我國(guó)核應(yīng)急發(fā)展現(xiàn)狀與前沿動(dòng)態(tài)研究

鄒 旸,鄒樹(shù)梁

(1.中國(guó)核工業(yè)集團(tuán)有限公司，北京 100822；2.南華大學(xué) 核設(shè)施應(yīng)急安全作業(yè)技術(shù)與裝備湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 衡陽(yáng) 421001)

人類科技取得了巨大的發(fā)展，在這背后，核技術(shù)的應(yīng)用研究也做出了諸多貢獻(xiàn)。如今，在電力發(fā)電、工業(yè)生產(chǎn)、科技創(chuàng)新等領(lǐng)域均涉及核能的研究與利用。核應(yīng)急是核能事業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的重要保證[1]。伴隨著三大核事故的發(fā)生，人們深刻意識(shí)到核應(yīng)急的重要性[2]。國(guó)內(nèi)外在核應(yīng)急管理以及技術(shù)與裝備等方面開(kāi)展了大量研究，自核應(yīng)急概念提出后，經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，核應(yīng)急的相關(guān)概念和理論體系逐步形成。為了把握我國(guó)核應(yīng)急關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)重心，切實(shí)解決我國(guó)核應(yīng)急技術(shù)重要需求和關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)難題，本文在梳理國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷史的基礎(chǔ)上，探討了當(dāng)前適應(yīng)我國(guó)需要的核應(yīng)急組織體系、法律法規(guī)體系以及核應(yīng)急狀態(tài)下的演練機(jī)制，并在此基礎(chǔ)上，通過(guò)總結(jié)中國(guó)核電及核電安全技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)一步展望核應(yīng)急重要科技發(fā)展的前沿動(dòng)態(tài)。

1 國(guó)內(nèi)外核應(yīng)急的發(fā)展歷史

1.1 核應(yīng)急的提出

國(guó)際上，截至1979年，在核領(lǐng)域還尚未發(fā)生影響核電安全的事故，政府及各生產(chǎn)部門(mén)在核事故應(yīng)急的計(jì)劃和準(zhǔn)備上缺乏足夠的重視。直至1979年三哩島核事故后，各界開(kāi)始思考核電安全發(fā)展的未來(lái)[3]。1986年切爾諾貝利核事故給生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重危害，造成極大社會(huì)恐慌。人們更加意識(shí)到核應(yīng)急工作的緊迫性，隨即核安全與應(yīng)急輻射相關(guān)工作被提上日程[4]。隨著研究的進(jìn)展，在核應(yīng)急中，小至微觀概念，大到宏觀體系均經(jīng)歷了更新和架構(gòu)的整合[5-6]。因此，切爾諾貝利核事故被認(rèn)為是國(guó)際社會(huì)重視核應(yīng)急的開(kāi)端。

在國(guó)內(nèi)，1985年秦山一期核電站開(kāi)始建設(shè)，次年，蘇聯(lián)便發(fā)生了切爾諾貝利核事故，此事件給我國(guó)的核能發(fā)展敲響了警鐘。1991年國(guó)家核應(yīng)急委員會(huì)成立，1997年國(guó)家核應(yīng)急計(jì)劃正式出臺(tái)[7-8]。從歷史脈絡(luò)中可以看出，切爾諾貝利核事故成為我國(guó)加強(qiáng)核安全建設(shè)的推手，從正面促使政府加快部署核應(yīng)急工作，因此1986年成為我國(guó)核應(yīng)急工作發(fā)展的初始。

1.2 核應(yīng)急的概念與理論形成

隨著三大核事故的發(fā)生，核應(yīng)急的相關(guān)概念和理論逐步發(fā)展成熟，國(guó)際社會(huì)對(duì)核應(yīng)急的相關(guān)概念，應(yīng)急計(jì)劃區(qū)劃分標(biāo)準(zhǔn)，劑量后果評(píng)價(jià)以及干預(yù)水平等方面取得較大的進(jìn)展[9-10]。

美國(guó)核管會(huì)(NRC)在三哩島核事故發(fā)生后，于1980年10月制定了“核電站應(yīng)急計(jì)劃的制定和審查標(biāo)準(zhǔn)”，該標(biāo)準(zhǔn)成為核電站、州、地方政府制定應(yīng)急計(jì)劃的指導(dǎo)性文件[11]。切爾諾貝利核事故后，國(guó)際社會(huì)和各種核機(jī)構(gòu)重新審議了之前頒布的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，對(duì)應(yīng)急計(jì)劃的基本概念的范圍重新進(jìn)行評(píng)定。福島核事故后，世界各核能國(guó)家深刻檢查各核設(shè)施和裝備的安全性能，增強(qiáng)涉核人員安全意識(shí)，力圖系統(tǒng)化提升核應(yīng)急能力[12]。在國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)的協(xié)助下，我國(guó)核應(yīng)急的概念與理論逐步成熟，開(kāi)發(fā)全新的標(biāo)準(zhǔn)理念，同時(shí)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)行內(nèi)外兼修，為應(yīng)急工作做好充足準(zhǔn)備。

1.3 國(guó)外核應(yīng)急發(fā)展現(xiàn)狀

1.3.1 美國(guó)

作為當(dāng)今擁有核電的大國(guó)之一，美國(guó)核事故應(yīng)急管理體系的完善源于1979年三哩島核事故的發(fā)生，而在此之前尚不完備。該管理體系選用四級(jí)分層的整體框架，按照聯(lián)邦、州、地方、核電運(yùn)營(yíng)單位的層級(jí)由上而下管理。為使核應(yīng)急工作得到法律保障，美國(guó)審議通過(guò)了如《原子能法》《能源改組法案》等法律文件，并根據(jù)這兩部法律形成了新的法律體系，如《核能源法》《核安全研究、發(fā)展以及演示法》《核廢料政策法》[13]。

1.3.2 法國(guó)

法國(guó)也是世界核大國(guó)之一，其核能的安全發(fā)展與完善的應(yīng)急制度是息息相關(guān)的。20世紀(jì)60年代初，該國(guó)籌備建立國(guó)家核管理局，1991年，另外建立了放射性廢棄物管理局，隨后的2002年，重組國(guó)家核安全與輻射防護(hù)總局，2006年設(shè)置了法國(guó)國(guó)家核能安全局。與其他國(guó)家一樣，法國(guó)與核能有關(guān)的規(guī)定主要來(lái)源于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)及公約等。2014年2月法國(guó)政府發(fā)布了 “重大核或放射性事故國(guó)家應(yīng)急計(jì)劃”,該計(jì)劃包含了需要國(guó)家作出應(yīng)急響應(yīng)的國(guó)內(nèi)外所有核或放射性事故的應(yīng)急[14]。

1.3.3 日本

日本的核應(yīng)急管理體系中遵循的是內(nèi)閣首相制，總體指揮由內(nèi)閣官房長(zhǎng)官負(fù)責(zé)。日本核應(yīng)急經(jīng)過(guò)50多年的發(fā)展，在法律的頂層設(shè)計(jì)上穩(wěn)步發(fā)展。1961年，日本頒布《災(zāi)害對(duì)策基本法》；1986年，定量原則被提出；2000年，頒布《原子力災(zāi)害對(duì)策特別措置法》，對(duì)核設(shè)施的安全管理做了詳細(xì)規(guī)定；2011年，福島核事故后，日本修改了《核設(shè)施防災(zāi)對(duì)策》；2013年核管會(huì)頒布了新的《災(zāi)害對(duì)策指南》[15]。

當(dāng)前主要核工業(yè)國(guó)家核應(yīng)急發(fā)展現(xiàn)狀如表1所示。

表1 主要核工業(yè)國(guó)家核應(yīng)急發(fā)展現(xiàn)狀一覽表

注：表1引自《國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家核應(yīng)急管理體制特點(diǎn)及啟示》。

2 中國(guó)核應(yīng)急的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 中國(guó)核應(yīng)急組織體系

我國(guó)核應(yīng)急實(shí)行三級(jí)組織體系，分別由國(guó)家級(jí)、省級(jí)(包括直轄市、自治區(qū))、核運(yùn)營(yíng)單位三級(jí)應(yīng)急組織有效建構(gòu)，核應(yīng)急組織體系如圖1所示。

圖1 我國(guó)核應(yīng)急組織體系

在國(guó)家級(jí)層面上，設(shè)立國(guó)家核事故應(yīng)急協(xié)調(diào)委員會(huì)，由政府與軍隊(duì)的相關(guān)部門(mén)組成。并設(shè)立國(guó)家核事故應(yīng)急辦公室，對(duì)國(guó)家核事故應(yīng)急協(xié)調(diào)委員會(huì)的日常工作活動(dòng)負(fù)責(zé)。在省區(qū)市一級(jí)，設(shè)立核應(yīng)急協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)。核應(yīng)急組織職能如圖2所示。

圖2 我國(guó)核應(yīng)急組織職能

2.2 中國(guó)核應(yīng)急法規(guī)體系

我國(guó)核應(yīng)急制度建設(shè)工作在1986年切爾諾貝利核事故后得到重視。我國(guó)開(kāi)始從法律層面對(duì)核應(yīng)急作出規(guī)定和要求，防止及減緩輻射對(duì)生物和環(huán)境的影響。目前我國(guó)基本形成了一套完善的法律法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系[16]，如表2所示。

表2 法律法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系

在行政法規(guī)方面，政府相關(guān)部門(mén)制定相應(yīng)的部門(mén)規(guī)章和管理導(dǎo)則與這些法律法規(guī)相配套，共同保證我國(guó)核應(yīng)急工作的規(guī)范性。除此之外，國(guó)際公約也是我國(guó)核應(yīng)急法律體系的重要組成部分。我國(guó)加入的國(guó)際公約主要有：《及早通報(bào)核事故公約》《核安全公約》等[17]。

2.3 中國(guó)核應(yīng)急演練機(jī)制

有效的演練工作是核應(yīng)急工作環(huán)節(jié)中的重要一環(huán)。為適應(yīng)我國(guó)核能發(fā)展的需要，我國(guó)在多地開(kāi)展核應(yīng)急演習(xí)工作。“神盾系列”國(guó)家聯(lián)合演習(xí)的成功舉辦，充分驗(yàn)證了核應(yīng)急響應(yīng)工作的可實(shí)施性和及時(shí)性。各核設(shè)施單位開(kāi)展各項(xiàng)去污洗消、輻射防護(hù)、醫(yī)療救援等專項(xiàng)應(yīng)急演練，在演練實(shí)踐中提升核應(yīng)急響應(yīng)能力[18]。核行業(yè)集團(tuán)充分借鑒美國(guó)、法國(guó)等核能大國(guó)的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，在吸取福島核事故的教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了思考、探索，建立了集團(tuán)核應(yīng)急支持體系[19]。

3 核應(yīng)急發(fā)展前沿動(dòng)態(tài)

3.1 中國(guó)核電發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)核電發(fā)展經(jīng)歷了5個(gè)階段：探索起步、規(guī)劃發(fā)展、快速發(fā)展、暫緩建設(shè)和重啟階段[20]。在電力系統(tǒng)中，水電、風(fēng)電及光伏受到自然條件制約，發(fā)電具有不穩(wěn)定性，難以滿足用電負(fù)荷。核電作為高能源密度的清潔能源，能滿足發(fā)電需要。目前，核電已逐步成為我國(guó)電力發(fā)展中的支柱產(chǎn)業(yè)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)2018年電力生產(chǎn)類型比重如圖3所示，核電占比4.22%。預(yù)計(jì)到2020年，核電在能源結(jié)構(gòu)中將上升至5%，我國(guó)大陸在建核電裝機(jī)容量將達(dá)到5800萬(wàn)千瓦[21]。

圖3 2018年中國(guó)電力生產(chǎn)類型比重

3.2 中國(guó)核電安全技術(shù)的進(jìn)步

隨著日本福島事故發(fā)生后，我國(guó)更加重視中國(guó)核電技術(shù)安全。為了保證核安全，不斷深化反應(yīng)堆的安全設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)不斷發(fā)展，我國(guó)已經(jīng)開(kāi)始建設(shè)防御措施更完善的第三代反應(yīng)堆，安全性能顯著提高。我國(guó)目前在掌握第三代核能技術(shù)的同時(shí)自主攻克研究第四代核電的關(guān)鍵技術(shù)，如高溫氣冷堆技術(shù)、核電共性技術(shù)研發(fā)等，并通過(guò)示范工程建設(shè)，不斷攻克技術(shù)難題。核電技術(shù)國(guó)有化率目前已達(dá)到85%以上，成為核電技術(shù)成熟的重要標(biāo)志。我國(guó)在引進(jìn)吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，自主研發(fā)的 “華龍一號(hào)”，在安全性能上邁出了一大步。

3.3 核應(yīng)急前沿動(dòng)態(tài)研究

(1)核事故應(yīng)急實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)系統(tǒng)

核事故應(yīng)急評(píng)價(jià)系統(tǒng)使用較為廣泛的主要有：美國(guó)NARNC決策支持系統(tǒng)、日本W(wǎng)SPEEDI應(yīng)急劑量預(yù)測(cè)系統(tǒng)、歐洲RODOS實(shí)時(shí)在線決策系統(tǒng)[22]。NARNC系統(tǒng)開(kāi)發(fā)已經(jīng)更新至第三代[23]。WSPEEDI重點(diǎn)解決事故源項(xiàng)反演模型、國(guó)際核事故應(yīng)急數(shù)據(jù)通信網(wǎng)模型等[24]。目前RODOS系統(tǒng)正在開(kāi)展數(shù)據(jù)同化技術(shù)及場(chǎng)外核應(yīng)急決策系統(tǒng)一體化的國(guó)際網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究[25]。

中國(guó)輻射防護(hù)研究院開(kāi)發(fā)了NACADOS系統(tǒng)，具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)[26]，核應(yīng)急決策支持系統(tǒng)各項(xiàng)功能逐步增強(qiáng)，但我國(guó)在核電站源項(xiàng)分析和放射性核素遷移擴(kuò)散方面的研究尚存在不足，對(duì)輻射監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)際核事故后果方面的同化研究還有待深入。

(2)核應(yīng)急移動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

快速準(zhǔn)確獲得各項(xiàng)輻射數(shù)據(jù)是保證核應(yīng)急決策得當(dāng)?shù)闹匾疤?。?guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)了移動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室、車載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等[27]。我國(guó)不斷加強(qiáng)對(duì)核應(yīng)急移動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究，逐步開(kāi)發(fā)了NAI(Tl)譜儀系統(tǒng)和HGPe譜儀系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享[28]。此外，我國(guó)各核電站相應(yīng)配備專用的移動(dòng)核應(yīng)急監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如田灣核電站配有核應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測(cè)車等。

目前，我國(guó)相對(duì)尚缺乏較為成熟的核應(yīng)急總體裝備技術(shù)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量精度不夠，使用界面和操作較為復(fù)雜。在應(yīng)急監(jiān)測(cè)裝備小型化、無(wú)人化、智能化應(yīng)用方面與國(guó)外相比，差距較為明顯，需要開(kāi)展大量研究工作加以解決。

(3)核應(yīng)急輻射防護(hù)技術(shù)

福島核事故后，國(guó)外增加了對(duì)于核應(yīng)急輻射防護(hù)技術(shù)的開(kāi)發(fā)與研究，尤其是應(yīng)急人員的輻射防護(hù)裝備[29]。由于人工智能的突飛猛進(jìn)，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家研制出了智能化核應(yīng)急防護(hù)人員裝備，具有實(shí)時(shí)搜索定位系統(tǒng)、核防護(hù)自給型氧氣維持系統(tǒng)等，在核應(yīng)急行動(dòng)中起到了關(guān)鍵的作用。

目前，我國(guó)積極展開(kāi)核應(yīng)急輻射防護(hù)方面的研究，結(jié)合目前核應(yīng)急處置能力和輻射防護(hù)的技術(shù)特點(diǎn)，研發(fā)了一系列輻射防護(hù)裝備。在性能方面基本能滿足一般核事故防護(hù)需要，但對(duì)于涉核武器化學(xué)爆炸等核事故，尚不能承擔(dān)救援與處置等需求。

存在的問(wèn)題主要包括：1)對(duì)α、β、γ、氚、中子等綜合防護(hù)能力較弱；2)防護(hù)技術(shù)和裝備的集成化、專業(yè)化程度尚低；3)防護(hù)裝備達(dá)不到長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)急工作[30]。

(4)核事故應(yīng)急作業(yè)技術(shù)與裝備

在強(qiáng)輻射區(qū)域，選用核應(yīng)急機(jī)器人代替人工進(jìn)行核應(yīng)急工作很有必要。20世紀(jì)40年代，美、法、日等國(guó)嘗試該工作的探索，并取得了一系列成果，例如美國(guó)阿貢實(shí)驗(yàn)室研制的M1機(jī)器人[31]。我國(guó)中輻院和原子能院等研究機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)了多種類型的機(jī)器人。原子能院的BHBot401(基本型)機(jī)器人可在強(qiáng)輻射區(qū)域完成信息獲取及傳輸、物品抓取移動(dòng)等作業(yè)。目前我國(guó)正積極研制適應(yīng)強(qiáng)輻射環(huán)境的應(yīng)急機(jī)器人，如南華大學(xué)正在研制的核應(yīng)急機(jī)器人，可在輻射環(huán)境下完成拆除等應(yīng)急任務(wù)等[32]。

我國(guó)專家學(xué)者對(duì)核應(yīng)急裝備防護(hù)問(wèn)題進(jìn)行了一系列研究，通過(guò)優(yōu)化材料、高溫退火等方法，使部件達(dá)到了耐輻射的要求。但是目前為止，在研究的力度和研發(fā)的深度上都有進(jìn)一步拓展的空間。下一步的重點(diǎn)是要在確保結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)實(shí)用的基礎(chǔ)上，解析輻射對(duì)設(shè)施設(shè)備的最大破壞，提高結(jié)構(gòu)抗輻射性能。

(5)核事故后果評(píng)價(jià)

核事故后果評(píng)價(jià)關(guān)注放射性核素通過(guò)食物鏈的傳遞途徑，最后被人體吸收的劑量。切爾諾貝利核事故發(fā)生后，世界各國(guó)開(kāi)關(guān)注核事故后果的評(píng)估。其主要評(píng)估模式是利用環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)開(kāi)展核素遷移模式的有效性驗(yàn)證。IAEA組織了各國(guó)開(kāi)展了一系列的研究課題，研究放射性核素在生物圈的遷移模擬和評(píng)價(jià)等。

我國(guó)核事故后果評(píng)價(jià)在近年來(lái)發(fā)展較為迅速，但與領(lǐng)先國(guó)家相比，仍有較大的差距，主要體現(xiàn)在事故源項(xiàng)的計(jì)算和分析、嚴(yán)重事故的理論分析與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合以及后果評(píng)估中參數(shù)的選定等問(wèn)題。因此，我國(guó)應(yīng)該繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)核事故后果評(píng)估的研究。

4 結(jié) 論

1)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，我國(guó)核應(yīng)急政策法規(guī)體系不斷完善，應(yīng)急支援體系已在我國(guó)核行業(yè)集團(tuán)得以建立，并且在模擬演練的基礎(chǔ)上對(duì)核應(yīng)急制度與程序建立、隊(duì)伍建設(shè)以及設(shè)施設(shè)備安全等方面進(jìn)行了評(píng)估與優(yōu)化。

2)核電以環(huán)保、高能量密度等特點(diǎn)逐漸成為我國(guó)電力發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，為了保證其安全運(yùn)行，我國(guó)不斷增強(qiáng)其安全性，核電安全技術(shù)取得較大的進(jìn)步。

3)目前國(guó)家相關(guān)機(jī)構(gòu)仍密切跟蹤國(guó)際最新安全要求，不斷完善核應(yīng)急體系的建設(shè)。我國(guó)在核事故應(yīng)急評(píng)價(jià)、核輻射應(yīng)急監(jiān)測(cè)技術(shù)、防護(hù)技術(shù)、作業(yè)技術(shù)以及核事故后果評(píng)價(jià)等方面投入大量精力開(kāi)展相關(guān)技術(shù)的研究，為核應(yīng)急處置提供理論及技術(shù)支持。縱向來(lái)看，在核應(yīng)急領(lǐng)域，我國(guó)當(dāng)前正在逐步縮小與領(lǐng)先國(guó)家的差距，但由于核應(yīng)急事業(yè)啟動(dòng)時(shí)間較晚，目前距離成為一個(gè)擁有成熟核應(yīng)急理論和完善核技術(shù)裝備的國(guó)家尚有一段路程。