福島核事故后核電廠安全改進行動分析

張 琳，李文宏，楊紅義

（1.清華大學 核能與新能源技術研究院，北京 100084；2.環境保護部 核二司，北京 100035；3.深圳中廣核工程設計有限公司，廣東 深圳 518031；4.中國原子能科學研究院 快堆研究設計所，北京 102413）

2011年3月，日本福島第一核電廠發生的核事故給全世界敲響了警鐘。發展核電的主要國家迅速開展了核安全檢查和再評價行動，提出了安全改進要求和措施。本工作對世界上發展核電主要國家開展的改進行動進行跟蹤和調研，并分析各國改進行動的特點和內涵。

1 世界主要核電國家和機構開展安全檢查和評價的情況

核安全檢查和再評價活動一方面對核電廠與現行設計基準的符合性進行評價，另一方面對超設計基準工況進行全面分析，提出改進措施。

各國安全評價主要方法［1］基本相同，即：假定給核設施的安全功能造成威脅并導致嚴重事故的極端自然現象（如地震、水災或兩者組合），然后重新評價核設施的安全裕度以及嚴重事故應對的組織和管理工作。

歐洲理事會在2011年3月要求歐洲核電廠針對類似福島核事故的場景進行壓力測試，歐洲各國在2011年內陸續完成了壓力測試，2012年11月24日，歐盟委員會發布了壓力測試報告，提出加強安全措施的要求，提高歐盟范圍內143座核電站應對天災人禍的能力［2-4］。

法國政府于2011年3月23日要求法國核安全局（ASN）對法國民用核設施進行補充安全評價，在地震、水淹、喪失最終熱阱、喪失電源、嚴重事故管理等5個主要領域開展檢查。檢查結論為：法國在運核電廠及核設施具有較高的安全水平，滿足安全要求，法國電力公司（EDF）向ASN提出了福島核事故后的改進建議。

美國核管會（NRC）對程序和法規體系進行了審核，通過對法規體系的全面評價，提出相應的改進建議。NRC綜合評價認為：按美國現行監管體系以及對核電廠綜合能力的分析，類似福島核事故的序列不太可能在美國出現，核電廠的持續運營和審批不會對公眾健康和安全造成風險［5］。

環境保護部（國家核安全局）、國家能源局、中國地震局聯合組織國家民用核設施綜合檢查團于2011年4月15日—8月5日對我國在役和在建核電廠進行了全面的核安全檢查，2012年3月公布了《關于全國民用核設施綜合安全檢查情況的報告》，檢查認為我國在運核電廠安全風險處于受控狀態，在建核電廠質量保證體系運轉正常，工程建造滿足設計要求，總體質量受控，安全有保障；發生類似福島核事故的極端自然事件的可能性極?。?］。針對檢查過程中發現的可能影響建造質量和運行安全的問題，國家核安全局于2012年6月正式發布了《福島核事故后核電廠改進行動通用技術要求（試行）》，以指導各運行和在建核電廠開展核安全改進工作［7］。

2 各國的改進行動和整改要求

各國安全檢查或再評價的結果均表明核電廠滿足現行核安全法規要求，各國也制定了核電廠改進要求，以提高核電廠的安全水平。

2.1 法國的改進行動和技術措施

ASN從提升抗災能力、增加備用手段、控制放射性影響、加強行政管理等4個方面提出改進要求，并提出了所應采取的主要手段和措施：

1）識別并改進防止放射性物質釋放的關鍵系統、設備、構筑物；

2）保護上述關鍵系統、設備和構筑物，使其能抵御超設計基準災害；

3）組建能在24h內投入的核電廠快速應急組織。

針對上述改進要求和三層次技術途徑，ASN 確定了相應的改進行動。在實體改進方面，EDF 提出了15 項具體的工程改進措施。圖1示出了EDF實施改進的改進要求、技術途徑和工程措施。

2.2 美國的改進行動和技術措施

NRC短期特別調查小組提出了如下建議［5］。

1）在多年安全改進的基礎上，改進對運行核電廠進行執照管理和監督管理的新架構。

2）對設計基準事故以及超設計基準提出補充要求，采取改進行動提高機組的安全性。

圖1 EDF實施改進的改進要求、技術途徑和工程措施Fig.1 Improvement requirement，technical method and engineering measure of EDF approach

3）對地震和洪水的防護制定完善的設計基準要求，分析嚴重事故的緩解措施；應用擴大損害的緩解導則（EDMGs）等作為嚴重事故的緩解措施。

4）法規體系以縱深防御原則為基礎，并以概率風險評價（PRA）技術進行必要的修正。確定的縱深防御層次應達到解決超設計基準事故的要求。保留目前的設計基準要求（對預期運行事件和假想事故等），對超設計基準事故的要求（如未能緊急停堆的預期瞬態和全廠失電）用新要求補充。

NRC確定的近期行動和長期工作要求中需立即啟動的整改行動有：對地震和洪水的防護、長期喪失交流電源情況下的策略、安全殼的通風、乏燃料水池的冷卻、嚴重事故的規程和應急準備等方面。針對NRC在監管程序方面的改進措施有兩條，包括對低概率嚴重事故的監管框架和更加重視低概率事件的縱深防御。開展4個方面的長期研究工作，包括增加防止或緩解地震引起的火災和洪水的能力、安全殼或其他廠房內氫氣的控制和緩解、關于多機組事件和長期全廠斷電的額外應急計劃及關于決策、輻射監測和公眾宣傳的額外應急計劃等。

2012年3 月，NRC 提出所有核電廠在2016年12 月31 日前均必須完成以下安全改進：1）制定專門的預案以應對長時間全廠斷電；2）提高用于乏燃料池監測的儀器性能；3）在Mark Ⅰ和Mark Ⅱ型沸水堆安全殼上安裝“可靠、強化的”通風裝置。

圖2示出了NRC 實施改進的改進要求、技術途徑和工程措施。

2.3 中國的改進行動和技術措施

2012年6月，國家核安全局發布了《福島核事故后核電廠改進行動通用技術要求（試行）》，明確了防洪能力、應急補水、移動電源、乏燃料池監測、氫氣監測與控制、應急控制中心可居留性及其功能、輻射環境監測及應急和外部災害應對等方面的改進要求，并對工程措施和方案進行了描述。

圖3示出了中國的改進行動和技術措施情況。福島核事故后，我國陸續通過了《核安全與放射性污染防治“十二五”規劃及2020年遠景目標》《核電安全規劃（2011—2020年）》和《核電中長期發展規劃（2011—2020年）》。為了積極落實規劃要求，我國正在進行《新建核電廠安全要求》的制定工作，在概率安全目標、外部事件設防、嚴重事故預防和緩解、堆芯安全設計以及廠址與環境的相容性等方面提出更高的要求。

圖2 NRC實施改進的改進要求、技術途徑和工程措施Fig.2 Improvement requirement，technical method and engineering measure of NRC approach

圖3 中國的改進行動和技術措施情況Fig.3 Improvement action and technical measure for China

3 各國福島核事故后改進行動和措施的分析

針對福島核事故開展的改進工作，各國的總體思路和方向均基本相同。

3.1 提高極端外部事件的設防

各國均提出了進一步貫徹縱深防御概念的具體措施，提出在外部事件設防方面應采取縱深防御策略，通過多層次防御，預防和緩解極端外部事件導致的嚴重事故。

在廠址選擇方面應充分考慮外部事件、環境影響和應急計劃可實施性的要求；在廠址安全評價過程中進行環境相容性審查，調查與廠址可接受性和設計基準相關的外部事件、極端外部自然事件相關的安全要求；在核電廠抗震設計中應根據具體情況進行地震裕量或地震概率安全分析；對于核電廠的防洪設計應考慮極端洪水事件以及洪水事件組合的影響；應定期復核廠址外部事件的設計基準等；根據廠址特征，進一步完善包括地震災害、氣象災害、洪水災害等極端外部事件的防災預案和相關管理程序，提高外部事件發生時的預警和應對能力；對外部事件的設防應考慮一定的安全裕度。

我國建設的核電廠廠址均經過嚴格的篩選，廠址多選在低地震活動區，在福島事故后的核安全檢查認為，我國在建核電廠和新建核電廠在地震安全方面均滿足現行最新的法規要求。在抗震裕度方面，從已完成的AP1000、EPR 以及高溫堆抗震安全裕度分析，均反映出這些堆型具有較大的抗震安全裕量，我國百萬千瓦級壓水堆核電廠的抗震安全裕度分析結果表明，這些機組也具有一定的抗震安全裕度。目前，國際上發展核能的國家還未提出提高地震設計基準的要求。在國家核安全局頒布的《福島核事故后核電廠改進行動通用技術要求（試行）》中提出，將設計基準洪水位疊加千年一遇降雨作為防洪標準，以進一步提高我國核電廠防洪的設計要求，對新建核電廠址防洪具有重要指導意義，是合理而保守的。此外，各國核電廠也均對防洪能力進行了復核，我國核電廠通過增設防水封堵和排水設施等工程措施進一步提高了核電廠的防洪裕度。

3.2 制定嚴重事故預防和緩解的策略

各國均提出應進一步注意嚴重事故預防和緩解措施的平衡，完善嚴重事故管理指南。設計上應采取應對全廠斷電（應急電源供應）、高壓熔堆、大體積氫氣爆炸、熔融堆芯與混凝土反應（MCCI）、旁路安全殼等嚴重事故的具體措施。對乏燃料水池的監測手段、監測范圍、監測儀表和系統可用性也提出了要求。對嚴重事故下安全殼內氫氣監測與控制措施配置、效率評估、嚴重事故情況下的功能實現和設備可用性也提出了要求。

實際上，在福島核事故發生之前，國際核電界已對嚴重事故的預防和緩解做了大量的工作。例如，對像堆芯熔融這類嚴重事故就提出了兩種緩解方案：1）將壓力容器作為堆芯熔融物的包容裝置，通過外部的非能動水對壓力容器進行冷卻，保證壓力容器的完整性，應用這項技術的以AP1000為代表；2）在壓力容器外設置熔融物的包容區，即在壓力容器外面采用專門的材料和設施來保證熔融物不外泄，EPR 使用了這種技術。福島核事故的發生再次證明了嚴重事故的風險，對制定嚴重事故的預防和緩解措施有了更進一步的認識。

3.3 加強水、電、通風等技術手段

在實體改進方面，各國對應急補水及相關設備設置提出了要求。諸如：采用二回路或一回路應急補水、乏燃料水池應急補水等技術要求，以及相關的移動泵、補水管線和水源的技術要求。設置移動泵和管線以滿足堆芯冷卻和乏燃料水池冷卻，并設置聯接的補水管線。對于增加移動式應急電源，要求核電廠在喪失全部廠外電時，可通過配置移動式應急電源為實施應急措施提供臨時動力，以緩解事故后果，并為恢復廠內外交流電源提供時間窗口等具體化的要求。

3.4 限制嚴重事故下放射性釋放的手段

在強化安全殼安全功能及包容能力方面，各國也提出了進一步的要求。比如安全殼條件失效概率應盡可能低，并在嚴重事故下安全殼仍具有足夠的極限承載能力和裕量；評價安全殼超壓引起彈塑性變形導致的泄漏和安全殼旁通型的嚴重事故；對于超出安全殼極限承載能力的情況，應全面分析和考慮安全殼超壓保護及過濾排放的措施；考慮安全殼泄漏放射性物質的收集能力等。

在對安全殼極限承載能力進行分析時，應綜合考慮諸如氫爆、高壓熔堆、蒸汽爆炸、MCCI等嚴重事故作用的影響，通過彈塑性分析，保證安全殼的應力和變形符合彈塑性準則，壓力邊界不會產生破裂。在設置過濾排放系統的問題上，對于那些無法保證嚴重事故下安全殼熱量有效導出，同時安全殼承壓能力又不具備很大裕量的情況，則考慮設置安全殼過濾排放系統，但該過濾排放系統必須具有較高的效率，否則可能引起放射性物質向環境排放。

3.5 加強國家和電廠的應急準備能力和對核電廠、公眾安全的保護

建立健全應急支援體系。應急控制中心應有適當的可居留性并應有適當措施可長時間保護在場人員，以防止嚴重事故對他們的危害；應急控制中心應具有聯絡核電廠控制室、輔助控制室及其他重要地點和廠內外應急機構的通信手段，以及實時在線傳輸核電廠安全重要參數的能力。核電廠應改善嚴重事故下應急監測方案，在事故工況下提供必要的監測手段。制訂同一廠址多機組同時進入應急狀態后核電廠的應急響應方案和應急人員、物資的配備協調方案。

在這個問題的認識上，世界各國均基本相同，但在具體的實施過程中，由于國情不同，在體系建立和運行方面會有所差異。我國已建立了國家和地方政府的核應急體系，核電企業集團也建立了應急機構，這些不同層次的保障體系提供了對企業和公眾安全的保護。

4 思考和結束語

福島核事故的發生除了福島第一核電廠機型老舊、外部事件設防措施不足、東京電力對核電廠的監督管理漏洞等內部原因外，超設計基準的自然災害、國家的傳統、民族的習慣、企業的文化、應急體系等多方面因素綜合作用是造成天災引發導致福島第一核電廠發生堆芯損毀嚴重事故的外部原因。

世界上沒有任何東西是絕對安全的，核電技術再先進，也應符合辯證唯物主義規律。從概率安全風險的角度來看，現在核電廠發生堆芯嚴重損毀事故的概率已足夠低，經多年持續改進的核電廠在固有的安全水平方面已高出福島第一核電廠幾個量級。

為提高核電廠抵抗外部事件災害的能力，應對始發事件進行深入全面的分析和排查，根據結果確定合理的改進方向和目標，也不宜盲目改變設防標準，增加不必要的安全裕量。

福島核事故后，各國對發展核電態度不同，德國、瑞士、意大利和比利時相繼宣布退出核電領域，美國、法國、俄羅斯和英國仍持較積極的發展態度并提出相應計劃。我國在暫停新項目的審批后，2012年年底，田灣核電站二期工程、石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程相繼正式開工建設，陽江核電廠和福清核電廠的4號機組也恢復建設。在合理的風險代價比條件下，發展核電是獲得穩定清潔能源保障的理想途徑，同時，隨著環境問題的日益突出，中國發展核電的決心也日益堅定。

福島核事故后，國內外對福島經驗教訓和核電廠改進行動進行了廣泛的討論，認識到對福島核事故的經驗教訓的總結和核電廠的安全改進是一個長期持續的過程。一方面要不斷提高核電廠的固有安全性；另一方面還要將縱深防御的理念落實到選址、設計、采購、制造、建造、安裝、調試和運行等各環節，不斷提高核電相關從業人員的技術水平和核安全意識，通過多方面努力促進我國核電事業安全高效地發展。

［1］ IAEA.IAEA international fact finding expert mission of Fukushima Daiichi NPP accident following great east Japan earthquake and tsunami［R］.Vienna：IAEA，2011.

［2］ IAEA.IAEA action plan on nuclear safety［R］.Vienna：IAEA，2011.

［3］ European Union.Communication on the comprehensive risk and safety assessments （“stress tests”）of nuclear power plants in the European Union and related activities［R］.Brussels：European Commission，2012.

［4］ European Union.Technical summary on the implementation of comprehensive risk and safety assessments of nuclear power plants in the European Union［R］.Brussels：European Commission，2012.

［5］ NRC.Recommendation on enhancing reactors safety in the 21st century［R］.US：NRC，2011.

［6］ 國家核安全局.關于全國民用核設施綜合安全檢查情況的報告［R］.北京：國家核安全局，2012.

［7］ 國家核安全局.福島核事故后核電廠改進行動通用技 術 要 求（試 行），國 核 安 發［2012］98 號［R］.北京：國家核安全局，2012.