福岛核事故后核电厂安全改进行动分析

张 琳，李文宏，杨红义

（1.清华大学 核能与新能源技术研究院，北京 100084；2.环境保护部 核二司，北京 100035；3.深圳中广核工程设计有限公司，广东 深圳 518031；4.中国原子能科学研究院 快堆研究设计所，北京 102413）

2011年3月，日本福岛第一核电厂发生的核事故给全世界敲响了警钟。发展核电的主要国家迅速开展了核安全检查和再评价行动，提出了安全改进要求和措施。本工作对世界上发展核电主要国家开展的改进行动进行跟踪和调研，并分析各国改进行动的特点和内涵。

1 世界主要核电国家和机构开展安全检查和评价的情况

核安全检查和再评价活动一方面对核电厂与现行设计基准的符合性进行评价，另一方面对超设计基准工况进行全面分析，提出改进措施。

各国安全评价主要方法［1］基本相同，即：假定给核设施的安全功能造成威胁并导致严重事故的极端自然现象（如地震、水灾或两者组合），然后重新评价核设施的安全裕度以及严重事故应对的组织和管理工作。

欧洲理事会在2011年3月要求欧洲核电厂针对类似福岛核事故的场景进行压力测试，欧洲各国在2011年内陆续完成了压力测试，2012年11月24日，欧盟委员会发布了压力测试报告，提出加强安全措施的要求，提高欧盟范围内143座核电站应对天灾人祸的能力［2-4］。

法国政府于2011年3月23日要求法国核安全局（ASN）对法国民用核设施进行补充安全评价，在地震、水淹、丧失最终热阱、丧失电源、严重事故管理等5个主要领域开展检查。检查结论为：法国在运核电厂及核设施具有较高的安全水平，满足安全要求，法国电力公司（EDF）向ASN提出了福岛核事故后的改进建议。

美国核管会（NRC）对程序和法规体系进行了审核，通过对法规体系的全面评价，提出相应的改进建议。NRC综合评价认为：按美国现行监管体系以及对核电厂综合能力的分析，类似福岛核事故的序列不太可能在美国出现，核电厂的持续运营和审批不会对公众健康和安全造成风险［5］。

环境保护部（国家核安全局）、国家能源局、中国地震局联合组织国家民用核设施综合检查团于2011年4月15日—8月5日对我国在役和在建核电厂进行了全面的核安全检查，2012年3月公布了《关于全国民用核设施综合安全检查情况的报告》，检查认为我国在运核电厂安全风险处于受控状态，在建核电厂质量保证体系运转正常，工程建造满足设计要求，总体质量受控，安全有保障；发生类似福岛核事故的极端自然事件的可能性极小［6］。针对检查过程中发现的可能影响建造质量和运行安全的问题，国家核安全局于2012年6月正式发布了《福岛核事故后核电厂改进行动通用技术要求（试行）》，以指导各运行和在建核电厂开展核安全改进工作［7］。

2 各国的改进行动和整改要求

各国安全检查或再评价的结果均表明核电厂满足现行核安全法规要求，各国也制定了核电厂改进要求，以提高核电厂的安全水平。

2.1 法国的改进行动和技术措施

ASN从提升抗灾能力、增加备用手段、控制放射性影响、加强行政管理等4个方面提出改进要求，并提出了所应采取的主要手段和措施：

1）识别并改进防止放射性物质释放的关键系统、设备、构筑物；

2）保护上述关键系统、设备和构筑物，使其能抵御超设计基准灾害；

3）组建能在24h内投入的核电厂快速应急组织。

针对上述改进要求和三层次技术途径，ASN 确定了相应的改进行动。在实体改进方面，EDF 提出了15 项具体的工程改进措施。图1示出了EDF实施改进的改进要求、技术途径和工程措施。

2.2 美国的改进行动和技术措施

NRC短期特别调查小组提出了如下建议［5］。

1）在多年安全改进的基础上，改进对运行核电厂进行执照管理和监督管理的新架构。

2）对设计基准事故以及超设计基准提出补充要求，采取改进行动提高机组的安全性。

图1 EDF实施改进的改进要求、技术途径和工程措施Fig.1 Improvement requirement，technical method and engineering measure of EDF approach

3）对地震和洪水的防护制定完善的设计基准要求，分析严重事故的缓解措施；应用扩大损害的缓解导则（EDMGs）等作为严重事故的缓解措施。

4）法规体系以纵深防御原则为基础，并以概率风险评价（PRA）技术进行必要的修正。确定的纵深防御层次应达到解决超设计基准事故的要求。保留目前的设计基准要求（对预期运行事件和假想事故等），对超设计基准事故的要求（如未能紧急停堆的预期瞬态和全厂失电）用新要求补充。

NRC确定的近期行动和长期工作要求中需立即启动的整改行动有：对地震和洪水的防护、长期丧失交流电源情况下的策略、安全壳的通风、乏燃料水池的冷却、严重事故的规程和应急准备等方面。针对NRC在监管程序方面的改进措施有两条，包括对低概率严重事故的监管框架和更加重视低概率事件的纵深防御。开展4个方面的长期研究工作，包括增加防止或缓解地震引起的火灾和洪水的能力、安全壳或其他厂房内氢气的控制和缓解、关于多机组事件和长期全厂断电的额外应急计划及关于决策、辐射监测和公众宣传的额外应急计划等。

2012年3 月，NRC 提出所有核电厂在2016年12 月31 日前均必须完成以下安全改进：1）制定专门的预案以应对长时间全厂断电；2）提高用于乏燃料池监测的仪器性能；3）在Mark Ⅰ和Mark Ⅱ型沸水堆安全壳上安装“可靠、强化的”通风装置。

图2示出了NRC 实施改进的改进要求、技术途径和工程措施。

2.3 中国的改进行动和技术措施

2012年6月，国家核安全局发布了《福岛核事故后核电厂改进行动通用技术要求（试行）》，明确了防洪能力、应急补水、移动电源、乏燃料池监测、氢气监测与控制、应急控制中心可居留性及其功能、辐射环境监测及应急和外部灾害应对等方面的改进要求，并对工程措施和方案进行了描述。

图3示出了中国的改进行动和技术措施情况。福岛核事故后，我国陆续通过了《核安全与放射性污染防治“十二五”规划及2020年远景目标》《核电安全规划（2011—2020年）》和《核电中长期发展规划（2011—2020年）》。为了积极落实规划要求，我国正在进行《新建核电厂安全要求》的制定工作，在概率安全目标、外部事件设防、严重事故预防和缓解、堆芯安全设计以及厂址与环境的相容性等方面提出更高的要求。

图2 NRC实施改进的改进要求、技术途径和工程措施Fig.2 Improvement requirement，technical method and engineering measure of NRC approach

图3 中国的改进行动和技术措施情况Fig.3 Improvement action and technical measure for China

3 各国福岛核事故后改进行动和措施的分析

针对福岛核事故开展的改进工作，各国的总体思路和方向均基本相同。

3.1 提高极端外部事件的设防

各国均提出了进一步贯彻纵深防御概念的具体措施，提出在外部事件设防方面应采取纵深防御策略，通过多层次防御，预防和缓解极端外部事件导致的严重事故。

在厂址选择方面应充分考虑外部事件、环境影响和应急计划可实施性的要求；在厂址安全评价过程中进行环境相容性审查，调查与厂址可接受性和设计基准相关的外部事件、极端外部自然事件相关的安全要求；在核电厂抗震设计中应根据具体情况进行地震裕量或地震概率安全分析；对于核电厂的防洪设计应考虑极端洪水事件以及洪水事件组合的影响；应定期复核厂址外部事件的设计基准等；根据厂址特征，进一步完善包括地震灾害、气象灾害、洪水灾害等极端外部事件的防灾预案和相关管理程序，提高外部事件发生时的预警和应对能力；对外部事件的设防应考虑一定的安全裕度。

我国建设的核电厂厂址均经过严格的筛选，厂址多选在低地震活动区，在福岛事故后的核安全检查认为，我国在建核电厂和新建核电厂在地震安全方面均满足现行最新的法规要求。在抗震裕度方面，从已完成的AP1000、EPR 以及高温堆抗震安全裕度分析，均反映出这些堆型具有较大的抗震安全裕量，我国百万千瓦级压水堆核电厂的抗震安全裕度分析结果表明，这些机组也具有一定的抗震安全裕度。目前，国际上发展核能的国家还未提出提高地震设计基准的要求。在国家核安全局颁布的《福岛核事故后核电厂改进行动通用技术要求（试行）》中提出，将设计基准洪水位叠加千年一遇降雨作为防洪标准，以进一步提高我国核电厂防洪的设计要求，对新建核电厂址防洪具有重要指导意义，是合理而保守的。此外，各国核电厂也均对防洪能力进行了复核，我国核电厂通过增设防水封堵和排水设施等工程措施进一步提高了核电厂的防洪裕度。

3.2 制定严重事故预防和缓解的策略

各国均提出应进一步注意严重事故预防和缓解措施的平衡，完善严重事故管理指南。设计上应采取应对全厂断电（应急电源供应）、高压熔堆、大体积氢气爆炸、熔融堆芯与混凝土反应（MCCI）、旁路安全壳等严重事故的具体措施。对乏燃料水池的监测手段、监测范围、监测仪表和系统可用性也提出了要求。对严重事故下安全壳内氢气监测与控制措施配置、效率评估、严重事故情况下的功能实现和设备可用性也提出了要求。

实际上，在福岛核事故发生之前，国际核电界已对严重事故的预防和缓解做了大量的工作。例如，对像堆芯熔融这类严重事故就提出了两种缓解方案：1）将压力容器作为堆芯熔融物的包容装置，通过外部的非能动水对压力容器进行冷却，保证压力容器的完整性，应用这项技术的以AP1000为代表；2）在压力容器外设置熔融物的包容区，即在压力容器外面采用专门的材料和设施来保证熔融物不外泄，EPR 使用了这种技术。福岛核事故的发生再次证明了严重事故的风险，对制定严重事故的预防和缓解措施有了更进一步的认识。

3.3 加强水、电、通风等技术手段

在实体改进方面，各国对应急补水及相关设备设置提出了要求。诸如：采用二回路或一回路应急补水、乏燃料水池应急补水等技术要求，以及相关的移动泵、补水管线和水源的技术要求。设置移动泵和管线以满足堆芯冷却和乏燃料水池冷却，并设置联接的补水管线。对于增加移动式应急电源，要求核电厂在丧失全部厂外电时，可通过配置移动式应急电源为实施应急措施提供临时动力，以缓解事故后果，并为恢复厂内外交流电源提供时间窗口等具体化的要求。

3.4 限制严重事故下放射性释放的手段

在强化安全壳安全功能及包容能力方面，各国也提出了进一步的要求。比如安全壳条件失效概率应尽可能低，并在严重事故下安全壳仍具有足够的极限承载能力和裕量；评价安全壳超压引起弹塑性变形导致的泄漏和安全壳旁通型的严重事故；对于超出安全壳极限承载能力的情况，应全面分析和考虑安全壳超压保护及过滤排放的措施；考虑安全壳泄漏放射性物质的收集能力等。

在对安全壳极限承载能力进行分析时，应综合考虑诸如氢爆、高压熔堆、蒸汽爆炸、MCCI等严重事故作用的影响，通过弹塑性分析，保证安全壳的应力和变形符合弹塑性准则，压力边界不会产生破裂。在设置过滤排放系统的问题上，对于那些无法保证严重事故下安全壳热量有效导出，同时安全壳承压能力又不具备很大裕量的情况，则考虑设置安全壳过滤排放系统，但该过滤排放系统必须具有较高的效率，否则可能引起放射性物质向环境排放。

3.5 加强国家和电厂的应急准备能力和对核电厂、公众安全的保护

建立健全应急支援体系。应急控制中心应有适当的可居留性并应有适当措施可长时间保护在场人员，以防止严重事故对他们的危害；应急控制中心应具有联络核电厂控制室、辅助控制室及其他重要地点和厂内外应急机构的通信手段，以及实时在线传输核电厂安全重要参数的能力。核电厂应改善严重事故下应急监测方案，在事故工况下提供必要的监测手段。制订同一厂址多机组同时进入应急状态后核电厂的应急响应方案和应急人员、物资的配备协调方案。

在这个问题的认识上，世界各国均基本相同，但在具体的实施过程中，由于国情不同，在体系建立和运行方面会有所差异。我国已建立了国家和地方政府的核应急体系，核电企业集团也建立了应急机构，这些不同层次的保障体系提供了对企业和公众安全的保护。

4 思考和结束语

福岛核事故的发生除了福岛第一核电厂机型老旧、外部事件设防措施不足、东京电力对核电厂的监督管理漏洞等内部原因外，超设计基准的自然灾害、国家的传统、民族的习惯、企业的文化、应急体系等多方面因素综合作用是造成天灾引发导致福岛第一核电厂发生堆芯损毁严重事故的外部原因。

世界上没有任何东西是绝对安全的，核电技术再先进，也应符合辩证唯物主义规律。从概率安全风险的角度来看，现在核电厂发生堆芯严重损毁事故的概率已足够低，经多年持续改进的核电厂在固有的安全水平方面已高出福岛第一核电厂几个量级。

为提高核电厂抵抗外部事件灾害的能力，应对始发事件进行深入全面的分析和排查，根据结果确定合理的改进方向和目标，也不宜盲目改变设防标准，增加不必要的安全裕量。

福岛核事故后，各国对发展核电态度不同，德国、瑞士、意大利和比利时相继宣布退出核电领域，美国、法国、俄罗斯和英国仍持较积极的发展态度并提出相应计划。我国在暂停新项目的审批后，2012年年底，田湾核电站二期工程、石岛湾高温气冷堆核电站示范工程相继正式开工建设，阳江核电厂和福清核电厂的4号机组也恢复建设。在合理的风险代价比条件下，发展核电是获得稳定清洁能源保障的理想途径，同时，随着环境问题的日益突出，中国发展核电的决心也日益坚定。

福岛核事故后，国内外对福岛经验教训和核电厂改进行动进行了广泛的讨论，认识到对福岛核事故的经验教训的总结和核电厂的安全改进是一个长期持续的过程。一方面要不断提高核电厂的固有安全性；另一方面还要将纵深防御的理念落实到选址、设计、采购、制造、建造、安装、调试和运行等各环节，不断提高核电相关从业人员的技术水平和核安全意识，通过多方面努力促进我国核电事业安全高效地发展。

［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］ 国家核安全局.关于全国民用核设施综合安全检查情况的报告［R］.北京：国家核安全局，2012.

［7］ 国家核安全局.福岛核事故后核电厂改进行动通用技 术 要 求（试 行），国 核 安 发［2012］98 号［R］.北京：国家核安全局，2012.