后处理主工艺操纵人员持照岗位设置探讨

吕 丹，杨晓伟，刘运陶，张 宇，赵善桂，徐春艳

(生态环境部核与辐射安全中心， 北京 100082)

《中华人民共和国核安全法》第三十七条要求“核设施操纵人员……应当按照国家规定取得相应资格证书”[1]。《中华人民共和国民用核设施安全监督管理条例》第十三条提出“核设施操纵员执照分《操纵员执照》和《高级操纵员执照》两种。持《操纵员执照》的人员方可担任操纵核设施控制系统的工作。持《高级操纵员执照》的人员方可担任操纵或者指导他人操纵核设施控制系统的工作”[2]。

《中华人民共和国民用核设施安全监督管理条例》所配套的部门规章《核电厂安全许可证件的申请和颁发》(HAF 001/01—1993)[3]和《研究堆安全许可证件的申请和颁发规定》(HAF 001/03—2006)[4]则分别对核动力厂和研究堆操纵人员重要岗位持照要求、执照有效期、执照考核颁发职责等做出了规定。此外还发布实施了《核电厂操纵人员执照颁发和管理程序》(HAF 001/01/01—1993)[5]作为《核电厂安全许可证件的申请和颁发》的配套管理程序，详细规定了核动力操纵人员执照申请办法流程和具体要求。

乏燃料后处理是闭式核燃料循环中的重要环节，其主工艺的主要任务是从乏燃料中回收和纯化铀钚等裂变材料，提取可利用的核素。我国一直坚持核燃料闭式循环政策，进行乏燃料后处理。与核电厂相比，乏燃料后处理厂作为典型的核化工厂，具有如下特点：(1)采用了多样化的化工工艺和技术；(2)应用了大量毒性、腐蚀性或可燃性危害化学品，与核安全相关的物料在设施中分布更为广泛[6]。现行法规标准缺少关于乏燃料后处理设施操纵人员持照岗位的相关规定，因此，本文对我国后处理设施主工艺操纵人员的持照岗位进行了探讨，以便为后续设置后处理设施的操纵人员持照岗位、以及开展操纵人员资质管理提供参考或依据。

1 后处理主工艺流程与操纵岗位

后处理设施典型的主工艺流程包括：首端、铀钚分离(又名共去污)、铀尾端(含铀纯化)和钚尾端(含钚纯化)四大工序，各工序流程简图依次如图1～图4所示。各工序均设置相应的操纵岗位。

图1 后处理首端流程简图[7]

图2 后处理铀钚分离(共去污)流程简图[7]

图4 后处理钚尾端(含钚纯化)流程简图[7]

2 后处理主工艺操纵岗位的安全重要度评价

后处理主工艺操纵岗位中持照岗位的设置与操纵岗位的安全重要度密切相关，以下主要从操纵岗位所执行的安全功能、潜在事故以及历史发生的人因事故三个方面来评价主工艺各操纵岗位的安全重要度。

2.1 后处理主工艺操纵岗位的安全功能评价

根据2017年国际原子能机构(IAEA)发布的《核燃料后处理设施的安全》(SSG 42)，后处理设施执行的主要安全功能包括：(1)预防临界；(2)放射性物质包容；(3)外照射防护[7]。其中，第(2)项“放射性物质包容”安全功能具体细分为：(2a)静态和动态包容；(2b)保护工作人员；(2c)保护公众和环境；(2d)冷却和衰变热的移除；(2e)防止辐解和其他危险爆炸物或易燃物的产生[7]。

对首端、铀钚分离、铀尾端、钚尾端所执行的安全功能进行梳理，汇总列于表1。

表1 后处理主工艺操纵岗位执行的安全功能

1)1代表“预防临界”；2)2代表“放射性物质包容”；3)2a代表“静态和动态包容”；4)2b代表“保护工作人员”；5)2c代表“保护公众和环境”；6)2d代表“冷却和衰变热的移除”；7)2e代表“防止辐解和其他危险爆炸物或易燃物的产生”；8)2d*代表可能存在“冷却和衰变热的移除”，假设钚浓缩通过浓缩蒸发器方式，则存在“冷却和衰变热的移除”;9)3代表“外照射防护”。

表1的结果显示，“预防临界”、“放射性物质包容”和“外照射防护”三种类型的安全功能为主工艺各工序执行的共性安全功能。“放射性物质包容”所细分的“静态和动态包容”、“保护工作人员”、“保护公众和环境”、“冷却和衰变热的移除”以及“防止辐解和其他危险爆炸物或易燃物的产生”五种子类型的安全功能在主工艺各工序也均有所体现。

但是，为执行不同类型的安全功能，主工艺各工序的工程设防措施的配置复杂程度有所区分。

在执行“预防临界”安全功能方面，由于含钚料液的临界质量或临界浓度远小于含铀料液，因而，与铀尾端相比较，首端、铀钚分离、钚尾端三个工序中容纳有含钚料液的贮槽、反应容器等设备的次临界控制措施的设置需考虑更为细致、精确。

在执行“放射性物质包容”安全功能方面，由于乏燃料、高放废液和含钚料液的放射性水平属于高放射性水平或α放射性，因而，与铀尾端相比较，首端、铀钚分离、钚尾端三个工序应更为重视静态包容屏障的完整性和动态包容屏障的有效性。

特别地，“冷却和衰变热的移除”和“防止辐解和其他危险爆炸物或易燃物的产生”两种子类型的安全功能根据主工艺各工序的工艺特点，其表现各有不同。其中，“冷却和衰变热的移除”功能主要体现在：暂存有乏燃料和高放废液的首端；有铀浓缩蒸发器的铀钚分离、铀尾端；以及可能有钚浓缩蒸发器的钚尾端。“防止辐解和其他危险爆炸物或易燃物的产生”功能主要体现在：剪切乏燃料组件产生锆屑的首端；使用有机溶剂进行萃取或反萃操作的铀钚分离、铀尾端和钚尾端；可能发生叠氮酸爆炸风险的铀尾端；以及可能发生辐解氢气爆炸的钚尾端。

总的来讲，首端、铀钚分离、铀尾端和钚尾端四个工序的安全功能均执行了“预防临界”、“放射性物质包容”和“外照射防护”。其中，在执行“预防临界”和“放射性物质包容”安全功能方面，首端、铀钚分离和钚尾端三个操纵岗位的安全设防措施要求更高、配置也更为复杂，由此，对这三个操纵岗位的操纵人员水平和能力的要求也相应增加，因此，对这三个操纵岗位的操纵人员进行持照管理的必要性也相应增加。

2.2 后处理主工艺操纵岗位的潜在事故评价

《核燃料后处理厂潜在事故的假设》(HAF J0051)[8]按照美国埃克松核燃料回收和再循环中心初步安全分析报告，将事故分为五种类别：(1)事件、(2)小事故、(3)大事故、(4)设计基准事故、(5)严重事故，并给出了相应的事故(事件)谱。

对主工艺各工序的事故(事件)谱进行归纳，列于表2。

由表2的统计结果可以得出，主工艺各工序的潜在的事故(事件)谱的数量为：首端20个、铀钚分离19个、铀尾端19个、钚尾端23个。

在后果相对显著的“大事故”类别中，临界事故为主工艺各工序的共性事故。此外，首端、铀钚分离和钚尾端三个工序根据其工艺特点不同，还有其他的潜在大事故，具体为：首端的高放废液泄漏事故、铀钚分离的共去污循环萃取柱溶剂着火事故、钚尾端的钚浓缩器内红油(硝化TBP和类似化合物)爆炸和硝酸钚槽氢爆炸事故。

在这些事故(事件)谱的监测、预防或缓解措施的落实中，操纵人员都可以发挥重要的作用。比如：操纵人员持续观察着其监测信号，并且关注着事故(事件)的预防措施是否妥善执行；再比如：若事故(事件)发生后，操纵人员将采取适当的缓解措施以降低事故(事件)的影响或后果。

表2 后处理主工艺1)操纵岗位潜在事故/事件谱[8]

1)HAF J0051中描述的设计基准事故包括：高放废液浓缩器内红油爆炸、停工期间集中贮存溶剂的设备室内溶剂着火、以及乏燃料贮存水池和高放废液贮槽丧失正常冷却共3个，故主工艺各工序不涉及此类设计基准事故。HAF J0051中描述的严重事故包括：大于安全停运地震的地震、大于设计基准龙卷风的龙卷风、大于可能最大洪水的洪水、较大的毁灭性火灾、大型飞行器的撞击、高放废液渗入土壤以及全部丧失冷却能力共7个，故主工艺各工序不涉及此类严重事故。2)假设钚浓缩通过浓缩蒸发器方式，则存在浓缩器有关事故(或事件)。

由此，就潜在事故的设防而言，首端、铀钚分离、铀尾端和钚尾端四个工序的操纵岗位都有必要设置持照岗位，并选聘熟悉工艺特点、有责任心、具有风险意识、能承担压力的操纵人员上岗操纵。这些操纵人员需既执行正常的工艺操作，也需能够在面临事故风险时采取妥善的行动。

2.3 后处理主工艺操纵岗位的历史发生人因事故评价

美国核管会(NRC)发布的《乏燃料后处理和相关事故现象回顾》(NUREG/CR-7232)[9]汇总了国内外公开的实际发生的后处理设施有关事故案例，并对人因失误造成的事故进行了标注。对NUREG/CR-7232中的人因事故进行汇总，并根据其工艺特点推演出其可能隶属的操纵岗位，归纳列于表3。

表3 后处理设施历史发生人因事故汇总

表3的统计结果显示，共有10例人因失误所导致的涉及主工艺各工序的实际发生的事故，其中2例为化学爆炸事故，8例为临界事故。根据料液主要成分划分，涉及含铀料液的事故共7起，涉及含钚料液的事故共3起。

根据各例事故的起因概述，对其可能隶属的操纵岗位进行了推演，其中可能涉及铀钚分离9例，可能涉及铀尾端7例，可能涉及钚尾端3例。

由此，根据历史实际发生的人因事故的经验教训，处理含铀料液的工序(主要包括铀钚分离和铀尾端)的事故风险不容忽视；此外，钚尾端由于其含钚料液的高临界风险也需重视。由此，铀钚分离、铀尾端和钚尾端的操纵岗位需要设置合适的持照岗位，其持照上岗的操纵人员需要具备并持续保持良好的综合素养和知识技能，以尽可能避免人因失误所致的临界或化学爆炸事故。

3 结论

在乏燃料后处理设施主工艺各工序的操纵岗位中，从操纵岗位所执行的安全功能、潜在事故以及历史发生的人因事故研判，首端、铀钚分离、铀尾端和钚尾端四个操纵岗位都有必要设置相应的持照岗位并开展操纵人员的资质管理。