美國核管會關(guān)于小型模塊堆廠址人口要求的考慮及啟示

熊小偉，王一川，李 洋，方 圓，陳曉秋，楊端節(jié)，毛玉仙，商照榮

(1.生態(tài)環(huán)境部核與輻射安全中心，北京 102445； 2.北京市輻射安全研究會，北京 100082)

自1951年以來，美國核管理委員會(NRC)及其前身美國原子能委員會(AEC)在反應(yīng)堆選址考慮人口分布和密度等諸多因素方面積累了寶貴的經(jīng)驗，制定了反應(yīng)堆選址要求和導(dǎo)則。1978年，NRC發(fā)布了《大都會選址——歷史的視角》(NUREG-0478)[1]，為NRC工作人員審查人口集中居住區(qū)附近的廠址提供了一種方法，也為申請者提供了相關(guān)指導(dǎo)。隨后，在1979年8月，NRC發(fā)布了《選址政策工作組報告》(NUREG-0625)[2]，為核動力廠選址的政策聲明奠定了基礎(chǔ)。在1980年的NRC授權(quán)法案中，國會要求將選址與設(shè)計脫鉤并規(guī)定選址的人口準(zhǔn)則。1996年12月，NRC在修訂的聯(lián)邦法規(guī)“反應(yīng)堆廠址準(zhǔn)則”(10 CFR 100)中，建立了反應(yīng)堆選址要求，并規(guī)定了新的反應(yīng)堆廠址申請的評價因素。NRC將反應(yīng)堆選址與廠址周圍人口分布相關(guān)的要求作為縱深防御體系的一個獨立組成部分，并將反應(yīng)堆遠(yuǎn)離人口集中居住區(qū)作為其廠址選擇的長期政策。

近年來，人口分布與密度已成為小型模塊堆(SMR)選址中關(guān)注的主要因素之一。在《小型模塊堆設(shè)計的潛在政策、許可和關(guān)鍵技術(shù)問題》(SECY-10-0034)[3]中，NRC工作人員提出了一些與小型堆許可有關(guān)的潛在政策和許可方面的議題。2016年，NRC發(fā)布了《小型模塊堆和非輕水堆的事故源項和選址》(SECY-16-0012)[4]，就小型模塊堆和非輕水堆選址中所考慮的人口分布和密度問題，NRC工作人員認(rèn)為與利益相關(guān)者進行溝通是非常必要的。同年，NRC發(fā)布了一份重要報告：《NRC愿景和戰(zhàn)略：安全地達成有效和高效的非輕水堆任務(wù)的準(zhǔn)備》[5]，NRC工作人員已經(jīng)考慮如何審查和監(jiān)管新一代非輕水堆，包括其燃料循環(huán)和廢物形式。該報告列出了實現(xiàn)其目標(biāo)的6項戰(zhàn)略，并擬定了一套行動計劃，這些計劃確定了能夠?qū)崿F(xiàn)這些戰(zhàn)略的具體而可操作的任務(wù)。

為促進與利益相關(guān)者的討論，2017年NRC工作人員起草了一份白皮書草案報告《小型模塊堆和非輕水堆選址所考慮的人口因素》[6]，旨在評估是否需要制定或修訂相關(guān)的法規(guī)和導(dǎo)則。2019年6月，在充分溝通(包括公眾聽證會)的基礎(chǔ)上，NRC工作人員擬向委員會提交關(guān)于修訂小型先進堆廠址人口因素相關(guān)要求的4種方案。2020年，NRC已正式發(fā)布《先進堆選址所考慮的人口因素》(SECY-20-0045)[7]。該報告正是根據(jù)“戰(zhàn)略5(識別和解決那些影響非輕水堆核動力廠監(jiān)管審查、選址、準(zhǔn)許和/或許可等技術(shù)包容性政策問題)”編寫的?！皯?zhàn)略5”所涉及的這些問題，特別是源項表征、功能性安全殼的性能、選址和應(yīng)急計劃都是相互依賴的。

1 美國反應(yīng)堆廠址涉及人口分布的要求

1.1 聯(lián)邦法規(guī)及導(dǎo)則要求

美國聯(lián)邦法規(guī)10 CFR 100、10 CFR 50和10 CFR 52規(guī)定了美國反應(yīng)堆(包括核動力廠和實驗堆)的選址要求，其中包括與廠址相關(guān)的人口要求(列于表1)，這些要求基本上是根據(jù)NRC對大型商用核動力廠的審管實踐制定的。其中10 CFR 100規(guī)定了反應(yīng)堆非居住區(qū)和低人口密度區(qū)人口分布和人口中心距離等要求。10 CFR 50和10 CFR 52則規(guī)定了設(shè)置非居住區(qū)和低人口密度區(qū)的劑量控制值。

表1 聯(lián)邦法規(guī)中涉及人口的選址要求

對核電廠周邊人口的可接受性，美國NRC管理導(dǎo)則《核電站廠址適宜性一般準(zhǔn)則》(RG 4.7)提供了明確的指導(dǎo)意見，反應(yīng)堆所處的位置應(yīng)確保在其獲得許可的最初5年內(nèi)，在任何徑向距離(直到20英里)范圍內(nèi)的人口密度(包括加權(quán)流動人口)的平均值不超過每平方英里500人(作為篩選值)。反應(yīng)堆不應(yīng)位于人口密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過該值的位置。當(dāng)超過這個人口密度時，必須在綜合考慮安全、環(huán)境、經(jīng)濟等因素后，論證該廠址的可接受性[8]。NRC提出每平方英里500人則是基于其審管實踐，并考慮了美國的人口特征和地理條件[9]。人口密度考慮的20英里(32 km)范圍則是取自聯(lián)邦法規(guī)10 CFR 50規(guī)定的一般大型商用核動力廠煙羽應(yīng)急計劃區(qū)半徑的兩倍。由此可知，NRC關(guān)于人口分布準(zhǔn)則的目的，是基于縱深防御的理念，在廠址選擇階段，將反應(yīng)堆選址于低人口密度區(qū)，并使其遠(yuǎn)離人口集中居住區(qū)，將有助于應(yīng)急計劃的實施，并在發(fā)生嚴(yán)重事故時，盡量減少核動力廠對公眾的輻射影響。根據(jù)上述要求，NRC關(guān)于核動力廠廠址附近關(guān)于人口的限制如圖1所示[6-7]。

圖1 核電廠廠址附近關(guān)于人口的限制[6-7]

1.2 小型堆非居住區(qū)和低人口密度區(qū)

美國小型堆非居住區(qū)(EAB)和低人口密度區(qū)(LPZ)的確定仍采用與大型核動力廠相同的評價準(zhǔn)則，但沒有強制性規(guī)定非居住區(qū)和低人口密度區(qū)的最小允許范圍。因此，理論上根據(jù)事故后果評價測算得到非居住區(qū)和低人口密度區(qū)的范圍可以很小。如NuScale小型堆(具體廠址未定)非居住區(qū)和低人口密度區(qū)均可限定在廠界內(nèi)(距反應(yīng)堆中心最近距離約為122 m[10]，位于Clinch River Nuclear(CRN)廠址的小型堆(具體堆型未定)非居住區(qū)和低人口密度區(qū)的半徑分別為335 m和1.6 km[11]。根據(jù)對美國反應(yīng)堆正在運行或建設(shè)中的75個廠址調(diào)查，非居住區(qū)邊界的距離從277 m到2 130 m不等，典型值約800 m(0.5英里)。低人口密度區(qū)的距離范圍從1 100～11 000 m，典型值約4 800 m(3英里)[12]。

2 修訂先進小型堆廠址對人口分布要求的必要性

2.1 小型先進堆的固有安全特征

NRC目前制定的法規(guī)和導(dǎo)則均執(zhí)行了反應(yīng)堆廠址需遠(yuǎn)離人口集中居住區(qū)的政策，而且其審管經(jīng)驗基本上都來自大型輕水堆核動力廠。小型堆由于單堆功率小、堆芯中放射性盤存量低、單位功率冷卻劑裝載量高和采用非能動安全設(shè)計等固有安全特征，大大降低了事故發(fā)生的可能性及其后果，釋放到環(huán)境中的放射性物質(zhì)遠(yuǎn)低于大型核動力廠，即使把核反應(yīng)堆布置在更靠近人口中心的區(qū)域，對公眾產(chǎn)生的風(fēng)險也是非常低的。因此，小型先進堆的固有安全特征是其可以盡量靠近人口中心的前提和保障。

2.2 推動核能創(chuàng)新發(fā)展

2019年美國國會通過的《核能創(chuàng)新和現(xiàn)代化法案》(NEIMA)為先進堆獲得許可建立了監(jiān)管框架，并為新型核能進入市場創(chuàng)造了更寬松的環(huán)境。該法案要求NRC酌情制定和實施可使用風(fēng)險指引和基于性能的許可評估技術(shù)和指南的策略，用于解決商用先進堆發(fā)展所面臨的政策問題，包括許可基準(zhǔn)事故的選取、事故源項、安全殼性能和應(yīng)急準(zhǔn)備[13-14]。這些政策問題與先進堆安全特性及選址所考慮的人口因素密切相關(guān)。該法案為修訂小型堆選址有關(guān)人口分布的要求提供了法律基礎(chǔ)。

2.3 用戶的需求

美國希望將小型堆布置在臨近壽期末的化石燃料電廠的廠址，作為向全國電網(wǎng)提供可靠電力的替代方式。橡樹嶺國家實驗室(ORNL)使用現(xiàn)行法規(guī)對小型先進堆的潛在廠址進行了評估[15-17]，包括人口敏感性的案例研究。評估結(jié)果表明，即使只考慮人口密度因素，美國將近92%的擬選陸地廠址都將被淘汰。此外，美國還有很多無法由國家電網(wǎng)提供電力的相對獨立的人口集中居住區(qū)，這些地區(qū)也是由小型堆供電的潛在用戶。

其次，小型堆應(yīng)用于城市供熱、工業(yè)工藝供熱和海水淡化等領(lǐng)域時，反應(yīng)堆需要盡量靠近用戶。當(dāng)利用小型堆供熱時，如果大量熱量浪費在不必要的長距離傳送過程中，將極大地降低其經(jīng)濟性和競爭力，從而制約小型堆的應(yīng)用前景和發(fā)展。

3 修訂原則和方案解讀

3.1 修訂原則

NRC正在評估關(guān)于小型堆廠址選擇的各種因素，以確保符合其“長期確立的政策，即將核反應(yīng)堆遠(yuǎn)離人口集中居住區(qū)”。目前需要考慮如下問題：(1)是否應(yīng)該考慮建立不同的方法以確定SMR距人口中心的最小距離？如果是，應(yīng)如何確定最小距離?(2)是否應(yīng)該考慮為SMR制定不同的準(zhǔn)則或指南以判定該廠址是否“遠(yuǎn)離人口密集中心”? 如果是，在制定準(zhǔn)則時應(yīng)該如何考慮縱深防御？例如，是否應(yīng)該使用更完整、更現(xiàn)實和廠址相關(guān)的放射性釋放、遷移和彌散模型來評估社會風(fēng)險，從而為選址決策提供依據(jù)？(3)根據(jù)SMR設(shè)計方以及潛在申請者的反饋，他們希望將反應(yīng)堆建在更靠近人口密集中心的地方，或者不受人口密度要求的限制。

NRC對其法規(guī)和導(dǎo)則的修訂一直保持比較審慎的態(tài)度，盡量避免非必要的修訂導(dǎo)致資源浪費；其次NRC致力于建立一種簡化、一致和可預(yù)見的審管理念，并將其作為制定審管要求的目標(biāo)；同時NRC一直將反應(yīng)堆的廠址條件作為縱深防御的獨立組成部分進行評估，盡量避免受到反應(yīng)堆設(shè)計的影響。

3.2 修訂方案

方案1：維持現(xiàn)狀，對當(dāng)前人口相關(guān)的法規(guī)和現(xiàn)行導(dǎo)則不作變更。

該方案的優(yōu)點是NRC無需投入資源為SMR選址專門制定人口相關(guān)的指南，并維持NRC一貫堅持的“獨立于廠址的設(shè)計與獨立于設(shè)計的廠址”理念(10 CFR 50)，即將核動力廠廠址選擇作為縱深防御的一個組成部分，先進堆選址與其設(shè)計分開進行評估。將來，NRC工作人員可以在個案的基礎(chǔ)上處理這一問題，屆時先進堆申請將會提出與RG 4.7中人口相關(guān)準(zhǔn)則的偏離。

這一方案沒有考慮到新設(shè)計中的預(yù)期改進，而這些改進消除了某些始發(fā)事件的脆弱性，并限制了源項，從而降低了大多數(shù)事故的可能性和嚴(yán)重性。方案1并沒有減少監(jiān)管的不確定性，也違背了委員會降低復(fù)雜性和增加穩(wěn)定性的目標(biāo)，并可能導(dǎo)致設(shè)計方和營運單位望而卻步，從而阻礙SMR的發(fā)展。

方案2：擬修訂RG 4.7中與人口相關(guān)的指南，以包括先進堆設(shè)計的條款。更具體地說，將使用源項與功率水平的比例關(guān)系，對SMR作出相應(yīng)規(guī)定。

對反應(yīng)堆廠址周圍人口分布的要求很大程度上是為了限制嚴(yán)重的反應(yīng)堆事故的總體社會風(fēng)險，而表征該風(fēng)險的方式之一就是事故影響范圍內(nèi)公眾可能受到的劑量(包括個人有效劑量和集體有效劑量)。在RG 4.7中，反應(yīng)堆廠址周圍人口密度準(zhǔn)則對應(yīng)于典型的大型商用壓水堆(約為1 000 MWe)事故的社會風(fēng)險，事故后果與堆芯放射性核素盤存量成線性關(guān)系，并考慮一定的裕量(25%)，則可建立事故影響范圍(面積)和程度(影響范圍內(nèi)的總?cè)藬?shù))與堆芯放射性核素盤存量之間的對應(yīng)關(guān)系。如電功率為50 MWe的小型堆，基于等效社會風(fēng)險，其廠址周圍人口準(zhǔn)則可修訂為廠址半徑5英里(8 km)內(nèi)的人口密度(包括流動人口)一般不應(yīng)超過每平方英里8 000人。顯然，本例中最受限制的人口因素將是人口中心而不是人口密度。如需要闡明場外后果，其他受限的人口因素可能與申請者根據(jù)10 CFR 100、10 CFR 50和10 CFR 52確定的EAB、LPZ有關(guān)。

該方案需要對RG 4.7中人口密度評價準(zhǔn)則進行修訂，并建立一種隨著反應(yīng)堆功率可變的人口評價準(zhǔn)則。采取該方案的優(yōu)點為：(1)促進NRC監(jiān)管的一致性、可預(yù)見性和清晰度；(2)不需要專門制定小型堆選址導(dǎo)則；(3)體現(xiàn)了先進堆技術(shù)革新和固有安全特征；(4)根據(jù)事故后果與可釋放的放射性核素盤存量之間的一般關(guān)系，采用技術(shù)包容性導(dǎo)則取代單一的人口密度指標(biāo)的規(guī)范性準(zhǔn)則。方案2雖然提供了一些好處，但它并沒有考慮到新反應(yīng)堆的其他重要的具體設(shè)計屬性。此外，由于在廠址決策過程中考慮了事故后果與放射性核素盤存量有關(guān)，在某種程度上，該方案降低了廠址條件在縱深防御中的獨立性，可能引起利益相關(guān)者對導(dǎo)則修訂的爭議。

方案3：將修訂RG 4.7中與人口相關(guān)的指南，以包括先進堆設(shè)計的額外條款。人口密度準(zhǔn)則與特定設(shè)計的事件所致輻射后果的估計直接相關(guān)。

該方案仍然以RG 4.7確定的每平方英里500人作為人口密度準(zhǔn)則的篩選值，但人口密度的評估半徑不固定為20英里(僅適用于大型輕水堆)，而是根據(jù)SMR事故后果的大小確定。其具體做法是采用《非輕水堆許可、認(rèn)證和批準(zhǔn)的許可基礎(chǔ)和申請內(nèi)容的技術(shù)包容、風(fēng)險指引和基于性能的方法指南》(DG 1353)對SMR設(shè)計基準(zhǔn)事故和超設(shè)計基準(zhǔn)事故(事故頻率分別為10-4～10-2/堆年和5×10-7～10-4/堆年)進行分析，人口密度的評估半徑取事故導(dǎo)致公眾個人在一個月內(nèi)所接受的有效劑量為10 mSv相應(yīng)距離的兩倍(NRC認(rèn)為從輻射風(fēng)險角度，該范圍外的公眾幾乎不受反應(yīng)堆事故的影響)[18]。如果SMR和其他新技術(shù)的應(yīng)急計劃法規(guī)(RIN 3150-AJ68)最終確定，應(yīng)急計劃區(qū)的大小預(yù)計將通過計算劑量和應(yīng)用類似的標(biāo)準(zhǔn)(即同一事件類別在96小時內(nèi)所致公眾個人有效劑量為10 mSv相應(yīng)的距離)來測算[19]。

這個方案在以下幾個方面很有吸引力：它看起來是合理的；它直接考慮到每項新設(shè)計的具體特征；準(zhǔn)則與輻射后果的估算值直接相關(guān)。它保留了既定的原則，同時允許考慮新的反應(yīng)堆特性。該方案的應(yīng)用將需要在確定用于評估許可基準(zhǔn)事故和開發(fā)支持劑量計算的機理性源項方面作出實質(zhì)性努力。

根據(jù)事故后果確定廠址人口密度評估半徑的方式，可實現(xiàn)小型堆按功率水平和安全設(shè)計特征等對其選址要求的分類管理。很明顯，該方案需要完全考慮SMR的設(shè)計特點，因而選址政策將不再獨立于設(shè)計，進一步降低了廠址條件在縱深防御中的獨立性，將對監(jiān)管框架進行更重大的更改。一些利益相關(guān)者可能會認(rèn)為，修改諸如選址和人口因素等相關(guān)指南的努力是存有爭議的。

方案4：要求NRC工作人員制定社會風(fēng)險措施，用于評估特定廠址的特定先進堆設(shè)計。這種方案可以將社會風(fēng)險評估納入RG 4.7作為現(xiàn)行人口密度準(zhǔn)則的替代辦法。

該方案采用社會風(fēng)險分析方法對特定廠址條件下的特定設(shè)計進行評估，在不改變NRC法規(guī)要求的情況下，將社會風(fēng)險評估納入RG 4.7作為現(xiàn)行人口密度準(zhǔn)則的替代辦法。評估擬議廠址反應(yīng)堆設(shè)計的潛在影響時，除對事故影響范圍內(nèi)的公眾個人有效劑量和集體有效劑量外，還要考慮經(jīng)濟代價、土地利用、人口搬遷和去污費用等不利影響，可以對這些因素進行貨幣量化，進行代價利益分析。

該方案可為SMR的特定廠址和特定設(shè)計提供社會風(fēng)險的最佳評估，以便與其他社會風(fēng)險或性能指標(biāo)進行比較，該方法也是對當(dāng)前NRC基于后果評估審管實踐的補充。過去曾經(jīng)考慮過這一方案，正如福島事故所證明的那樣，社會風(fēng)險會產(chǎn)生與個人風(fēng)險不同的結(jié)果。遺憾的是，這可能很難發(fā)展成一種被廣泛接受的形式，并可能演變?yōu)闊o休止的爭論。也許土地污染可能是應(yīng)對社會風(fēng)險的合適替代指標(biāo)，并且它是在全面風(fēng)險評估中估算出來的。可以將其納入到方案3的考慮因素，前提是可以制定滿足廣泛接受的準(zhǔn)則，這也許是一項艱巨的任務(wù)。

由于該方法存在的一些基本問題還有待深入的討論和研究，短期內(nèi)不大可能為當(dāng)前SMR的選址和設(shè)計的審管提供決策支持。同時，該方案也削弱了廠址條件在縱深防御中的作用。此外，采用該方法論證廠址條件和反應(yīng)堆設(shè)計可接受性時，NRC還需要描述和分析其他非核活動(如自然災(zāi)害和其他能源供給等)的社會風(fēng)險，并進行對比。

4 啟示和建議

小型堆廠址周圍人口要求是影響其選址和未來發(fā)展的重要因素之一，與人口要求相關(guān)的廠址評估也是廠址安全、環(huán)境保護和應(yīng)急準(zhǔn)備方面審查的重要內(nèi)容。NRC對反應(yīng)堆廠址進行獨立的評估，并將廠址條件作為縱深防御的獨立組成部分，為此，反應(yīng)堆遠(yuǎn)離人口集中居住區(qū)將是反應(yīng)堆選址的長期政策。但在小型堆選址要求中，NRC充分考慮了小型堆的固有安全特征和現(xiàn)實需求，從社會風(fēng)險角度建立與大型商用堆相適應(yīng)的方案，尤其是方案3建立了人口密度的評估半徑與小型堆特定設(shè)計的事故后果的對應(yīng)關(guān)系，既延續(xù)了NRC一貫堅持的選址策略，又能基于小型堆的安全性實施分類管理。該方案對我國制定小型堆與人口因素相關(guān)的選址要求具有較好的借鑒作用。

我國大型商用核動力廠與人口相關(guān)的選址要求充分借鑒了NRC的經(jīng)驗，相關(guān)的核安全法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、導(dǎo)則中，也對反應(yīng)堆到人口中心的距離給出了規(guī)定，如國家標(biāo)準(zhǔn)《核動力廠環(huán)境輻射安全規(guī)定》(GB 6249—2011)在核動力廠選址要求中分別對5 km(規(guī)劃限制區(qū)的最小邊界)和10 km(規(guī)劃限制區(qū)邊界的兩倍)兩個范圍內(nèi)人口中心的人數(shù)做了規(guī)定[20]。而對于核電廠周邊區(qū)域的人口密度，考慮到我國的實際情況，不適合作出定量要求，只是在選址過程中用于判別廠址的類別[21]。因此，建立我國小型堆與人口相關(guān)的選址要求，除考慮其固有安全特征外，還應(yīng)與我國的人口特征和地理條件相適應(yīng)?；谏鲜隹紤]，提出如下建議：

(1)盡管許多小型堆從設(shè)計上可以將廠址附近公眾的個人風(fēng)險降到足夠低的水平，但考慮到總體社會風(fēng)險并從廠址比選的角度出發(fā)，建立一個恰當(dāng)?shù)娜丝诩芯幼^(qū)距離是必要的。在這方面，可以借鑒NRC方案3的方式，如反應(yīng)堆距人口集中居住區(qū)邊界的距離不小于反應(yīng)堆距廠址規(guī)劃限制區(qū)邊界距離的兩倍。此外，從縱深防御考慮，小型堆也需要與人口集中居住區(qū)保持一個適當(dāng)?shù)木嚯x。

(2)基于小型堆選址事故后果及影響范圍，建立與大型商用核動力廠等效社會風(fēng)險為指標(biāo)的廠址評估體系，如將小型堆事故工況下廠址周圍的集體有效劑量作為其導(dǎo)致社會風(fēng)險的一個評價指標(biāo)。

(3)除技術(shù)測算之外，公眾的可接受性和政府部門的立場也是決定小型堆是否能夠靠近人口集中居住區(qū)的重要因素。首先要在設(shè)計上提高小型堆的固有安全性，從根本上解決堆芯損壞及大量放射性物質(zhì)釋放等安全問題；其次，開展實驗論證工作，獲取大量實驗數(shù)據(jù)，完善事故假設(shè)和事故譜；最后，穩(wěn)步推動示范工程，積累運行經(jīng)驗，為小型堆商業(yè)化奠定基礎(chǔ)。