核安保叢書中，對核材料實物保護和放射性物質(zhì)運輸提出了一些指導(dǎo)意見[6-8]。據(jù)此，我們提出了我國乏燃料海運實物保護系統(tǒng)的一些設(shè)計原則。

2.3.1 分區(qū)管理

《核設(shè)施實物保護》(HAD501/02)中將實施I級實物保護的核設(shè)實物保護區(qū)域劃分為要害區(qū)、保護區(qū)、控制區(qū)。IAEA NSS 13也提到，核材料至少應(yīng)當(dāng)在保護區(qū)內(nèi)使用或貯存；一旦散布便可能導(dǎo)致高放射后果的一定數(shù)量的核材料以及防止高放射后果所需的最低數(shù)量設(shè)備、系統(tǒng)或裝置應(yīng)當(dāng)設(shè)置位于保護區(qū)內(nèi)的一個或多個要害部位；保護區(qū)應(yīng)當(dāng)設(shè)置在限制進入?yún)^(qū)內(nèi)。

對乏燃料海運而言，可作如下分區(qū)設(shè)置，見表3。

表3 實保分區(qū)建議Table 3 suggestion of dividing the physical protection area

專用船港區(qū)停泊時，可以停泊位置為中心劃分出一定范圍的控制區(qū)，限制其他船只過于接近。而航行過程中，則應(yīng)該結(jié)合船的航行情況擴展控制區(qū)：一旦敵手船只進入了可能造成危險的區(qū)域，控制和阻攔減速都較為不易。因此，建議在航行途中，應(yīng)劃定以船舶為中心的一片較大的水上區(qū)域，有其它船只進入此區(qū)域時，系統(tǒng)就應(yīng)當(dāng)有所響應(yīng)。

2.3.2 縱深防御

海運過程中應(yīng)分區(qū)保護，層層設(shè)防?？v深防御的概念應(yīng)深入物理保護和管理層面。

物理層面的防御應(yīng)包含多種技術(shù)手段達到探測和延遲。構(gòu)筑物理層面多重縱深防御的示意圖如3圖所示。

圖3 物理層面的縱深防御Fig.3 Defense in Depth of Physical Layers

船上應(yīng)安裝有紅外、雷達等探測系統(tǒng)，并有專人輪班值守，在航行過程中，對進入限制區(qū)水域的船只及早發(fā)現(xiàn)，進行評價、身份判別和警告。

如果對方無視警告，快速駛向乏燃料運輸船，則警報升級，鳴放報警信號，進入緊急狀態(tài)，人員按安保方案就位，對外無線通迅聯(lián)絡(luò)，打開照明燈，使用高壓噴射水龍頭等，阻止對方繼續(xù)接近以致靠舷登船。

確認遭受襲擊，則應(yīng)使用武器裝備，延遲對方的突破和攻擊，并按照安保計劃及應(yīng)急預(yù)案聯(lián)系最近的地方警力和二級響應(yīng)力量支援。同時，封閉的船艙和貨包拴系等也應(yīng)發(fā)揮應(yīng)有的延遲作用。

在錨泊、在港泊船補給、中轉(zhuǎn)等情況下，要對機務(wù)人員、水警、碼頭服務(wù)人員嚴(yán)格認定身份，避免敵手蒙混上船，這種情形相當(dāng)于直接突破控制區(qū)，進入保護區(qū)。

對于船上的分區(qū)保護，要按方案嚴(yán)格執(zhí)行，按權(quán)限進出通道，并保證有人非法進入超權(quán)限區(qū)域時，有探測裝置能及時發(fā)現(xiàn)。

管理層面的縱深防御則應(yīng)包含管理計劃、說明、規(guī)程、審查、準(zhǔn)入條例等構(gòu)成?？v深防御的理念體現(xiàn)在管理層面見表4。

表4 管理與計劃Table 4 Management and planning

2.3.3 冗余原則

通訊手段、探測器、供電等設(shè)備配備要有冗余，主設(shè)備損壞時，不影響備用設(shè)備功能。

2.3.4 有效性、完整性和平衡性

系統(tǒng)的有效、完整、可靠是必須首先考慮滿足的，其次再考慮先進性。

系統(tǒng)的各組成部分應(yīng)構(gòu)成一體，相互補充，不留漏洞，失效后的損失要盡可能最小。實物保護系統(tǒng)中，工作人員、程序或能增加敵手執(zhí)行任務(wù)時間的實物屏障均可提供延遲功能。對于系統(tǒng)探測、延遲、響應(yīng)功能的設(shè)置應(yīng)把握平衡原則，例如過于強大先進的探測功能和過于薄弱的延遲或響應(yīng)功能實際上是不能滿足安保需要的。

3 乏燃料海運實保體系的構(gòu)成要求

基于探測、延遲的功能要求，乏燃料海運實物保護體系應(yīng)當(dāng)有以下組成部分。

3.1 實體屏障

船體應(yīng)具有雙層防撞艙壁，并有舷側(cè)防撞加強結(jié)構(gòu)和2個首部防撞尖艙，可以承受24000 t級油船以15節(jié)速度的正面橫向沖擊而保持船舶內(nèi)層結(jié)構(gòu)的完好[13]。

船體的破艙穩(wěn)性符合INF準(zhǔn)則相關(guān)要求，有較好的浮態(tài)調(diào)節(jié)能力。

核材料裝在貨包內(nèi)，貨包放在專用貨艙內(nèi)，貨艙加封上鎖，加封記。艙口的蓋板應(yīng)達到一定的厚度和質(zhì)量，重量通常為10～30噸，船上不配置起重設(shè)備，艙口只有到達港口后使用港口起重裝置才能打開。

乏燃料容器存儲艙、專用船動力系統(tǒng)、保衛(wèi)控制中心和應(yīng)急通訊系統(tǒng)所在部位應(yīng)為要害區(qū)，只有運輸指揮、安保及押運人員有權(quán)限進入，船務(wù)及后勤人員則不得進入。船體實體屏障的材料、結(jié)構(gòu)、建造、防火性能、機艙中的固定滅火裝置、船上水滅火裝置、火警探測裝置、消防報警裝置須滿足INF準(zhǔn)則相關(guān)要求。備用電源應(yīng)布置于破艙穩(wěn)性計算時設(shè)想損壞的范圍之外。

如上描述堅實的船體結(jié)構(gòu)，對敵手小艇撞擊和重型槍支火力都有較好的承受能力；發(fā)生火情后能得控制；主電源被破壞后，仍能維持保衛(wèi)控制和應(yīng)急響應(yīng)等的供電要求；由于優(yōu)良的破艙穩(wěn)性，相鄰二船艙破損，甚至是所有貨艙浸水后，仍有足夠的抗沉性使其飄浮，支持到救援力量趕到。

3.2 出入口控制

設(shè)置門禁系統(tǒng)，保護區(qū)和要害區(qū)人員出入口應(yīng)具備檢查手段。嚴(yán)格控制出入要害區(qū)的人數(shù)在合理可行的最低數(shù)量，并使用不易偽造的證件代表權(quán)限。

在項目人員參運并得到授權(quán)前，進行身份核實和審查，是防止內(nèi)部威脅的重要措施。

對于保衛(wèi)控制、應(yīng)急通訊、動力系統(tǒng)等要害部位的關(guān)鍵設(shè)備進行更改設(shè)置的操作，必須有兩名授權(quán)人的同時開鎖才能進行。以此來阻止外部敵手，并充分遏制內(nèi)部威脅能力。

3.3 周界探測與報警復(fù)核

安裝雷達、衛(wèi)星定位、望遠鏡、紅外探測報警等設(shè)備，由外部探測器、內(nèi)部探測器、報警評價、出入控制、報警通訊等技術(shù)防范裝置組成的技術(shù)防范系統(tǒng)，對于進入控制區(qū)船只、進入保護區(qū)、要害部位的人員分別探測。

周界探測和保衛(wèi)都應(yīng)做到晝夜輪班值守。

報警復(fù)核主要由電視監(jiān)控裝置完成，復(fù)核的目的是對報警信號進行判別，同時，還應(yīng)考慮信號傳輸技術(shù)和安全問題、保衛(wèi)控制中心的人因工程。

3.4 保衛(wèi)控制中心

乏燃料運輸船上的保衛(wèi)控制中心應(yīng)該與陸上的運輸控制調(diào)度中心之前有不間斷的安全語音通訊，以便陸上運輸控制調(diào)度中心可隨時了解核材料貨物運輸?shù)漠?dāng)前位置和安保狀況，并能在應(yīng)急情況下及時通知應(yīng)急響應(yīng)部隊。船上的保衛(wèi)控制中心還應(yīng)具備以下功能：

(1)同時接受多路報警，并有聲、光顯示報警位置。

(2)報警時，自動啟動電視監(jiān)控并進行復(fù)核、記錄與打印。

(3)保衛(wèi)控制中心應(yīng)該與陸上的運輸控制中心。

(4)接受、記錄出入口人員進出信息。

(5)完備的通訊手段和24小時值班。

(6)能維持36小時以上的備用電源。

3.5 通訊系統(tǒng)

船上的無線通訊系統(tǒng)應(yīng)有報警、直呼與群呼功能，并有響應(yīng)快速、安全可靠等基本功能，要考慮通訊手段的多樣性和多重性，尤其是在保衛(wèi)控制中心、重要的出入口、響應(yīng)力量值班室等部位，都應(yīng)設(shè)有通訊終端。通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)該考慮有一定的保密措施。

通訊導(dǎo)航設(shè)備至少為2套，互相獨立，以保證正常使用，還應(yīng)有衛(wèi)星定位系統(tǒng)、自動航行監(jiān)測與報告系統(tǒng)，每1小時報告一次船位。

3.6 完善的組織機構(gòu)和足夠的響應(yīng)力量

除上技防措施，實保體系應(yīng)有充分的人防力量，即具有完善的組織機構(gòu)和響應(yīng)力量，包括運輸負責(zé)人、航行指揮、押運人員、監(jiān)控監(jiān)測人員、隨行武裝警衛(wèi)、沿途響應(yīng)支援部隊等，其數(shù)量、組成、職責(zé)都要與運輸活動相匹配；與安保相關(guān)的運輸路線、經(jīng)停地點、安保措施、移交安排、事故處理程序、報告程序等事宜應(yīng)在運輸安保計劃中列出，安保計劃的知悉人限定在最低必要數(shù)量。運輸前所有的安保措施和人員安排，都應(yīng)按安保計劃落實到位。

所有運輸人員都應(yīng)經(jīng)過培訓(xùn)，對自己的崗位職責(zé)和承擔(dān)的任務(wù)做到熟悉。重要安保崗位的人員應(yīng)開展演習(xí)，以便評定和驗證運輸安保計劃，并訓(xùn)練對核安保事件做出響應(yīng)。

武裝警衛(wèi)人員應(yīng)配置合適的武器，并有較好的適應(yīng)海上工作的能力，能與船上其他人員協(xié)同配合，完全熟悉乏燃料運輸船舶的內(nèi)部空間，在密閉的船艙空間內(nèi)操作的戰(zhàn)略方面有專長，擅長于使用大口徑武器對抗小艇等[14～15]。

實保系統(tǒng)的設(shè)置中，只要船上配備的武警響應(yīng)力量可以保證延遲阻攔的時間足夠長，能持續(xù)到報警后應(yīng)急救援力量趕到即可實現(xiàn)實物保護的基本功能。聘用海警船只或其他武裝船只護航，則可實現(xiàn)更高的功能要求如果計劃使用額外的武裝警衛(wèi)船只護航，護航船只應(yīng)與運輸船緊密配合。

按照我國與國際航運相關(guān)法律法規(guī)，商船本身不能裝配武器。不使用護航船的情況下，乏燃料運輸船可以配置高壓噴水龍頭等，阻攔敵船入侵；且武裝警衛(wèi)人員應(yīng)攜帶槍支等武器登船，并授權(quán)在規(guī)定的情況下果斷行動。

4 結(jié)論

利用該乏燃料海運的實物保護體系，可以有效探測相應(yīng)基準(zhǔn)威脅的情景假設(shè)中的外部或內(nèi)部敵手，有效延遲，并進行響應(yīng)。對于空中威脅或遠距離襲擊，則應(yīng)依靠國家的安防體系，由國家為營運人提供保護措施。

本文僅是對乏燃料海上運輸安保體系的初步設(shè)想與探討。成熟的海上乏燃料運輸安保體系則需要在國家公安或安全部門制定國家設(shè)計基準(zhǔn)威脅指導(dǎo)性文件并發(fā)布后，結(jié)合海運活動特點和運輸活動經(jīng)驗，在實踐中進一步對海上乏燃料運輸?shù)陌脖ｓw系進行建立和修改完善。

[1] 中華人民共和國國家核安全局. HAD501/05核材料運輸實物保護[S].北京：中華人民共和國國家核安全局，2008.

[2]TheInternational Maritime Organization. International code for the safe carriage of packaged irradiated nuclear fuel, plutonium and hige-level radioactive wastes on board ships(INF Code)[S].London：The International Maritime Organization,1999.

[3]World Nuclear Transport Institute. Nuclear Fuel Cycle Transport-Back End Materials[R/OL]. London：World Nuclear Transport Institute，2009(2009-3-13) [2017-07-13]. http:// www.wnti.co.uk/media/38392/FS4_EN_MAR13_V2.pdf.

[4]World Nuclear Transport Institute.The INF Code and purpose-built vessels[R/OL]. London：World Nuclear Transport Institute，2009(2009-8-10)[2017-07-13]. http://www.wnti.co.uk/media/3762/5.pdf.

[5]Garcia M L.Design and Evaluation of Physical Protection Systems [M]. Oxford : Butterworth-Heinemann, c2001.

[6]IAEA.NSS 9:放射性物質(zhì)運輸?shù)陌脖栴}實施導(dǎo)則[S].Vienna:IAEA， 2011.

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[9]中華人民共和國國家核安全局.中華人民共和國核材料管制條例實施細則[1990] 國核安法字129號[S].北京：國家核安全局，1990.

[10]中華人民共和國國家國防科技工業(yè)局.國防科工局關(guān)于征求《中華人民共和國核安保條例(征求意見稿)》意見的通知[EB/OL].北京：中華人民共和國國家國防科技工業(yè)局，2016[2017-07-13].http://www.sastind.gov.cn/n157/c6424828/content.html.

[11]Office for Civil Nuclear Security.The state of security in the civil nuclear industry and the effectiveness of security regulation.A report to the Secretary of State for Energy and Climate Change[R].London : Office for Civil Nuclear Security，2004.

[12]John R. Cochran, Yuichiro Ouchi, James P. Furaus，et al. Summary Report on Transportation of Nuclear Fuel Materials in Japan: Transportation Infrastructure, Threats Identified in open Literature, and Physical Protection Regulations[R]. Albuquerque：Sandia National Laboratories Report，2008.

[13]LYMAN E S. The Sea Transportation of Vitrified High-Level Radioactive Wastes: Unresolved Safety Issues. [R/OL].Washington DC:Nuclear Control Institute, 1996(1996-12-09)[2017-07-13]. http://www.nci.org/e/el12996.htm.

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