實際消除早期放射性釋放或大量放射性釋放的安全目標定位研究

劉 宇，李華升，劉澤軍，李吉根

(環(huán)境保護部核與輻射安全中心，北京 100082)

國務院已于2012年10月批準發(fā)布的《核安全與放射性污染防治“十二五”規(guī)劃及2020年遠景目標》[1](以下簡稱“核安全‘十二五’規(guī)劃”)提出， “十三五”期間及以后我國新建核電機組盡可能從設計上做到實際消除放射性釋放，對我國后續(xù)新建核電廠需滿足的安全要求及達到的安全目標作了明確的規(guī)定。

國家核安全局于2016年10月發(fā)布了修訂版的《核動力廠設計安全規(guī)定》[2](HAF 102—2016)，其中多處提出“實際消除可能導致早期放射性釋放或者大量放射性釋放”(以下簡稱“實際消除”)的安全要求。但“實際消除”的安全要求并不是一條具體的、明確的安全設計要求，而是統(tǒng)籌核電廠安全設計的總的安全要求，因此也可以說是核電廠安全設計所達到的安全目標。另外，HAF 102—2016中對“實際消除”安全目標的提法，跟核安全“十二五”規(guī)劃中的描述雖存在一定的差異，但不存在本質的差別，可以說是一致的。

在我國核安全監(jiān)管框架體系內對 “實際消除”的安全目標進行準確、合理地定位，是正確理解HAF 102—2016相關監(jiān)管要求的前提，也是制定相關監(jiān)管政策前首先考慮的一個基本問題。只有對該安全目標的定位是準確的、適當?shù)?，才能豐富與完善我國當前的核安全目標體系，制定出的技術政策才能跟我國現(xiàn)行的核安全法規(guī)相匹配，對我國現(xiàn)行的核安全法規(guī)進行有機地補充與完善。

在研究“實際消除”的安全目標在我國核安全目標體系中的定位問題之前，筆者對核安全“十二五”規(guī)劃中提出“實際消除”這一安全目標的背景，福島核事故的經(jīng)驗教訓、HAF 102的修編過程、以及我國核電發(fā)展的形勢等進行了廣泛調研與思考，并深入研究了國內外各監(jiān)管機構/組織的核安全目標的層次結構、內容范圍和發(fā)展歷程。在此基礎上，總結了“實際消除”的安全目標所涉及的范圍和內容，最后提出該安全目標在我國核安全目標體系中合適定位的建議。

1 核安全目標

國際核能界并沒有對“核安全目標”有普遍的論述或定義。但對于建立和實施安全目標的意圖和目的，國際原子能機構(International Atomic Energy Agency，簡稱IAEA)進行過相關說明，它的形式可以是抽象的，或者具體的；涉及選址、設計、建造、調試、運行和管理等各個方面。美國核管會(Nuclear Regulatory Commission，簡稱NRC)于1986年發(fā)布的安全目標最終聲明中，把安全目標定義為監(jiān)管機構建立用于明確監(jiān)管的理念和方法可接受風險的考慮，尤其是可接受風險的概念。

安全目標涉及到核電廠安全的多個方面，因此其表述可以是定性的或者定量的；也可以是確定論的或者是概率論的。層次越高的安全目標，一般而言，則越可能是定性的。而且安全目標的建立和實施應該是成體系的，也就是說需建立一個安全目標管理體系或框架。

隨著核安全技術的發(fā)展和核安全認識的提高，安全目標體系也會隨之不斷發(fā)展的；尤其在發(fā)生較大的核事故之后，核安全要求將可能發(fā)生變化，因此安全目標體系框架將可能做出適當?shù)恼{整。

2 國內外監(jiān)管機構或組織的核安全目標

國外主要核安全相關的監(jiān)管機構或組織，包括： IAEA、NRC和西歐核監(jiān)管協(xié)會(Western European Nuclear Regulators Association，簡稱WENRA)等，在制定核安全規(guī)范標準與實施核安全監(jiān)管活動過程中，不斷地加深對核安全概念的認識與理解，并逐步形成了各自的核安全目標管理體系。

2.1 我國核安全目標

2.1.1 核安全目標的提出

2003年，我國發(fā)布了《中華人民共和國放射性污染法》，規(guī)定該法律的目的是“為了防治放射性污染，保護環(huán)境，保障人體健康，促進核能、核技術的開發(fā)與和平利用”[3]。有一系列行政法規(guī)，包括：《中華人民共和國民用核設施安全監(jiān)督管理條例》、《核電廠核事故應急管理條例》和《民用核安全設備監(jiān)督管理條例》等，均有保障人員和公眾健康、保護環(huán)境等規(guī)定。2017年，我國批準發(fā)布了《中華人民共和國核安全法》，在第一章第一條中明確規(guī)定了“為了保障核安全，預防與應對核事故，安全利用核能，保護公眾和從業(yè)人員的安全與健康，保護生態(tài)環(huán)境，促進經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展”[4]。

我國國家核安全局發(fā)布的核安全規(guī)定HAF 102—2016對核安全目標有明確的規(guī)定，包括與上述一致的基本安全目標[2]，該基本安全目標的描述與法律中的規(guī)定是一致的。實際上，我國提出的基本安全目標主要基于IAEA發(fā)布的《基本安全法則》(SF-1)中有關安全目標的描述，因而屬于頂層的安全目標。

除了核安全法規(guī)HAF 102—2016中提出的頂層安全目標外，我國一些導則如《核動力廠安全評價與驗證》(HAD 102/17—2006)，政策性文件或監(jiān)管技術文件如《核安全與放射性污染防治“十三五”規(guī)劃及2025年遠景目標》(以下簡稱“核安全‘十三五’規(guī)劃”)，也提出了一些較高層次的安全目標，這些安全目標的情況見表1。這些安全目標可能分別屬于定性安全目標或者定量安全目標，其中后者便于在工作中使用。

表1 近期我國提出的核安全目標

2.1.2 核安全目標的管理框架

我國的核安全目標層級特征比較典型，自上而下逐層建立安全目標，以實現(xiàn)對人員、社會和環(huán)境的有效防護，而且每層級安全目標都通過法律、法規(guī)、導則和規(guī)范標準進行支撐，形成了較完善的安全目標管理體系框架。

無論是核安全相關的法律規(guī)定，還是核安全法規(guī)HAF 102—2016中規(guī)定的基本核安全目標，均為定性安全目標，反映了對核安全提出的概括性要求和期望，因此基本安全目標在我國核安全目標體系中屬于頂層的核安全目標。

基本安全目標是通過輻射防護設計和安全設計兩個方面進行實現(xiàn)。無論是輻射防護設計，還是安全設計，都是采用縱深防御的手段來防止發(fā)生事故和減輕事故后果，防止事故對人員和環(huán)境造成危害。核動力廠的縱深防御通常分為五個層次，每個層次都有對應安全目標，各縱深防御層次的安全目標參見表2。由此，HAF 102—2016分別從輻射防護設計和安全設計角度說明了這些期望和要求屬于高層次的安全目標。

表2 我國核動力廠縱深防御體系及安全目標

中間層次的安全目標是在我國核安全法規(guī)所做的設計和運行方面的要求及規(guī)定，包括確定論和概率論的安全規(guī)定。

低層次的安全目標是在國家核安全局基于驗證技術和成熟方法所發(fā)布的對具體設計的指導性建議，即：監(jiān)管導則、技術文件等，其中包括定性的要求和定量的指標等。

2.2 IAEA核安全目標

2.2.1 IAEA安全目標

2006年，IAEA發(fā)布了《安全基本法則》(SF-1)[6]，其中對IAEA的核安全目標系統(tǒng)中基本安全目標進行了明確，即：保護人類和環(huán)境免于電離輻射造成的有害影響。這個基本安全目標在核安全目標體系中屬于頂層安全目標，為滿足這個頂層安全目標的要求，文件做了詳細的解釋性說明，包括：

(1)控制對人類的輻照以及向環(huán)境的放射性物質釋放；

(2)限制事件發(fā)生的可能性，這類事件可能導致堆芯、鏈式反應和其他輻射源失控；

(3)發(fā)生這類事件時減輕其放射性后果。

為了實現(xiàn)這一基本安全目標，在文件SF-1中制訂了10項基本原則?；驹瓌t確定了滿足基本安全目標所應考慮的各個方面，包括為IAEA的安全標準及其安全相關計劃奠定基礎的安全目標、安全原則和安全概念。比如基本原則1——安全責任，規(guī)定“引起輻射危險的設施和活動負有責任的人員或組織，必須對安全負主要責任”。

2012年，IAEA發(fā)布了No.SSR-2/1“Safety of Nuclear Power Plants: Design”；后續(xù)考慮到福島核事故的經(jīng)驗反饋，并于2016年10月修訂并發(fā)布了No.SSR-2/1(Rev.1)。這兩份文件對SF-1中提出的基本安全目標進行響應，對核動力廠安全設計中建立的基本安全要求和采取的安全規(guī)則進行規(guī)定，從輻射防護設計和安全設計兩個方面保證核動力廠無論在設計階段，還是在正常運行狀態(tài)，都能實現(xiàn)基本安全目標。IAEA No.SSR-2/1和No.SSR-2/1(Rev.1)建立的安全要求、原則和目標，緊次于頂層安全目標，是較高層次安全目標。

2.2.2 IAEA安全目標管理框架

IAEA安全目標體系的層級結構是比較清晰的，具有“金字塔”式的層級框架，而且每個層級都有相應的準則、標準、規(guī)范和導則，包括一些安全要求以支持安全目標的實現(xiàn)。而且IAEA在一次咨詢會議上專門討論并提出了核安全目標體系框架，具體如圖1所示。

根據(jù)IAEA安全標準文件體系，《基本安全原則》文件發(fā)布后將繼續(xù)發(fā)布配套的《安全要求》文件和一系列《安全導則》文件作為支撐?！鞍踩蟆贝_定為實現(xiàn)基本安全目標和基本原則所必須滿足的各項要求，這些安全要求屬于次級別的安全目標。正如IAEA于2016年發(fā)布的《核電廠安全：設計》(SSR-2/1，Rev.1)確定了核電廠設計的各項要求[7]，以及提出的各項安全目標，內容包括“必須實際消除可能導致高輻射劑量或大量放射性釋放的核動力廠事故序列”，這些安全目標或安全要求是次級別的目標。

圖1 IAEA核安全目標體系框架圖Fig.1 The frame of IAEA safety goal system

“安全導則”就如何遵守安全要求提出建議和指導性意見，屬于低級別的安全目標，為滿足“安全要求”，一般應提出技術措施或特定的安全指標，如：《核動力廠安全評價與驗證》(NS-G-1.2)提出了如何滿足核動力廠安全評價方面安全要求的建議和指導，提出了包括已有的和新設計的核動力廠堆芯損壞概率和放射性物質大量釋放概率在內的特定安全指標等[8]。

2.3 美國核電廠安全目標

2.3.1 美國NRC安全目標及提出過程

20世紀70年代末，三哩島核電站事故的發(fā)生，使美國核工業(yè)界和監(jiān)管機構都需要知道核電站“How safe is safety enough”(如何才能足夠安全)。美國反應堆安全咨詢委員會(ACRS)建議，核動力核電廠應建立明確的定量化安全目標，相應地美國核管會(NRC)特別事故調查組也提出完善安全目標和安全原則的建議。1980年10月，NRC啟動完善安全目標的計劃，是為了更清楚地定義保護公眾健康和安全的目標水平，并確保普遍認為這樣的目標水平是足夠的。

1981年，美國NRC提出了核電站安全目標政策聲明的草案，聲明中提出了兩個定性安全目標。為了便于實現(xiàn)上述的定性安全目標，NRC提出了兩個定量安全目標。1983年，美國NRC發(fā)布了正式的核安全政策聲明(48 FR 10772)，維持以前的安全目標框架(包括定性安全目標和定量安全目標)，只是作了適當?shù)男薷摹?/p>

1986年，美國NRC發(fā)布了安全目標的最終政策聲明(51 FR 30028)，聲明中保留了之前的兩個定性安全目標[9]。 但對于定量安全目標，聲明中只保留了核電廠帶來的個人急性死亡風險和癌癥死亡的社會風險兩個目標，就是經(jīng)常提到的兩個 “千分之一”目標。

不管是定性安全目標，還是兩個“千分之一”的定量安全目標，實際操作過程中由于難以評估個人和社會風險，評估過程中的不確定性也可能很大，因而都不易于使用。對此，NRC在1997年6月提出兩個輔助目標，即概率安全目標，包括定量化的CDF和大量放射性早期釋放概率(LERF)目標，以便在核電廠安全監(jiān)管活動使用[10]。美國NRC提出的各類安全目標詳見表3。

表3 美國NRC安全目標

2.3.2 NRC安全目標的管理框架

研究美國核安全法規(guī)和監(jiān)管導則，以及安全目標的制定，就會發(fā)現(xiàn)美國NRC安全目標系統(tǒng)框架還是比較清晰的，美國NRC的監(jiān)管框架參見圖2。美國NRC在建立安全目標的過程中，雖然沒有明確其最基本的核安全目標，但無論制定兩個定性安全目標和定量安全目標過程中的爭論，還是最后以政策聲明的形式明確與發(fā)布，都是圍繞著“保護公眾健康和生命安全，核電廠正常運行及發(fā)生事故都不會顯著增加公眾的健康和安全風險”這個中心議題展開，因此其頂層安全目標可以理解為“保護公眾健康和生命安全不會受到明顯的附加風險”。

1983年NRC發(fā)布了正式的核安全政策聲明，以及后續(xù)的修改完善，最終提出的兩個定性安全目標和定量安全目標，都是圍繞著公眾的個人風險和社會風險進行約束和限制，即不會產(chǎn)生“明顯的附加風險”。定量安全目標中明確：個人風險為“核電廠附近個人的急性死亡風險”，社會風險是指“核電廠周圍居民的癌癥死亡風險”；“明顯的附加風險”分別相對于其他事故和其他原因，不應超過其0.1%[11]。定性安全目標和定量安全目標明確了NRC對核電廠安全的期望，屬于高層次的安全目標。輔助安全目標，是NRC有利于監(jiān)管決策和監(jiān)管活動而發(fā)展出的安全目標，是對定量安全目標的解釋，因此也屬于高層次的安全目標。

美國核電廠安全監(jiān)管采用了基于性能和風險指引型的監(jiān)管體系，并考慮了代價和利益的平衡。在NRC提出的安全目標基礎上，制定了完善的法規(guī)、導則或技術文件，并根據(jù)安全要求和系統(tǒng)特點，對構筑物、系統(tǒng)和部件(SSC)提出必要的性能指標和可靠性/可用性指標[12]。這些指標作為較低層次的安全目標，支持核電廠安全設計滿足較高層次安全目標的要求。

圖2 美國NRC監(jiān)管框架Fig.2 The frame of regulation by U.S.NRC

2.4 歐洲組織和監(jiān)管機構的核安全目標

20世紀90年代初，法國和德國的核安全委員會在研究下一代壓水堆安全時，提出了若干建議，這些建議中首先提出了“實際消除大規(guī)模放射性物質釋放”的相關概念[13]。自2000年起， WENRA基于“反應堆安全協(xié)調化”工作，多次發(fā)布細化的安全目標，尤其關于在堆芯是否熔毀情況下的放射性釋放。

2010年WENRA發(fā)布了新建核電廠安全目標的聲明[14]，其中包括：安全目標O1-O7，這七個安全目標是在系統(tǒng)性研究IAEA SF-1中確定的基本安全原則的基礎上發(fā)展起來的，具體安全目標詳見表4。2013年WENRA發(fā)布了“Safety of new NPP designs”(《新的NPP設計安全問題》)，說明了一些關鍵安全問題的共同立場以及福島核事故的反饋，這些較詳細的共同立場對上述安全目標進行很好地支撐[15]。

表4 WENRA安全目標

歐洲安全目標的制定與發(fā)布，對IAEA安全目標的制定有較大的影響，尤其是其中間層級和較高層級的安全目標，部分被IAEA安全目標體系框架所吸收。

3 福島核事故對核安全目標的影響

福島核事故對全球核能發(fā)展和核安全的影響是顯而易見的，它促使核能界重新審視之前所建立的安全目標體系的合理性，也重新思考美國NRC早期提出“How safe is safety enough”的經(jīng)典命題[16]。根據(jù)福島核事故的經(jīng)驗反饋，以及世界核安全組織和各國核安全監(jiān)管機構的研究成果，歸納對目前的核安全目標體系產(chǎn)生的主要影響參見表5。

隨著對福島核事故研究的深入，可能將會有更多的方面直接影響安全目標管理體系。進一步講，福島核事故對安全目標體系產(chǎn)生系統(tǒng)性的間接影響，可能涉及到安全目標管理體系的各個層次。

表5 福島核事故對安全目標的影響

4 “實際消除”安全目標

4.1 “實際消除”安全目標的提出

“實際消除”(practically eliminated)最早是由法國和德國在研究下一代核電廠安全方面的原則時提出的[17]。后續(xù)作為安全設計目標，應用于歐洲壓水堆(EPR)的設計，并逐步被IAEA接受和采納，體現(xiàn)在安全標準和要求系列文件中。實際消除的事故序列應進行專門的分析。同時注意不能用一個總的概念截斷值來進行論證[16]。

2012年10月，國務院批復了核安全“十二五”規(guī)劃，提出了安全目標包括：具有較完善的嚴重事故預防和緩解措施，以及CDF<10-5(堆·年)和LRF<10-6(堆·年)；對于“十三五”及后續(xù)建設機組，提出了“實際消除”的安全目標[1]。提出該安全目標，是為了確保即使在嚴重的堆芯嚴重損壞工況下，有效包容放射性以便不會對環(huán)境和公眾造成不可接受的影響。 2016年，國家核安全局發(fā)布修訂版的《核動力廠設計安全規(guī)定》(HAF 102—2016)，其中明確提出實際消除的安全設計目標。2017年，國務院批復的核安全“十三五”規(guī)劃中提出了新建核電機組的類似要求[5]。

“實際消除”核安全目標的提出，既有政治方面的考慮，也從技術和工程角度提出了更高的安全目標，即：在設計基準事故或設計擴展工況范圍內，核電廠事故不會導致放射性物質顯著外泄。另外，提出“實際消除”安全目標，并不是要取消廠外應急計劃，因為福島核事故已經(jīng)證明了廠外應急響應的重要性?！皩嶋H消除”安全目標中的“大量放射性釋放”，其具體定義在HAF 102—2016中詳細規(guī)定，與二級概率安全分析(PSA)中 “大量放射性釋放(LRF)” 的含義存在一定的差異。

4.2 “實際消除”安全目標的影響范圍

實際消除大量放射性物質釋放，既考慮堆芯放射性物質的釋放，也考慮廠址內其他放射性物質貯存設施特別是乏燃料池放射性物質的釋放；既考慮內部事件導致的嚴重事故，也考慮極端外部事件導致的嚴重事故；既包括事故早期釋放，也包含事故晚期釋放；既考慮通過大氣途徑的排放，也考慮放射性廢液排放。這些具體事故現(xiàn)象的相應管理措施，需要有一定的針對性才能真正起到作用[18]。

對于威脅安全殼完整性的嚴重事故現(xiàn)象，在采取附加安全措施降低其發(fā)生概率的基礎上，可通過確定論、概率論或工程判斷等方法和手段，分析論證安全殼完整性在發(fā)生這種嚴重事故現(xiàn)象時也不會造成明顯影響。這種分析論證可使用最佳估算的方法，采用現(xiàn)實的分析模型。

“實際消除”的安全目標還同時考慮到日本福島核事故后公眾對核電廠安全信心的恢復，在這方面需對社會輿論導向、公眾安全認識和宣傳方面做出規(guī)定和要求，以保護社會和公眾的心理免受傷害。

4.3 “實際消除”安全目標的定位

通過對比分析國際上確立的主要核安全目標和相關監(jiān)管框架和安全目標管理體系，在研究我國現(xiàn)行有效的核安全法規(guī)、監(jiān)管框架和安全目標管理體系基礎上，我國確立“實際消除”的安全目標，對我國核動力廠的安全設計及現(xiàn)有安全目標管理體系的可能存在以下方面的影響：

(1)“實際消除”安全目標的提出考慮了福島核事故對環(huán)境和社會帶來了不利影響，并且考慮了社會對核電的可接受性，是對我國頂層安全目標的進一步的合理解釋；

(2)“實際消除”安全目標是在國際機構和主要核電國家現(xiàn)有核安全要求的基礎上，對安全要求的進一步擴充和發(fā)展，體現(xiàn)了核電廠安全水平的進一步發(fā)展和提高；

(3)“實際消除”安全目標對核動力廠安全設計產(chǎn)生重要影響，尤其是縱深防御第四層次；

(4)“實際消除”安全目標直接影響核動力廠安全設計中考慮的狀態(tài)，即設計擴展工況(DEC)，包括：沒有造成堆芯明顯損傷(DEC-A)和堆芯熔化(嚴重事故，DEC-B)的核動力廠狀態(tài)；同時影響核動力廠在應對超設計基準內/外部危險方面的安全設計，以避免“陡邊效應”的發(fā)生；

(5)“實際消除”安全目標需要詳細的安全規(guī)定和安全要求等較低層次的安全目標所支撐，以明確實現(xiàn)該安全目標所需的具體要求。

基于以上分析與研究，“實際消除”的安全目標在我國核安全目標管理體系中應該屬于高級別的目標要求。

5 結論

“實際消除”安全目標作為我國核安全目標管理體系中較高層次的安全目標，在新形勢下對核安全技術提出更高的要求，更加有力地支持頂層安全目標要求，豐富和完善了我國現(xiàn)有的核安全目標管理體系。

對“實際消除”安全目標的準確定位，是正確理解該安全目標的前提，同時也為制訂相關的技術政策指明了方向，為從確定論安全目標和概率安全目標上提出具體的安全要求和安全規(guī)定明確了范圍。