核電作為穩(wěn)定的清潔高效能源，在我國(guó)當(dāng)前調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、提高清潔能源比例的背景下，理應(yīng)具有更大的發(fā)展空間。

然而目前核電項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)受到一定阻力，較多民眾對(duì)核電技術(shù)和核電的安全狀況缺乏了解，對(duì)核電項(xiàng)目采取質(zhì)疑甚至反對(duì)的態(tài)度，一些新核電項(xiàng)目遲遲未能裝料，其他新核電廠選址等前期工作舉步維艱。

作者在此結(jié)合自己這些年來(lái)對(duì)核電廠安全審查的工作，對(duì)核電廠的安全作出易理解的介紹，希望能夠把核電廠的安全狀況簡(jiǎn)潔明了地說(shuō)明白，也讓公眾對(duì)核安全監(jiān)管工作有更多了解。

核電廠的安全水平有多高?

1984年，我國(guó)自主設(shè)計(jì)的秦山一期核電站開(kāi)始建造，電功率 30萬(wàn)千瓦。后續(xù)我國(guó)建設(shè)的核電站還有自主研發(fā)的“華龍一號(hào)”，美國(guó)的AP1000，法國(guó)的EPR等。除了秦山三期的CANDU堆外，其他機(jī)組雖然具體技術(shù)有所區(qū)別，但安全設(shè)計(jì)理念基本源自于美國(guó)。

美國(guó)核電發(fā)展始于上世紀(jì)50年代，艾森豪威爾總統(tǒng)上臺(tái)后倡導(dǎo)核能的民用，之后的30年間核電迅速發(fā)展。隨著核電的發(fā)展，美國(guó)民眾對(duì)核電安全的重視程度越來(lái)越大，同時(shí)一些擔(dān)憂情緒也越來(lái)越嚴(yán)重，反核的抗議時(shí)有發(fā)生。尤其是1979年發(fā)生三哩島核電站事故后，核電界感受到了空前的壓力。

面對(duì)這種形勢(shì)，美國(guó)核管會(huì)試圖用定量方式描述核電廠的風(fēng)險(xiǎn)大小，用來(lái)向公眾說(shuō)明核電廠的安全水平。

1986年美國(guó)核管會(huì)發(fā)布核電廠定量的安全目標(biāo)“對(duì)緊鄰核電廠區(qū)域的正常個(gè)體，由于反應(yīng)堆事故所致死亡的風(fēng)險(xiǎn)不應(yīng)超過(guò)美國(guó)社會(huì)公眾由于其他事故所致死亡的風(fēng)險(xiǎn)總和的千分之一;對(duì)臨近核電廠區(qū)域的人群，由于核電廠運(yùn)行所致癌癥死亡的風(fēng)險(xiǎn)不應(yīng)超過(guò)所有其他原因所致癌癥死亡的風(fēng)險(xiǎn)總和的千分之一。”

這兩個(gè)千分之一安全目標(biāo)簡(jiǎn)單說(shuō)就是，核電廠給周邊公眾帶來(lái)的死亡和癌癥風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)于其他因素導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)來(lái)說(shuō)應(yīng)該很微小，并且美國(guó)核管會(huì)評(píng)估美國(guó)的核電廠可以滿足這兩個(gè)目標(biāo)。它從風(fēng)險(xiǎn)的角度直觀說(shuō)明了核電廠的安全水平。

經(jīng)過(guò)30多年的核電技術(shù)發(fā)展，尤其是現(xiàn)在新建的基本都是第三代核電站技術(shù)，核電廠安全水平比當(dāng)年更有所提高。

核電廠對(duì)人的威脅來(lái)自什么?

為什么選死亡風(fēng)險(xiǎn)和癌癥風(fēng)險(xiǎn)作為安全目標(biāo)?就先要說(shuō)明核電廠對(duì)人的威脅到底是什么。

核電廠主要是利用核材料(主要是鈾235和钚239)的裂變反應(yīng)釋放出能量來(lái)進(jìn)行發(fā)電。核材料發(fā)生裂變反應(yīng)后會(huì)生成一些不穩(wěn)定的同位素(如氪85、氙133、碘131、碘133、銫137、鍶89等，稱為放射性核素)。這些放射性核素因?yàn)椴环€(wěn)定，會(huì)進(jìn)一步發(fā)生衰變。

核電廠的威脅是核素的裂變和衰變反應(yīng)，會(huì)伴隨產(chǎn)生大量的α、β或γ射線等。如果這些射線對(duì)人體進(jìn)行大量照射，能夠使人體細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)發(fā)生電離，照射量超出一定值時(shí)細(xì)胞會(huì)死亡導(dǎo)致組織功能失常。如果受照射的細(xì)胞未被殺死而發(fā)生變異，有可能會(huì)導(dǎo)致癌變。

一般認(rèn)為照射量達(dá)到2000mSv時(shí)(正常運(yùn)行的核電廠產(chǎn)生的放射性對(duì)周邊公眾一年的照射量通常低于0.1mSv)人體會(huì)產(chǎn)生明顯反應(yīng)，照射量低于100mSv時(shí)醫(yī)學(xué)上還沒(méi)有確定的病例，一般認(rèn)為會(huì)增加患癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。但輻射致癌的流行病學(xué)證據(jù)目前尚不充分。

這就是制定兩個(gè)千分之一核安全目標(biāo)的原因。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，核電廠對(duì)人的威脅主要是核裂變所發(fā)出的射線或核裂變產(chǎn)生的大量放射性核素衰變所發(fā)出射線，損壞人體功能細(xì)胞或引發(fā)癌癥。

裂變所放出的射線可以通過(guò)核設(shè)施所設(shè)置的屏障加以防護(hù)，但大量放射性核素進(jìn)入環(huán)境將導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

因此，控制了放射性核素也就控制了核電廠的風(fēng)險(xiǎn)。那么，如何控制放射性核素?

如何嚴(yán)密設(shè)防控制放射性核素?

放射性核素主要由核燃料裂變而來(lái)，產(chǎn)生后也存在于陶瓷的核燃料芯塊內(nèi)，除少量氣體外，一般很難擴(kuò)散出來(lái)。燃料芯塊被裝在鋯合金或其他可靠的燃料包殼管內(nèi)，組成一根根燃料棒。

燃料包殼管外是用于帶出反應(yīng)堆熱量的冷卻水，冷卻水在反應(yīng)堆金屬壓力容器、主管道和蒸汽發(fā)生器內(nèi)循環(huán)流動(dòng)(即核電廠一回路冷卻系統(tǒng))。一回路系統(tǒng)又被約一米厚的混凝土安全殼罩在里面。

因此，放射性核素正常情況下是由陶瓷燃料芯塊、燃料包殼、一回路冷卻劑系統(tǒng)邊界、安全殼4層屏障包裹著，一般很難逃脫出來(lái)，對(duì)周邊的人員帶來(lái)的照射比自然界存在的天然放射性照射還要低一個(gè)量級(jí)。(我們生活的自然界本來(lái)就存在著大量的放射性，如宇宙射線，放射性核素氡222、釷220、鉀40等。)

那么會(huì)不會(huì)發(fā)生異常，甚至事故呢?

核電廠的核心部件是核反應(yīng)堆，它就像一個(gè)大爐子，一根根裝有核材料的燃料棒按一定形式進(jìn)行排列后裝進(jìn)反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)。

運(yùn)行時(shí)核材料通過(guò)裂變以及裂變產(chǎn)物的衰變反應(yīng)發(fā)出熱量，熱量傳導(dǎo)到燃料棒表面，然后被冷卻水帶走，并通過(guò)蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。

核反應(yīng)堆有兩個(gè)主要風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，一是核反應(yīng)堆的反應(yīng)性控制。假如反應(yīng)堆意外引入一個(gè)大的反應(yīng)性，鈾-235裂變反應(yīng)快速增加，發(fā)熱量短期內(nèi)快速增大，可能導(dǎo)致反應(yīng)堆熔化、解體。

目前，反應(yīng)堆的反應(yīng)性變化情況已經(jīng)能夠準(zhǔn)確計(jì)算(反應(yīng)堆的核設(shè)計(jì)誤差基本在1/1000左右)，使得現(xiàn)在的核反應(yīng)堆通過(guò)保守準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)，采用冗余的停堆系統(tǒng)，物理上排除一次引入過(guò)大反應(yīng)性，并且通過(guò)堆芯反應(yīng)性溫度負(fù)反饋設(shè)計(jì)，已經(jīng)讓反應(yīng)性控制非常可靠。

但反應(yīng)堆停堆后衰變反應(yīng)還在繼續(xù)，一段時(shí)間內(nèi)還會(huì)產(chǎn)生大量的衰變熱，這是另外一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

因此必須保證冷卻水持續(xù)循環(huán)帶出熱量，才能避免堆芯(包括上面提到的包容放射性核素的燃料芯塊、燃料包殼)被燒化，進(jìn)而破壞各道屏障，使放射性核素跑出來(lái)，對(duì)公眾帶來(lái)威脅。

為了讓反應(yīng)堆的余熱在任何情況下都能有效導(dǎo)出，核電廠設(shè)置了大量的安全系統(tǒng)，包括應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)、余熱導(dǎo)出系統(tǒng)、輔助給水系統(tǒng)等。

這些系統(tǒng)能不能保證各種事故情況下發(fā)揮作用，保證核電廠對(duì)外界的影響滿足要求?這就是核安全審查中的事故分析。

核電廠采用一種確定論的事故分析方法。如果核電廠發(fā)生事故，那肯定是由于某個(gè)設(shè)備和系統(tǒng)發(fā)生故障，所以確定論分析方法先根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以及專家判斷等方式列出一個(gè)可能發(fā)生的故障清單，叫始發(fā)事件清單。

隨后分析始發(fā)事件會(huì)怎么發(fā)展，核電廠設(shè)計(jì)的安全系統(tǒng)怎樣工作來(lái)使事件得到控制，最后計(jì)算后果是否滿足驗(yàn)收準(zhǔn)則。

為了使分析結(jié)果具有說(shuō)服力，確定論分析方法對(duì)所有可能的異常假設(shè)都需進(jìn)行分析。比如對(duì)管道的破裂分析，會(huì)全面地對(duì)各種部位、各種尺寸的破口譜進(jìn)行包絡(luò)性分析等。

也就是說(shuō)核電廠配備了很多事故緩解系統(tǒng)，且對(duì)同樣功能的系統(tǒng)基本都采取冗余設(shè)置。所以核電廠即使發(fā)生事故也并不那么可怕，在安全審查時(shí)對(duì)各種可能發(fā)生的事故都進(jìn)行了保守分析。因此放射性后果都是能夠接受的。

那么發(fā)生天災(zāi)怎么辦?

核電廠對(duì)于災(zāi)害的防護(hù)應(yīng)該是世界上所有的人造工程中最嚴(yán)格的。

比如地震，核電廠考慮對(duì)廠址所在區(qū)域可能發(fā)生的最大可能地震(萬(wàn)年一遇的地震)進(jìn)行設(shè)防，而一般我們住的房子的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)差不多是五百年一遇地震;對(duì)洪水考慮最大可能的洪水水位;對(duì)爆炸考慮方圓十公里范圍內(nèi)的各種爆炸源可能發(fā)生的爆炸等。通過(guò)這些苛刻的設(shè)計(jì)要求，核電廠才會(huì)被批準(zhǔn)建造。

現(xiàn)在的第三代核電廠還在設(shè)計(jì)中增加了緩解嚴(yán)重事故的專用系統(tǒng)。所謂嚴(yán)重事故就是反應(yīng)堆堆芯熔化的事故。也許你會(huì)問(wèn)，前面事故分析不是對(duì)各種可能的情況都進(jìn)行了假設(shè)分析，都能保證堆芯結(jié)構(gòu)完整嗎?

是的，但是核能界惟恐設(shè)計(jì)考慮得還不全面，萬(wàn)一發(fā)生沒(méi)預(yù)防到的情況怎么辦?于是，增加了嚴(yán)重事故緩解系統(tǒng)，要求就是不管前面分析結(jié)果怎樣，最后還要分析反應(yīng)堆堆芯熔化的情況，從而保證即使堆芯熔化，放射性物質(zhì)對(duì)場(chǎng)外的影響也有限。

可以說(shuō)，核電廠對(duì)放射性核素是層層設(shè)防，以保證萬(wàn)無(wú)一失。