国内外聚变核安全监管与许可初步分析研究

王海霞，陈志斌，李亚洲，沈欣媛，蒋洁琼，胡丽琴，郁 杰，吴宜灿，FDS团队

(中国科学院核能安全技术研究所，中子输运理论与辐射安全重点实验室，安徽 合肥，230032)

国内外聚变核安全监管与许可初步分析研究

王海霞，陈志斌，李亚洲，沈欣媛，蒋洁琼，胡丽琴，郁 杰，吴宜灿，FDS团队

(中国科学院核能安全技术研究所，中子输运理论与辐射安全重点实验室，安徽 合肥，230032)

中国政府高度重视聚变发展，安全是聚变能发展的生命线，而核安全监管和相关许可制度是确保聚变能安全发展的必要手段。聚变堆具有其独特的安全特性，无法完全照搬目前基于裂变堆建立起来的法律法规等监管制度。本文初步梳理了国际(含ITER、国际原子能机构、国际能源署、欧盟、美国、韩国等)关于聚变核安全监管和许可的研究进展和相关经验，总结了我国目前在聚变核安全监管与许可方面的现状与存在的问题，为我国聚变核安全监管提出了发展建议。

聚变核安全；监管；许可

世界经济快速发展，能源需求不断提高。核聚变能是目前认识到的最终解决人类能源问题的最重要的途径之一。

经过近60年的长足努力，国际聚变研究已经取得长足发展，由欧盟、中、日、俄、美、韩、印七方参与的国际热核聚变实验堆(ITER)计划，已经进入建设阶段。中国政府一直高度重视聚变发展，2006年加入ITER计划，2008年启动了国家磁约束核聚变能发展研究专项，并将未来聚变堆的设计研发列入了国家中长期科技规划[1]。

安全是聚变能发展的生命线，而核安全监管和相关许可制度是确保聚变能安全发展的必要手段。聚变堆独特的安全特性使其无法完全照搬目前基于裂变堆建立起来的成熟的监管体系和许可技术。国际上很多国家和部门开展了针对性研究和相关实践。

本文初步梳理了国内外关于聚变核安全监管和许可的相关研究进展与现状，为我国聚变核安全监管提供参考和借鉴。

1 国际聚变监管研究进展和现状

1.1 国际热核聚变实验堆(ITER)计划

国际热核聚变实验堆(ITER)计划是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一，计划建造、运行一个可持续燃烧的托卡马克型聚变实验堆，俗称“人造太阳”，以验证聚变反应堆的工程技术可行性。其建造大约需要10年，耗资50亿美元(1998年值)。2005年6月28日，参与实验项目的中国、俄罗斯、欧盟、韩国、美国、日本在俄罗斯莫斯科最终签订协议，决定在法国南部卡达拉舍(Cadarache)建造实验反应堆。2012年11月10日ITER通过建造许可证审批，目前正在开始紧张的工程建造。

安全是ITER的头等大事，涉及项目的安全、现场工作人员的安全和当地居民和环境的安全[2]。早在1995年，制定了ITER安全与环境设计标准(GSEDC)，给出联合中心团队(JCT)通用的最高级安全设计目标、准则以及ITER标准来确保装置整个寿期中安全运行，最小化灾难和风险，从而保护现场工作人员、公众和环境。

在整个项目的设计和建造阶段采用的是法国核能监管规定。按照法国核安全监管机构ASN要求，ITER为基础核设施(INB)。法国关于大气污染和气味防治的1961年8月2日61-482号法规定，国家法令委员会对核设施的建设、运行和监管作出规定，将核设施依据技术标准划分为三类，即基础核设施(INB)、秘密基础核设施(INBS)和环境保护类核设施(ICPE)。基础核装置指核反应堆、核燃料、放射性废物处置相关设施，以及包含放射性、可裂变物质或粒子加速器的装置。

核安全监管框架如图1，2006年6月13日法国议会通过的核透明和安全法(TSN)关于基本核装置安全进行了深入改革，成立了作为独立行政机构的法国核安全监管机构ASN，参与核安全和辐射防护监督，并告知公众相关信息。Decree No.2007-1557 dated 02 November 2007法令，关于基础核装置的核安全监管、放射性物质的运输。INB order of 7thFebruary 2012主要针对的对象为基础核设施许可证持有者(ITER组织ITER Organization为ITER的运营者)，关于安全管理、公开信息、事故风险控制、控制健康和环境影响、废物管理和应急情况等议题，规定了适用于所有基础核设施的通用规则和必要要求。

ITER的监管流程始于2002年，2008年1月向法国ASN提交了文件，申请授权建设ITER装置，含项目资料、环境文件和环境许可证请求、初步安分报告(PRrS)。ASN于2008年7月返回问题和修改意见。ITER在2009年更新初步安分报告和回答ASN问题，并在2010年3月份向ASN重新提交了安分报告(含更多解释性信息和更新的设计数据)。在不断的讨论和更新后，2010年12月ITER通过了ASN审核，进入法国当局技术审核并进行公众调查。

图1 核安全监管框架[3]Fig.1 Nuclear safety Regulatory framework

作为世界范围内首个电站规模的聚变实验反应堆，ITER许可证申请过程不仅是法国也是世界范围内依据核安全法律法规体系对于聚变进行审查的首次尝试。

1.2 国际原子能机构(IAEA)

国际原子能机构(IAEA)是国际原子能领域的政府间科学技术合作组织，同时兼管地区原子安全及测量检查。国际原子能机构的职能是与联合国的主管机关和有关的专门机构协商并酌情合作，制定保护健康、尽量减少生命和财产危险的安全标准(包括对劳工条件的此类标准)；规定这些标准对原子能机构本身运作的适用范围以及对于使用由原子能机构、应其请求或在其控制或监管之下提供的材料、劳务、设备、设施和信息的动作的适用范围；并规定这些标准应缔约各方的请求适用于任何双边或多边安排之下的动作的范围或应某一国的请求适用于该国在原子能领域中的任何活动的范围。

自1973年以来，聚变安全一直是IAEA安全工作议程中的一个特殊项目[4]，IAEA组织了几次聚变安全技术系列会议，会议主要议题含：聚变堆特殊的运行安全方法(FOS)、聚变安全和验证计算程序(CFS)、职业安全及放射性监测(OSR)，事故分析(AA)、退役及废物(DW)、氚安全和贮量(TSI)、安全的社会经济性(SES)、聚变堆许可基础与要求(FRL)，会议中讨论进展、研究需求以及未来计划。

在国际聚变研究委员会(IFRC)的指导下，IAEA开展了一系列旨在推进国际合作和帮助提高聚变动力安全性和环境优势方面的活动，其中包括支助ITER项目。1995年IAEA出版了一本有关惯性聚变反应堆安全性的文集。

IAEA在辐射安全领域里的很多工作与聚变安全相关，涉及设计辐射防护的安全标准、放射性材料的安全运输和放射性废物管理、氚安全处理导则以及限值向环境释放放射性等课题。2007年公布了针对新堆的技术报告IAEA-TECDOC-1570 Proposal for a Technology-Neutral Safety Approach for New Reactor Designs[5]。报告的初衷是因为许多国家都在积极发展核能项目，先进反应堆概念具有不同的设计方法、技术和安全特性，如果完全照搬目前主要基于水堆发展起来的安全要求，有时需要进行大量的解释或修改。报告目的是提供与堆型无关、技术中立的安全方法来指导新堆的设计、安全评估和许可。针对现有的设计和许可规则(针对水堆)，报告提出了一些需要改变和发展的关键领域，如定量的安全目标取代定性的安全目标、加强纵深防御(DiD)、加强纵深防御等级与定量化安全目标之间的关系、进一步发展概率安全分析(PSA)等。报告主要是确定工作的领域和流程，而不给出具体的需要进一步研究发展或修改的东西，如本报告建议给出定量的安全目标，但不会建立具体的安全目标值。由于其安全方法与堆型无关，所以其未来可推广应用于聚变堆。

1.3 国际能源署(IEA)

国际能源署(IEA)是一个政府间组织，担任其29个成员国的能源政策顾问，并与成员国一起协力为其国民提供可靠及经济的清洁能源。随着能源市场的变迁，国际能源署的使命纳入了基于提高能源安全、经济发展和环境保护“3个E”的均衡能源决策概念。国际能源署当前的工作重点是研究应对气候变化的政策、能源市场改革、能源技术合作和与世界其他地区，特别是主要能源消费和生产国[6]。

为加强聚变研究和发展提供平台并从战略角度部署活动，1975年建立国际能源署聚变能协调委员会(FPCC)，以期在IEA成员国及主要合作国实现聚变能，并为相关方分享世界各地聚变研究。该委员会还负责九个执行协议。

聚变能环境、安全和经济实施协议(ESEFP)为该委员会框架下九大执行协议之一，主要就聚变能环境影响和安全性评估、聚变能成本评估、潜在未来能源方案评估、发展安全和环境评估所需数据库、不同国家安全与环境分析方法的比较研究等方面开展研究，项目含：活化产物和源项、故障率数据库、室内氚源项、磁场安全、核电厂研究、放射性废物研究等。有七个缔约国：加拿大、中国、欧盟、日本、韩国、俄罗斯、美国。印度在2015年也表达了加入该协议的意愿。

1.4 美国

美国联邦法规(CFRs)和指令要求主要是基于裂变燃料循环，当美国能源部(DOE)聚变能科学办公室(OFES)及美国能源部实验室负责人采用目前能源部相关法规、指令、标准等时，发现不能很好的应用于聚变堆。认为需要与时俱进的安全文件来监管聚变装置[7]。

1992年，美国能源部开始起草聚变安全相关的文件，成立聚变安全指导委员会(FSSC)，最初由13个成员组成，主要来自于美国能源部实验室热衷聚变安全研究的代表及聚变能研究办公室代表；后该委员会扩充到含21位能源部成员和15位代表大学和工业的评审员。主要撰写者为聚变安全指导委员会的13位元老成员，来自于爱达荷国家实验室(当时还是爱达荷国家工程实验室INEL)、橡树岭国家实验室(ORNL)、普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)、西屋萨瓦纳河公司(WSRC)。最后产出为能源部两部标准文件Safety of Magnetic Fusion Facilities-Requirements[8],和Safety of Magnetic Fusion Facilities Guidance[9]。

这两个标准强调磁约束聚变装置的安全。聚变与其他核装置具有很大的区别，如聚变能源和放射性源项分散、无裂变产物和增殖材料、放射性废物和流出物、不是所有阶段都属于核装置、聚变特有危害等，聚变安全指导委员会委员会将这些区别体现在磁约束装置的相关要求和执行中。DOE-STD-6002-96从安全政策(Safety Policy)、安全要求(Safety Requirements)、安全和环境原则(Safety And Environmental Princi-ples)等方面为用户提供了特定于聚变装置的、简洁易懂的、基于安全性设计和运行的整合介绍。该要求适用于该标准发布后建造的聚变装置及未来的商业堆，写得比较通用，以便能够为可能监管聚变的机构提供参考模板。DOE-STD-6003-96指导如何满足上述DOE-STD-6002-96中的要求，主要面向对象为近期装置如ITER。

直到2009年，美国核管会(NRC)没有参与聚变能装置的发展和许可。2009年4月20日，核管会公开明确了其对商用聚变能源装置的管制权，其工作人员将继续进一步评估聚变设备监管相关的技术和法律问题，在未来向委员会提供更细节的建议[10]。

1.5 欧盟

欧盟在聚变核安全方面的研究起步早。1990-1994年，启动了聚变电站安全与安全评估项目SEAFP-1，评估确定了聚变能在安全和环境方面诱人的特性，并明确了需要进一步研究和深入理解的重要议题。据此开展了系列的后续研究含SEAL 1995-98、SEAFP 1997-98、SEAFP-99[11-12]等，主要通过研究低活化马氏体钢或其他先进材料而达到安全目标，并研究了废物管理。2001-2004年聚变电站概念研究PPCS项目论证聚变电站的可靠性、安全和环保优势，以及潜在经济性。2014年启动WPSAE项目，计划2014-2018年开展设计和许可研究及一体化的安全分析/源项的模型和程序等[12]。

欧盟在ITER许可方面做了大量工作[13]。2005年在法国卡达拉舍召开会议，确定ITER除了通用场址安全报告还需要做什么工作，以及哪些单位或人员将参与到ITER许可证程序执行中。ITER组织与欧盟委员会签订了协议，由欧盟委员会研究提供ITER许可程序中关键途径所有缺少的因素。欧洲聚变开发协议(EFDA)通过欧盟ITER选址研究项目提供专家和资源来完成相关文件。该项目由EFDA进行协调，具体工作的执行者有CEA-AIF, 欧盟协会CEA、CIEMAT、ENEA、FZK和VR/Studsvik，以及欧盟工业界如Areva, Ibertef, Iosis，并与ITER组织进行紧密的、全面的合作。F4E(Fusion for Energy)负责大多数R&D项目解决ITER组织的开放课题，典型代表如粉尘管理(产生、迁移、诊断、消除等)、氢气粉尘混合爆炸模型的开发和验证、证明预防和减缓真空室内氢气粉尘爆炸的可能性、研究磁铁电弧行为后果等。在最终ITER申请建造许可证DAC文件撰写和开展相关研究中，欧盟投入了35个人年，主要集中在支持初步安分报告文件：聚变实验经验、聚变技术研究现状、安全运行限制、确定安全控制系统、发展维修项目、分析职业照射、将人因考虑到设计、事件/事故分级、定义设计和安全法则标准、设计审查标准、建构控制、废物管理、内外部危害和安保相关的安全分析。另外还有项目的环境影响评估和文件的协调、准备和向安全当局的提交。

1.6 韩国

韩国关于聚变许可证和安全研究主要为三个阶段[14]：1)KSTAR许可。基于韩国现有核法规，KSTAR为辐射装置。为适应用氘托卡马克装置的特性，韩国核安全研究所(KINS)发展和公布了一系列的要求来检查KSTAR的安全，而支持其运行许可。2)ITER实物安全分析。为设计和制造韩国提交到ITER的实物设备，进行了系列研究。3)韩国示范堆K-DEMO的安全研究。

韩国核安全研究所(KINS)为韩国未来聚变电站监管的专业研究机构，基于美国核管会NRC和国际原子能机构IAEA的技术中立框架TNF建立了韩国的TNF并用于核反应堆新概念，还建议将其用于四代堆含高温气冷堆和钠冷快堆。2007年分析了ITER许可进展，为韩国聚变安全监管提供了战略路线[14]。

ITER和未来的DEMO在安全问题上有很多不同，韩国庆熙大学(Kyung Hee University)和国家聚变研究所(NFRI)总结了K-DEMO的相关许可和监管研究进展[15]。鉴于系统、材料、内在安全特性与传统压水堆有很大不同，四代堆(Gen-IV)发展面临同样的现有监管(基于水堆)不适用的问题，他们将四代堆的一些发展理念和发展进展引入到K-DEMO。评估了本用于四代堆安全评价和相关资料准备的一体化安全评估方法ISAM，认为其在确定和建立与堆型无关的监管要求方面具有优势，并应用ISAM的工具探索了K-DEMO的安全问题，如找到系统的薄弱环节和确定ITER和K-DEMO之间的gaps，为K-DEMO的概念设计和监管要求提供指导。

2 中国聚变安全与许可研究现状

中国针对聚变堆安全与许可的研究前期主要集中在ITER测试包层模块项目上，中国科学院核能安全技术研究所(简称“核安全所”)为国内包层研制主体单位之一[16-25]，参与了ITER的安全分析和评价工作[26-31]，并起草了中国液态包层的初步安分报告[31-35]，联合西南物理研究院(简称“西物院”)和中国工程物理研究院(简称“中物院”)共同推进ITER中方固态包层安全评价[36-37]。

国内聚变安全研究相关单位已形成紧密联盟，2013年核安全所联合西物院、中物院、苏州大学等国内重要优势力量，成立“聚变核安全研究中心”，围绕聚变核安全深入开展体系化工作，全面支持ITER和中国聚变工程实验堆设计、建造、运行工作。

中国关于聚变监管必要性及相关政策研究正处于起步阶段。2014年科技部批准启动“国家磁约束核聚变能发展研究专项”首个聚变安全相关大项目“聚变核安全与辐射防护关键技术”，由核安全所主持，其研究课题之一“聚变堆安全评价体系及放射源项分析研究”，目标为评估中国目前基于裂变堆建立起来的许可证技术在聚变堆安全监管中的适用性，并结合中国国情和现有监管体系给出涵盖聚变堆选址、建造、装料、运行、退役全寿期的监管建议，为我国聚变工程化提供评审技术支持。2015年“国家磁约束核聚变能发展研究专项”启动项目“核聚变装置可靠性与概率安全目标研究”(核安全所主持)，针对聚变堆特性，初步确定适用于聚变堆的概率安全建议目标和建立聚变装置的可靠性指标体系，为聚变安全监管层次填补一重要量化标准。

中国在聚变核安全相关领域的研究成果得到国际同行高度认可。核安全所分别于2010年和2011年代表中方加入国际能源署框架下的聚变堆核技术合作协议和聚变能环境、安全和经济实施协议。2013年聚变能环境、安全和经济实施协议执委会会议，吴宜灿研究员被推选为其执委主席，2015年破例连任[38]，且当选聚变堆核技术合作协议执委副主席[39]。发起并成功举办第一届国际聚变能环境、安全和经济研讨会，与美国能源部、欧盟委员会、俄罗斯原子能公司、日本原子能机构、韩国国家聚变研究所等知名机构一体共商大计，以期建立聚变堆的安全评价体系、安全设计导则等。

3 总结及建议

核安全监管和相关许可制度是确保聚变能安全发展的必要手段。目前还没有哪个国家正式公布了针对聚变的安全标准和许可监管制度。ITER作为世界范围内首个电站规模的聚变实验反应堆，其许可证申请过程是世界范围内核安全法律法规体系对于聚变对进行审查的首次尝试。欧盟在ITER许可文件提交和相关的R&D项目中做出了很多贡献。美国能源部制订了安全标准指导美国的聚变实验装置，核管会也已公开表明对聚变堆的管辖，并开始许可的相关研究。

中国政府高度重视聚变发展，也一直将安全作为核能发展的生命线。但关于聚变核安全相关研究一直由科技部牵头，由中国科学院、中国核工业集团、总装备部等下属院所、知名高等院校及工业界参与，而国家负责核能监管的环保部和核安全局还未针对聚变监管和许可等开展整体规划和考虑，这已经不能与目前中国聚变的发展速度和规模相匹配。许可与监管的研究周期长、涉及文件多、关系复杂，尤其是对于聚变堆的监管并未有成熟的经验借鉴，建议政府尽快开展中国聚变堆监管与许可顶层设计，统筹布局相关研究。

致谢

本工作得到国家磁约束核聚变能发展研究专项(2014GB112000、2014GB112001)的资助。感谢FDS团队其他成员为本工作的顺利开展提供的支持与帮助。

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Preliminary Study of the Status of Fusion Safety Regulation and Licensing

WANG Hai-xia,CHEN Zhi-bin,LI Ya-zhou,SHEN Xin-yuan,JIANG Jie-qiong,HU Li-qin,YU Jie, WU Yi-can, FDS Team

(Key Laboratory of Neutronics and Radiation Safety, Institute of Nuclear Energy Safety Technology, Chinese Academy of Sciences, Hefei, Anhu, 230032, China)

China has a very ambitious picture for magnetic confinement fusion energy development, which must meet the premise of safety. Nuclear safety regulatory and related licensing rules are the necessary tools to ensure the safety. Its unique safety features make it is unfeasible for fusion to completely copy the current established laws and regulations based on fission technologies. The main findings of a thorough literature study to reveal the current state and lessons learnt of the fusion safety licensing and regulation, including ITER, IAEA, IEA, European Union, United States, Korea etc., are presented and the status and problems of China fusion regulation and licensing are also summarized. Advice is given to Chinese government to develop top design for fusion reactor regulation and licensing along with some specific approaches, and conduct the relevant research as soon as possible.

Fusion nuclear safety；Regulation；Licensing

2016-07-20

国家磁约束核聚变能发展研究专项(批准号：2014GB112000、2014GB112001)

王海霞(1983—)，女，河北邯郸人，助理研究员，博士，主要从事核能系统核安全监管与许可研究工作

胡丽琴:liqin.hu@fds.org.cn

TL69

A

0258-0918(2016)04-0497-07