新建核電廠設(shè)計中幾個重要安全問題的技術(shù)政策
國家核安全局
2002年8月
1引言
世界核電數(shù)十年的發(fā)展歷史以及中國核電近20年的開發(fā)經(jīng)驗表明， 核電是一種安全、清潔的能源，迄今為止核電廠運行安全記錄是良好的。然而美國三哩島核電廠事故和前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電廠事故也表明，盡管核電廠發(fā)生嚴重事故的頻度低，由于其后果相當嚴重，仍然不能忽視它的風險。
目前，核工業(yè)界和核安全管理部門已形成共識并正在作出巨大的努力，使未來核電廠在提高經(jīng)濟性的同時具有更高的核安全水平。達成這一共識的基礎(chǔ)是：
?。?）近年來，核安全研究的深入、技術(shù)的發(fā)展以及核電廠運行經(jīng)驗的反饋，使大家進一步認識到現(xiàn)有核電廠在核安全方面的薄弱環(huán)節(jié)，找到了用較低成本加以改進的途徑。核技術(shù)的發(fā)展使得同時提高安全性和經(jīng)濟性成為可能；
?。?）經(jīng)驗表明：一個重大的核事故將對公眾和潛在的核電運營者產(chǎn)生很大的負面影響，要使公眾和電力工業(yè)界接受核電，就必須增加公眾和電力工業(yè)對核安全的信心。這要求進一步降低核電廠發(fā)生事件和事故的頻度；
?。?）當前對核電廠風險水平的評估還有一定的不確定性，因而需要進一步提高安全水平，為核電廠安全留有更大的裕度；
（4）隨著核電廠數(shù)量和核電容量的不斷增加，必須進一步提高核電廠的安全水平，使其在總體上對社會的風險不再增加。
國家核安全局成立后，參考原子能機構(gòu)所發(fā)布的一系列標準，建立了一套比較完整的核安全法規(guī)體系，使我國在核安全標準上與水平接軌，基本滿足了前段時期中國核安全管理的需求。實踐證明這套核安全法規(guī)體系是行之有效的，在新建核電廠的設(shè)計中仍需遵守?！〉怯捎趯ξ磥砗穗姀S的核安全水平提出了更高要求，原子能機構(gòu)和許多國家的核安全當局已經(jīng)或正在修訂核安全法規(guī)和標準，以適應(yīng)這種變化。為了跟蹤這個趨勢，使我國的核安全要求和核安全水平與上保持一致，需要對現(xiàn)行核安全法規(guī)某些方面，例如嚴重事故等領(lǐng)域的要求進一步明確。鑒于修訂法規(guī)需要一定周期，為了適應(yīng)當前我國核電發(fā)展的需要，國家核安全局對可能影響新建核電廠設(shè)計的幾個重要安全問題，以發(fā)布技術(shù)政策的形式表達原則立場，并準備在今后的一段時間內(nèi)逐步將他們具體體現(xiàn)到修訂的核安全法規(guī)中。必須指出，本技術(shù)政策只是現(xiàn)行核安全法規(guī)在某些方面的一些原則性延伸，而不是對新建核電廠安全要求的全面闡述。
2安全目標
核安全的總目標是：通過在核電廠建立并保持對輻射危害的有效防御，保護廠區(qū)人員、公眾和環(huán)境。
核安全的總目標由互相關(guān)聯(lián)的下列兩個具體安全目標所支持：
?。?）輻射防護目標：保證廠區(qū)人員和公眾在核電廠各種運行狀態(tài)下所受到的輻射照射和由核電廠放射性物質(zhì)的計劃排放所導(dǎo)致的輻射照射低于規(guī)定限值并保持合理可行盡量低；保證減輕事故的放射性后果。
?。?）技術(shù)安全目標：采取一切合理可行的措施預(yù)防核電廠的事故，并在一旦發(fā)生事故時減輕其后果；保證在核電廠設(shè)計中所考慮的可能的事故，包括概率很低的事故的放射性后果很小并在規(guī)定限值之內(nèi)；保證放射性后果嚴重的事故發(fā)生的可能性低。
為滿足上述核安全目標，在核電廠的設(shè)計中，應(yīng)該完成完整的核安全分析，以評估核電廠工作人員和公眾受到的輻射劑量及可能的環(huán)境后果。完整的安全分析應(yīng)該包括：
--正常運行工況；
--預(yù)計運行事件下的核電廠狀態(tài)；
--設(shè)計基準事故；
--可能導(dǎo)致嚴重事故的事件序列。
通過分析，可以確定工程設(shè)計對假設(shè)始發(fā)事件和事故的抵御能力，驗證安全系統(tǒng)和安全相關(guān)物項或系統(tǒng)的有效性，制定應(yīng)急響應(yīng)的各項要求。
現(xiàn)有核電廠已經(jīng)采取了許多有效控制輻射照射和減少事故發(fā)生的措施，盡管如此，發(fā)生事故的可能性依然存在，因而仍然要求采取減輕放射性后果的措施。這類措施包括專設(shè)安全設(shè)施、制訂和實施各類廠內(nèi)事故管理規(guī)程及必要時能夠采取的廠外干預(yù)措施。核電廠的安全設(shè)計應(yīng)該遵循的原則是：導(dǎo)致高輻射劑量或放射性物質(zhì)大量釋放的事件的發(fā)生頻度低，發(fā)生頻度較高的事件沒有或只有較小的輻射后果。
檢驗所確定的安全目標，特別是技術(shù)安全目標是否得到滿足，可采用下述定量的概率安全目標：
--每堆年發(fā)生嚴重堆芯損壞事件的頻率低于10-5；
--每堆年需要場外早期響應(yīng)的大量放射性釋放事件的頻率低于10-6。
應(yīng)當指出，上述概率安全目標并不能代替核安全法規(guī)的要求， 也不能作為頒發(fā)許可證的唯一依據(jù)，它僅僅是評估核電廠設(shè)計安全水平的一個指導(dǎo)性指標。
3縱深防御
只要保障反應(yīng)性控制、余熱排出和放射性包容3個基本安全功能，核電廠的安全就有保證。縱深防御概念有助于做到這一點。
縱深防御概念應(yīng)該應(yīng)用于核電廠的全部活動中。據(jù)此，在核電廠設(shè)計中要求在設(shè)備和規(guī)程兩方面提供多層次的保護，用以防止事故發(fā)生，或在未能防止事故發(fā)生時提供適當?shù)姆雷o。
從上述概念出發(fā)，在新建核電廠的設(shè)計中應(yīng)明確下述的縱深防御層次：
（1）層次的防御是防止偏離正常運行工況與防止發(fā)生系統(tǒng)故障。這要求按照恰當?shù)馁|(zhì)量水平和工程實踐，正確并保守地設(shè)計、建造和運行核電廠；
?。?）第二層次的防御是及時監(jiān)測到和糾正偏離正常運行工況，以防止預(yù)計運行事件升級為事故工況。這要求根據(jù)安全分析，設(shè)置專用的系統(tǒng)并制定運行規(guī)程，以防止或盡量減少假設(shè)始發(fā)事件所造成的損害；
?。?）第三層次防御是基于以下考慮：雖然可能性很小，某些預(yù)計運行事件或始發(fā)事件的升級仍有可能未被前一層次防御所制止，可能發(fā)展為更嚴重的事件。這些可能性很小的事件是在核電廠設(shè)計基準中所預(yù)期的，因此必須利用固有安全特性、故障安全設(shè)計、附加的設(shè)備和規(guī)程來控制其后果，并在這些事件之后達到穩(wěn)定的、可接受的狀態(tài)；
?。?）第四層次的防御是應(yīng)付已超出設(shè)計基準的嚴重事故，并保證放射性后果保持在合理可行盡量低的水平。該層次重要的目標是保持包容功能。通過附加的措施和規(guī)程防止事故發(fā)展，通過減輕所選定的嚴重事故的后果，加上事故處置規(guī)程可以完成這個目標；
（5）第五層次即后層次的防御是減輕事故工況下可能的放射性物質(zhì)釋放后果。這要求有適當裝備的應(yīng)急控制中心、場區(qū)內(nèi)和場區(qū)外應(yīng)急響應(yīng)計劃。
實施縱深防御概念的一個重要內(nèi)容是設(shè)置多道實體屏障，將放射性物質(zhì)限制在確定的范圍內(nèi)。
4嚴重事故
雖然現(xiàn)有核電廠已有高度可靠的設(shè)計來對付設(shè)計基準事故，以防止反應(yīng)堆堆芯嚴重損壞和控制放射性物質(zhì)的釋放，但是應(yīng)該認識到，某些低頻度的事件序列仍然可能導(dǎo)致堆芯的嚴重損壞。應(yīng)該結(jié)合使用工程判斷和概率論方法來考慮這些嚴重事故序列，確定合理可行的預(yù)防和緩解措施，并且充分注意預(yù)防措施和緩解措施之間的平衡。可接受的措施不需要使用如用于評價設(shè)計基準事故那樣的保守工程實踐，而可以采用現(xiàn)實的和估算的假設(shè)、方法和分析準則。在運行經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合安全分析和安全研究的結(jié)果，設(shè)計中應(yīng)對嚴重事故作如下考慮：
?。?）使用概率論方法、確定論方法并結(jié)合合理的工程判斷來確定可能導(dǎo)致嚴重事故的重要事件序列；
?。?）對照一套準則審查這些事件序列，以確定哪些嚴重事故應(yīng)該給予考慮；
（3）對于所選定的事件序列，應(yīng)該評價設(shè)計和規(guī)程能否修改來減少其發(fā)生的可能性和減輕其后果。如果這些修改合理可行，就應(yīng)該付諸實施；
?。?）應(yīng)考慮核電廠的全部設(shè)計能力，包括可能在超出預(yù)定的功能和預(yù)期的運行工況下使用某些系統(tǒng)（安全系統(tǒng)和非安全系統(tǒng)），和使用附加的臨時系統(tǒng)，使嚴重事故返回到受控狀態(tài)或減輕它們的后果。應(yīng)證明這些系統(tǒng)在預(yù)期環(huán)境條件下可以起到這些作用；
（5）對于多堆廠址，可以考慮使用其他機組可用的手段和可能的支持，前提是不會危害其他機組的安全運行；
（6）對有代表性的和主導(dǎo)性的嚴重事故，應(yīng)該制定相應(yīng)的事故管理規(guī)程。
對于壓水堆核電廠，需要考慮下述典型的嚴重事故預(yù)防和緩解措施：
?。?）通過改進系統(tǒng)和設(shè)備的運行可靠性，降低發(fā)生始發(fā)事件的頻率；
（2）通過對系統(tǒng)及其自動控制功能的合理設(shè)計，改善核電廠的瞬態(tài)特性，減少安全系統(tǒng)的動作和運行人員的干預(yù)；
?。?）通過多重性和多樣性的系統(tǒng)和設(shè)備，提高安全系統(tǒng)執(zhí)行安全功能的可靠性，應(yīng)特別注意減少導(dǎo)致共因故障的因素；
?。?）應(yīng)認真研究全廠斷電的可能性和處理措施；
（5）應(yīng)特別關(guān)注停堆狀態(tài)和安全殼打開狀態(tài)，特別是保證余熱排出的可靠性；
?。?）應(yīng)采取適當?shù)脑O(shè)計措施排除由于冷水或不含硼水的快速注入而導(dǎo)致的嚴重堆芯損壞；
?。?）應(yīng)采取設(shè)計措施排除安全殼旁路型嚴重事故；
?。?）應(yīng)采取高度可靠的手段避免高壓堆芯熔融物噴射；
?。?）壓力容器的支撐和堆腔結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受壓力容器熔穿的影響，對安全殼內(nèi)部構(gòu)筑物應(yīng)考慮局部氫爆燃等影響；
?。?0）在嚴重事故下應(yīng)能維持安全殼的完整性。要考慮可燃氣體的燃爆效應(yīng)，必須消除威脅安全殼完整性的大體積氫爆燃，應(yīng)研究可能威脅安全殼完整性的壓力容器內(nèi)和壓力容器外的蒸汽爆炸，并采取適當?shù)拇胧?/p>
（11）應(yīng)有措施冷卻堆芯熔融物并減輕堆芯熔融物與安全殼底部相互作用引起的后果；
?。?2）在嚴重事故下，安全殼的貫穿件、隔離裝置和空氣閘門應(yīng)有足夠能力維持它們的功能；
?。?3）在嚴重事故下，應(yīng)有長期可靠的手段排出安全殼內(nèi)的熱量；
?。?4）在嚴重事故下，應(yīng)有足夠的能力控制放射性物質(zhì)的泄漏。
應(yīng)注意其中的某些措施，如系統(tǒng)和設(shè)備的多重性和多樣性，在對付設(shè)計基準事故時已有要求，但在對付嚴重事故時可能需要作進一步延伸的考慮。
5概率安全分析方法的應(yīng)用
概率安全分析方法是確定論方法的輔助和補充，應(yīng)該在核電廠設(shè)計中得到應(yīng)用。完成概率安全分析是為了：
（1）確認核電廠有一個平衡的設(shè)計，以保證某個設(shè)施或始發(fā)事件對核電廠總的風險貢獻不會過大，或有的不確定性；
?。?）確認核電廠參數(shù)小的偏離不會導(dǎo)致核電廠性能嚴重異常；
?。?）提供嚴重堆芯損壞概率的評價和需要場外早期響應(yīng)的大量放射性釋放的風險評價，以確認與概率安全目標的一致性；
?。?）提供外部災(zāi)害事件發(fā)生概率及其后果的評價；
?。?）確認通過系統(tǒng)設(shè)計的改進或運行規(guī)程的修改能夠降低嚴重事故發(fā)生頻度和減輕其后果；
?。?）評價核電廠應(yīng)急規(guī)程的充分性。
在不同的設(shè)計階段，和為了不同的目的，可以分步完成概率安全分析工作，如概念設(shè)計階段可以完成簡化的概率安全分析，到工程設(shè)計階段則完成完整的概率安全分析。
6設(shè)計管理
核電廠設(shè)計管理的目的是保證安全重要構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件具有適當?shù)男阅?、技術(shù)規(guī)格和材料成分，以保證它們的安全功能和核電廠安全運行。設(shè)計管理也保證能夠滿足營運單位的要求，并切實考慮了運行核電廠人員的能力和限制。
設(shè)計單位應(yīng)保證各級人員受過適當?shù)呐嘤?xùn)，具有合格的技術(shù)水平；在設(shè)計的各個部門之間，及與用戶、供貨商、建造者和合同商之間， 都建立了良好的接口；制定并嚴格執(zhí)行了有效的程序，來審查、校核和批準的安全相關(guān)設(shè)計；建立了良好的安全文化。
設(shè)計單位應(yīng)提供足夠的設(shè)計信息， 以保證核電廠的安全運行、維護，并允許以后可能的設(shè)計修改。設(shè)計單位也應(yīng)推薦將納入核電廠管理和運行規(guī)程（如運行限值和條件等）的實踐。
設(shè)計管理應(yīng)在確定論方法的基礎(chǔ)上考慮概率安全分析的結(jié)果，以保證設(shè)計是經(jīng)過反復(fù)迭代、不斷完善的過程，并且切實考慮了事故的預(yù)防和緩解。
設(shè)計管理應(yīng)該保證充分采用了合理的設(shè)計措施，充分吸取了運行、退役的實踐經(jīng)驗，所產(chǎn)生的放射性物質(zhì)的活度和體積都盡可能小。
營運單位在將設(shè)計提交核安全當局審查前，應(yīng)保證安全評價已經(jīng)過獨立于設(shè)計的人員或單位的驗證。
7經(jīng)驗證的工程實踐
安全重要構(gòu)筑物、系統(tǒng)和設(shè)備的設(shè)計應(yīng)該遵照經(jīng)批準的的或當前應(yīng)用的標準和規(guī)范，要評價和確定標準和規(guī)范是否適用、恰當和充分，并進行必要的補充和修改，以保證它們的終質(zhì)量與所需的安全功能相適應(yīng)。
如果設(shè)計采用了未被批準過的設(shè)計或設(shè)施，或者與現(xiàn)有工程實踐有差別，則需要用適當?shù)难芯拷Y(jié)果來證明其足夠安全，在投入使用前應(yīng)完成足夠的試驗，在運行中還要適當監(jiān)測，以證明達到預(yù)期的性能。
設(shè)計中應(yīng)該充分考慮已有核電廠的運行經(jīng)驗和相關(guān)的研究成果。
8人機接口
在整個設(shè)計過程中應(yīng)充分考慮人因問題。這不僅限于主控制室運行人員，而且包括運行、試驗和維修等人員。在可能發(fā)生人機關(guān)系的各個方面都應(yīng)提供改進的人機接口，以減少人員發(fā)生差錯的可能性。應(yīng)充分重視運行經(jīng)驗的反饋。
應(yīng)充分應(yīng)用人機工效學(xué)原理，合理設(shè)計系統(tǒng)及其自動控制功能，減少運行人員的負擔。應(yīng)為運行人員提供足夠的和易于管理的信息， 使運行人員能夠清楚地了解核電廠所處狀態(tài)，包括嚴重事故狀態(tài)。在需要運行人員干預(yù)前，應(yīng)為運行人員留有足夠的寬容時間。
9采用計算機的控制和保護系統(tǒng)
若安全重要系統(tǒng)的功能與所采用的計算機系統(tǒng)的可靠性有關(guān)，則應(yīng)制定開發(fā)和試驗計算機硬件和軟件的相應(yīng)標準，并在系統(tǒng)的整個壽期，特別是軟件開發(fā)的全過程中加以實施。整個開發(fā)過程應(yīng)當有適當?shù)馁|(zhì)量保證大綱。采用計算機的系統(tǒng)的可靠性應(yīng)與安全重要系統(tǒng)的可靠性要求相適應(yīng)，應(yīng)使用相互補充的開發(fā)手段（包括分析和試驗）和驗證手段來確認達到了所要求的可靠性。
當采用計算機的系統(tǒng)應(yīng)用于保護系統(tǒng)中時，應(yīng)使用質(zhì)量和實踐效果好的硬件和軟件。應(yīng)使整個開發(fā)過程（包括設(shè)計修改、試驗和調(diào)試）系統(tǒng)地形成文件和便于審查。為了確認采用計算機的系統(tǒng)的可靠性，應(yīng)由獨立于設(shè)計者和供貨商的專家進行審查。
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