反應堆應急行動水平的歷史和新發展

陳暢其，夏曉彬，呂曉雯，蔡 軍，郭先偉

（1.中國科學院大學，北京 100049；2.中國科學院上海應用物理研究所，上海 201800）

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反應堆應急行動水平的歷史和新發展

陳暢其1，2，夏曉彬2，*，呂曉雯1，2，蔡 軍2，郭先偉2

（1.中國科學院大學，北京 100049；2.中國科學院上海應用物理研究所，上海 201800）

摘要：建立應急行動水平對反應堆應急計劃起著重要的作用。本文詳細回顧了美國和國際原子能機構在建立應急行動水平方面的發展情況，著重介紹了反應堆建立應急行動水平方法學的歷史發展和完善過程，對比了美國和國際原子能機構、動力堆和研究堆在建立應急行動水平方法學上的異同，介紹了福島事故后國際社會對核應急關注的熱點和對反應堆建立應急行動水平的影響。

關鍵詞：動力堆；研究堆；應急行動水平

應急計劃是核反應堆安全必不可少的重要部分，其中包含幾個應急等級，每個應急等級各自對應一套應急響應行動。當反應堆發生事故時，為了有效地實施事故應急響應，必須評估當前處于哪一應急等級，以便確定其應急響應行動的范圍和程度。

應急行動水平（Emergency Action Level，簡稱EAL）是應急計劃的重要組成部分，是用于確定反應堆某一事件或狀況屬于某一應急等級的判據和標準，如超過某項標準即表示該事件屬于該應急等級的分級。應急行動水平通常以矩陣表的形式展示，矩陣表中不同的應急行動水平對應于各自的應急狀態。

本文詳細回顧了動力堆和研究堆應急行動水平建立方法的歷史發展情況，對比了美國和國際原子能機構建立應急行動水平的方法學，比較了動力堆和研究堆在應急行動水平建立上的異同，并介紹了福島事故后國際社會對核應急關注的熱點和對應急行動水平建立的影響。

1 核動力堆應急行動水平歷史發展

1. 1 在美國的發展

三里島事故發生之后，系統的建立應急行動水平的方法最先在美國出現。1980年10月，美國核管會（Nuclear Regulatory Commission，簡稱NRC）和美國聯邦應急管理機構聯合發布了文件NUREG - 0654/ FEMA - REP - 1，Rev. 1［1］，其附件1中提出了確定核電廠應急行動水平的依據，即美國應急等級分級的列表，并被普遍采用。

1992年，美國核管理和資源理事會發布了NUMARC/ NESP -007，Rev. 2［2］，這份文件是在NUREG - 0654、10 CFR 50. 47、Draft NUREG -0818“輕水堆應急行動水平”以及對美國26個核電站的調查報告基礎上完成的。它構建了根據電廠特定的設計特征、環境特征、運行程序等資料建立應急行動水平的方法體系，并加入了許多細節上的規定：定義了應急基本概念，把初始條件分為異常放射性水平/放射性流出物、裂變產物屏障降級、影響反應堆安全的災害和其他情況、系統故障4種識別類等。

2003年，美國核能研究所（Nuclear Energy Institute，簡稱NEI）發布了應急行動水平建立方法的第四版NEI 99 - 01，Rev. 4［3］。NEI 99 - 01在前幾版的基礎上增加了反應堆關閉過程中可能導致系統故障，永久性卸料電站和獨立乏燃料存儲裝置的初始條件和應急行動水平實例，即新增加了3類識別類。此外，此文件中還針對9·11及類似事件，給出了核電站安保事件的應急行動水平。

2008年，美國核能研究所出版了NEI 99 -01，Rev. 5［4］，這份文件是以Rev. 4為基礎，糅合RIS 2006 -12報告和NEI03 -12中的安保應急行動水平規定而成的，并對一些從前表述含糊可能導致誤解的部分進行了說明。

2009年，美國核能研究所的應急行動水平工作組為了滿足非能動輕水反應堆的商業使用，出版了NEI 07 - 01［5］。NEI 07 - 01是在NUMARC/ NESP -007和NEI 99 -01的基礎上完成的，是專門針對先進非能動1 000 MW輕水堆和經濟簡化型沸水堆的應急行動水平制定方法，目前已被翻譯成中文出版［6］。先進非能動輕水堆與第二代反應堆面臨的屏障完整性和核電廠的其他主要安全問題上是相似的，它們應急行動水平的不同主要是由設計上的差異所引起的。

2012年，美國核能研究所更新了NEI 99 -01，Rev.6［7］，總結了建立應急行動水平的法規和發展歷程，并再次對能動反應堆的應急行動水平制定做出修訂。該版本主要適用于第三代核反應堆型，與之前幾版相比，這一版中加入了3條通過乏燃料池的水位測量值的增強作為判斷的應急行動水平。

1. 2 在國際原子能機構的發展

1997年8月，國際原子能機構（Intermational Alomic Energy Agency，簡稱IAEA）在美國法規的基礎上，組建專家組進行再研究后發表了文件IAEA - TECDOC -955《在核事故中決定防護措施的通用評估程序》［8］。這份文件將應急狀態分為3級：警報、場區應急、總體應急，將事故進入條件分為5類，增加考慮了乏燃料事件，并給出了對應于警報、場區應急和總體應急3個應急等級的輕水堆在正常運行、熱備用或熱停堆以及冷停堆/換料5種工況下的應急行動水平。

2002年，國際原子能機構出版了安全標準No. GS -R -2《核或輻射緊急情況的應急準備和響應》［9］，其中詳細闡述了應急準備和響應的目的和意義，以術語的形式定義了應急行動水平，并將核與輻射的威脅分為5個威脅等級。該標準有中文版發布。

2007年，國際原子能機構出版安全導則No. GS - G - 2. 1《核或輻射應急的準備安排》［10］，其中將應急等級更新為4級：警報、設施應急、場區應急和總體應急。

2011年，國際原子能機構發布通用安全導則No. GS - G - 2《核與輻射應急準備和響應準則》［11］。No. GS -G -2中將IAEA -TECDOC -955報告中事故分級程序的輸入條件由5類改為6類，并對給出的應急行動水平示例做出了些許修訂。

2013年，根據福島事故經驗和總結，國際原子能機構出版了IAEA-EPR-NPP Public protective Actions［12］。這一文件主要的應用對象是輕水反應堆核應急，同時也用于石墨慢化堆，但對重水堆和熱功率小于100 MW的輕水堆不適用。因為該文件中認為熱功率小于100 MW的輕水堆不大可能發生導致場外緊急防護或其它應急響應行動的事故。

2015年，國際原子能機構出版了No. GSR Part7［13］，用于取代2002年出版的No. GS -R -2。No. GSR Part7關注國際區域或全球協同核應急的問題，特地添加了一個章節來解釋該標準適用對象和范圍，以方便各國使用。這份文件中對No. GS -R -2中許多概念定義做了修改，使之更詳細明確；并在附錄中增加了緊急防護行動中通用的各類劑量限值標準列表。

1. 3 比較

因為同出一源，國際原子能機構建立應急行動水平的方法學在框架上與美國的相似而又有不同，如圖1、2所示。

圖1 美國應急行動水平建立方法的框架Fig. 1 Emergency action level framework of NRC

圖2 IAEA應急行動水平建立方法的框架Fig. 2 Emergency action level framework of IAEA

除了框架上的區別，細節上兩者也有不少區別。對比國際原子能機構和美國所給出的應急行動水平示例表可以發現：①兩者選取的反應堆運行模式和應急狀態不一樣，前者只選取了認為有代表性的幾種，后者則羅列了全部，見表1、2、3；②所推薦的應急行動水平有所不同，以場區邊界處或以外的環境劑量率為例，見表2、表3，可以看出同一應急狀態下兩者的推薦值相差一個數量級，即國際原子能機構對進入反應堆應急狀態的閾值設定得更低，而美國在這方面考慮的更保守。

表1 美國和國際原子能機構考慮的反應堆運行模式對比Table 1 Comparison of operation modesused incriteria of NRC and IAEA

表2 美國法規中的應急行動水平示例Table 2 Emergency action level samples in NRC standard

表3 國際原子能機構導則中的應急行動水平示例Table 3 Emergency action level samples in IAEA criteria

2 研究堆應急行動水平歷史發展

研究堆的應急研究也起源于美國，美國核管會和核學會（American Nuclear Society，簡稱ANS）都分別對此發布過相關標準。1979年，美國核管會頒布的管理導則第2. 6號《研究堆應急計劃》［14］中規定，研究堆的應急分級系統應包括個人應急、應急警報、反應堆應急和設施應急四個部分，其中設施應急僅適用于功率大于100 KW的研究堆，并簡單描述了各等級應有對應的應急行動水平，但并未給出具體的規定。

1982年，美國核管會頒布了管理導則第2. 6號的第二版，同年美國核學會發布了ANS -15. 16 -1982《研究堆應急計劃》［15］。1983年，美國核管會頒布了管理導則第2. 6號的第三版，以及NUREG -0849《研究和試驗反應堆應急計劃》［16］。NUREG - 0849將應急等級分為4級：異常事件通報、警戒、場區應急和總體應急，規定了研究堆應急計劃適用于熱功率為0.1 W至50 MW之間的研究和試驗反應堆，并以列表的形式給出了各級應急行動水平的詳細數值建議。

此后關于研究堆應急行動水平的標準一直沒有更新，直到二十多年之后，2008年美國核學會才頒布了ANS -15. 16 -2008［17］，以替換1982年發布的舊版。這份文件延續了4級應急等級的劃分，并給出了更詳細的每一等級對應的應急行動水平和計算公式。

對比研究堆和動力堆的法規可以發現，兩者關注的焦點不同，見表4。因為絕大多數核電廠都屬于輕水堆，屬于同一種堆型，雖然功率大小上有所差異，但可能發生的異常和事故都是一樣或極其相近的，因此動力堆法規對核電廠所有可能發生的事件進行系統的歸類和劃分，指出每一事件屬于的應急等級。而研究堆的堆型多樣，一個通用性法規是無法涵蓋每種研究堆可能發生的全部事件的，因此只能主要從放射性流出物釋放量這樣的通用量上做出規定，見表5。

但是，從構建應急行動水平的原理來看，兩者是一樣的，都是從反應堆的可信事故出發，通過事故分類，事故分析等步驟來建立應急行動水平。也就是說，構建應急行動水平的原理對于所有類型的反應堆都是通用的。

表4 研究堆和核電廠法規比較Table 4 Comparison of standards between research reactors and nuclear plants

表5 研究堆應急行動水平中的劑量推薦值Table 5 Emergency action levels of doses for research reactors

3 福島事故對核應急行動水平的影響

從歷史發展趨勢來看，每當有大型核事故發生之后，核應急標準都有著更新和進步。應急行動水平這個概念雖然早在上世紀五十年代就出現了，但是一直到三里島事故之后，相關的法規標準才正式走上舞臺。

切爾諾貝利事故發生之后，由于其造成的嚴重后果和跨國大面積的輻射污染，這一問題才得到了全世界的重視，不僅美國著手完善了自己的法規，其他各國也紛紛制定相關標準并開設了培訓班。國際原子能機構也加強了這方面的重視，陸續制定并發布了許多文件。

福島事故發生之后，世界各國和國際組織都再次加強了對核應急的重視。以國際原子能機構為例，自2013年后，國際原子能機構一直致力于協助成員國加強應急準備和響應，對各成員國進行應急準備評審工作組訪問，而且多次組織應急安全演習和舉辦培訓班。其中最主要的兩個行動，一個是開發和測試了“國際輻射監測信息系統”，為成員國在應急期間提供大量放射性監測數據工具；其二是著手開發“應急準備和響應信息管理系統”，以求提高成員國應急準備和響應信息的獲得性。

也就是說，如何能夠更快更準確的在事故應急中得到需要的監測數據，并做出正確的決策，是目前國際社會對核事故應急的主要要求。這主要是由于在福島事故過程中，由于事故造成了高濃度輻射，導致原本設置的實時監測系統失靈，從而對事故嚴重程度無法準確認知或認知滯后，甚至導致很多人在劑量很高的情況下依然不自知，不能采取正確的防護和撤離行動，以致受到了輻射傷害。因此，不僅是構建網絡平臺和監測系統受到了重視，研制在極端條件下依然能夠正常工作的監測儀器也成為了熱點。

核應急行動水平的建立是建立在反應堆事故分析的基礎上，同時應急行動水平本身又對事故過程中的決策和應對起著關鍵性作用。雖然應急監測儀器和系統的進步對建立應急行動水平的理論原理沒有什么影響，但假如測量精度和速度能夠得到提高的話，或許會對應急行動水平某些限值的制定造成影響。

福島事故中由于衰變熱不能排出而造成了一系列嚴重后果，因此使得具有非能動系統、固有安全性的新型反應堆受到了追捧。非能動系統的加入，會對反應堆的事故發生概率、發展過程和時間、后果嚴重程度都造成影響，而這些影響必然導致應急行動水平與從前有所不同。因此，研究現行的輕水堆應急行動水平建立導則對新堆型的適用性，以及對新型反應堆應急行動水平的開發也是近年來的一個熱點。

4 結論

從應急行動水平法規的發展歷程可以看出，建立應急行動水平的方法學與核反應堆事故的發生息息相關，并已發展形成了相當完善的輕水堆應急行動水平建立體系。總結上文可以得到以下結論。

（1）比較美國和國際原子能機構的方法學，美國的方法學系統性更強、分類更細致，對所有假想事故可能導致的后果都做了詳細考慮，同時也更保守一些；國際原子能機構則是在確保安全性的情況下，有代表性的選擇部分事故狀態加以闡述。

（2）研究堆和動力堆的應急行動水平方法是同出一源的，因此具有共通性。也就是說，雖然在法規上，由于研究堆的多樣性而無法制定一個如輕水堆那樣詳盡的標準，并且由于事故規模大小不同的原因，則主要關注于輻射水平異常之上。但在實際操作時，研究堆也和動力堆一樣，是從反應堆的可信事故出發，通過事故分類，事故分析等步驟來建立應急行動水平，說明這一原理對于各類反應堆是通用的，因此其他堆型的反應堆在建立應急行動水平時可以參考輕水堆的方法轉化得到。

（3）福島事故發生后，國際社會對于事故應急監測和反應堆固有安全性倍加關注，對這兩項的關注都會對應急行動水平的建立帶來影響。

參考文獻

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［17］American Nuclear Society. ANSI/ ANS - 15. 16：Emergency Planning of Research Reactors［S］. Illinois：ANS，2008.

The History and New Development of Emergency Action Levels of Nuclear Reactors

CHEN Changqi1，2，XIA Xiaobing2，*，LV Xiaowen1，2，CAI Jun2，GUO Xianwei2
（1. University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China；2. Shanghai Institute of Applied Physics，Chinese Academy of Sciences，Shanghai 201800，China）

Abstract：Emergency action level（EAL）is very importantfor emergency plan of nuclear reactors. This paper presents the history and optimization process of developing emergency action levels of nuclear reactors in detail，the similarities and differences between American and International Atomic Energy Agency and those between nuclear power plants and research reactors in developing emergency action levels. Finally，it introduces the focus of international community in the field of nuclear emergencyand the impact on developing EALs after Fukushima accident.

Key words：nuclear power plant；research reactor；emergency action level

中圖分類號：TL73

文章標志碼：A

文章編號：1672-5360（2016）02-0046-06

收稿日期：2016-04-13 修回日期：2016-05-21

基金項目：中國科學院戰略性先導科技專項項目資助，項目編號 No. XD02005004

作者簡介：陳暢其（1990—），女，福建將樂人，博士研究生，現主要從事核應急安全工作

*通訊作者：夏曉彬，E-mail：xiaxiaobin@ sinap. ac. cn