后處理主工藝操縱人員持照崗位設置探討

呂 丹，楊曉偉，劉運陶，張 宇，趙善桂，徐春艷

(生態環境部核與輻射安全中心， 北京 100082)

《中華人民共和國核安全法》第三十七條要求“核設施操縱人員……應當按照國家規定取得相應資格證書”[1]。《中華人民共和國民用核設施安全監督管理條例》第十三條提出“核設施操縱員執照分《操縱員執照》和《高級操縱員執照》兩種。持《操縱員執照》的人員方可擔任操縱核設施控制系統的工作。持《高級操縱員執照》的人員方可擔任操縱或者指導他人操縱核設施控制系統的工作”[2]。

《中華人民共和國民用核設施安全監督管理條例》所配套的部門規章《核電廠安全許可證件的申請和頒發》(HAF 001/01—1993)[3]和《研究堆安全許可證件的申請和頒發規定》(HAF 001/03—2006)[4]則分別對核動力廠和研究堆操縱人員重要崗位持照要求、執照有效期、執照考核頒發職責等做出了規定。此外還發布實施了《核電廠操縱人員執照頒發和管理程序》(HAF 001/01/01—1993)[5]作為《核電廠安全許可證件的申請和頒發》的配套管理程序，詳細規定了核動力操縱人員執照申請辦法流程和具體要求。

乏燃料后處理是閉式核燃料循環中的重要環節，其主工藝的主要任務是從乏燃料中回收和純化鈾钚等裂變材料，提取可利用的核素。我國一直堅持核燃料閉式循環政策，進行乏燃料后處理。與核電廠相比，乏燃料后處理廠作為典型的核化工廠，具有如下特點：(1)采用了多樣化的化工工藝和技術；(2)應用了大量毒性、腐蝕性或可燃性危害化學品，與核安全相關的物料在設施中分布更為廣泛[6]。現行法規標準缺少關于乏燃料后處理設施操縱人員持照崗位的相關規定，因此，本文對我國后處理設施主工藝操縱人員的持照崗位進行了探討，以便為后續設置后處理設施的操縱人員持照崗位、以及開展操縱人員資質管理提供參考或依據。

1 后處理主工藝流程與操縱崗位

后處理設施典型的主工藝流程包括：首端、鈾钚分離(又名共去污)、鈾尾端(含鈾純化)和钚尾端(含钚純化)四大工序，各工序流程簡圖依次如圖1～圖4所示。各工序均設置相應的操縱崗位。

圖1 后處理首端流程簡圖[7]

圖2 后處理鈾钚分離(共去污)流程簡圖[7]

圖4 后處理钚尾端(含钚純化)流程簡圖[7]

2 后處理主工藝操縱崗位的安全重要度評價

后處理主工藝操縱崗位中持照崗位的設置與操縱崗位的安全重要度密切相關，以下主要從操縱崗位所執行的安全功能、潛在事故以及歷史發生的人因事故三個方面來評價主工藝各操縱崗位的安全重要度。

2.1 后處理主工藝操縱崗位的安全功能評價

根據2017年國際原子能機構(IAEA)發布的《核燃料后處理設施的安全》(SSG 42)，后處理設施執行的主要安全功能包括：(1)預防臨界；(2)放射性物質包容；(3)外照射防護[7]。其中，第(2)項“放射性物質包容”安全功能具體細分為：(2a)靜態和動態包容；(2b)保護工作人員；(2c)保護公眾和環境；(2d)冷卻和衰變熱的移除；(2e)防止輻解和其他危險爆炸物或易燃物的產生[7]。

對首端、鈾钚分離、鈾尾端、钚尾端所執行的安全功能進行梳理，匯總列于表1。

表1 后處理主工藝操縱崗位執行的安全功能

1)1代表“預防臨界”；2)2代表“放射性物質包容”；3)2a代表“靜態和動態包容”；4)2b代表“保護工作人員”；5)2c代表“保護公眾和環境”；6)2d代表“冷卻和衰變熱的移除”；7)2e代表“防止輻解和其他危險爆炸物或易燃物的產生”；8)2d*代表可能存在“冷卻和衰變熱的移除”，假設钚濃縮通過濃縮蒸發器方式，則存在“冷卻和衰變熱的移除”;9)3代表“外照射防護”。

表1的結果顯示，“預防臨界”、“放射性物質包容”和“外照射防護”三種類型的安全功能為主工藝各工序執行的共性安全功能。“放射性物質包容”所細分的“靜態和動態包容”、“保護工作人員”、“保護公眾和環境”、“冷卻和衰變熱的移除”以及“防止輻解和其他危險爆炸物或易燃物的產生”五種子類型的安全功能在主工藝各工序也均有所體現。

但是，為執行不同類型的安全功能，主工藝各工序的工程設防措施的配置復雜程度有所區分。

在執行“預防臨界”安全功能方面，由于含钚料液的臨界質量或臨界濃度遠小于含鈾料液，因而，與鈾尾端相比較，首端、鈾钚分離、钚尾端三個工序中容納有含钚料液的貯槽、反應容器等設備的次臨界控制措施的設置需考慮更為細致、精確。

在執行“放射性物質包容”安全功能方面，由于乏燃料、高放廢液和含钚料液的放射性水平屬于高放射性水平或α放射性，因而，與鈾尾端相比較，首端、鈾钚分離、钚尾端三個工序應更為重視靜態包容屏障的完整性和動態包容屏障的有效性。

特別地，“冷卻和衰變熱的移除”和“防止輻解和其他危險爆炸物或易燃物的產生”兩種子類型的安全功能根據主工藝各工序的工藝特點，其表現各有不同。其中，“冷卻和衰變熱的移除”功能主要體現在：暫存有乏燃料和高放廢液的首端；有鈾濃縮蒸發器的鈾钚分離、鈾尾端；以及可能有钚濃縮蒸發器的钚尾端。“防止輻解和其他危險爆炸物或易燃物的產生”功能主要體現在：剪切乏燃料組件產生鋯屑的首端；使用有機溶劑進行萃取或反萃操作的鈾钚分離、鈾尾端和钚尾端；可能發生疊氮酸爆炸風險的鈾尾端；以及可能發生輻解氫氣爆炸的钚尾端。

總的來講，首端、鈾钚分離、鈾尾端和钚尾端四個工序的安全功能均執行了“預防臨界”、“放射性物質包容”和“外照射防護”。其中，在執行“預防臨界”和“放射性物質包容”安全功能方面，首端、鈾钚分離和钚尾端三個操縱崗位的安全設防措施要求更高、配置也更為復雜，由此，對這三個操縱崗位的操縱人員水平和能力的要求也相應增加，因此，對這三個操縱崗位的操縱人員進行持照管理的必要性也相應增加。

2.2 后處理主工藝操縱崗位的潛在事故評價

《核燃料后處理廠潛在事故的假設》(HAF J0051)[8]按照美國埃克松核燃料回收和再循環中心初步安全分析報告，將事故分為五種類別：(1)事件、(2)小事故、(3)大事故、(4)設計基準事故、(5)嚴重事故，并給出了相應的事故(事件)譜。

對主工藝各工序的事故(事件)譜進行歸納，列于表2。

由表2的統計結果可以得出，主工藝各工序的潛在的事故(事件)譜的數量為：首端20個、鈾钚分離19個、鈾尾端19個、钚尾端23個。

在后果相對顯著的“大事故”類別中，臨界事故為主工藝各工序的共性事故。此外，首端、鈾钚分離和钚尾端三個工序根據其工藝特點不同，還有其他的潛在大事故，具體為：首端的高放廢液泄漏事故、鈾钚分離的共去污循環萃取柱溶劑著火事故、钚尾端的钚濃縮器內紅油(硝化TBP和類似化合物)爆炸和硝酸钚槽氫爆炸事故。

在這些事故(事件)譜的監測、預防或緩解措施的落實中，操縱人員都可以發揮重要的作用。比如：操縱人員持續觀察著其監測信號，并且關注著事故(事件)的預防措施是否妥善執行；再比如：若事故(事件)發生后，操縱人員將采取適當的緩解措施以降低事故(事件)的影響或后果。

表2 后處理主工藝1)操縱崗位潛在事故/事件譜[8]

1)HAF J0051中描述的設計基準事故包括：高放廢液濃縮器內紅油爆炸、停工期間集中貯存溶劑的設備室內溶劑著火、以及乏燃料貯存水池和高放廢液貯槽喪失正常冷卻共3個，故主工藝各工序不涉及此類設計基準事故。HAF J0051中描述的嚴重事故包括：大于安全停運地震的地震、大于設計基準龍卷風的龍卷風、大于可能最大洪水的洪水、較大的毀滅性火災、大型飛行器的撞擊、高放廢液滲入土壤以及全部喪失冷卻能力共7個，故主工藝各工序不涉及此類嚴重事故。2)假設钚濃縮通過濃縮蒸發器方式，則存在濃縮器有關事故(或事件)。

由此，就潛在事故的設防而言，首端、鈾钚分離、鈾尾端和钚尾端四個工序的操縱崗位都有必要設置持照崗位，并選聘熟悉工藝特點、有責任心、具有風險意識、能承擔壓力的操縱人員上崗操縱。這些操縱人員需既執行正常的工藝操作，也需能夠在面臨事故風險時采取妥善的行動。

2.3 后處理主工藝操縱崗位的歷史發生人因事故評價

美國核管會(NRC)發布的《乏燃料后處理和相關事故現象回顧》(NUREG/CR-7232)[9]匯總了國內外公開的實際發生的后處理設施有關事故案例，并對人因失誤造成的事故進行了標注。對NUREG/CR-7232中的人因事故進行匯總，并根據其工藝特點推演出其可能隸屬的操縱崗位，歸納列于表3。

表3 后處理設施歷史發生人因事故匯總

表3的統計結果顯示，共有10例人因失誤所導致的涉及主工藝各工序的實際發生的事故，其中2例為化學爆炸事故，8例為臨界事故。根據料液主要成分劃分，涉及含鈾料液的事故共7起，涉及含钚料液的事故共3起。

根據各例事故的起因概述，對其可能隸屬的操縱崗位進行了推演，其中可能涉及鈾钚分離9例，可能涉及鈾尾端7例，可能涉及钚尾端3例。

由此，根據歷史實際發生的人因事故的經驗教訓，處理含鈾料液的工序(主要包括鈾钚分離和鈾尾端)的事故風險不容忽視；此外，钚尾端由于其含钚料液的高臨界風險也需重視。由此，鈾钚分離、鈾尾端和钚尾端的操縱崗位需要設置合適的持照崗位，其持照上崗的操縱人員需要具備并持續保持良好的綜合素養和知識技能，以盡可能避免人因失誤所致的臨界或化學爆炸事故。

3 結論

在乏燃料后處理設施主工藝各工序的操縱崗位中，從操縱崗位所執行的安全功能、潛在事故以及歷史發生的人因事故研判，首端、鈾钚分離、鈾尾端和钚尾端四個操縱崗位都有必要設置相應的持照崗位并開展操縱人員的資質管理。