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摘要: 核電廠發(fā)生堆芯融化事故后，就進入嚴重事故狀態(tài)。嚴重事故情況下，核電廠會發(fā)生堆芯失去冷卻、堆芯融化、壓力邊界失效、放射性物質(zhì)向環(huán)境釋放的情況。由于期間環(huán)境煙羽擴散方向不穩(wěn)定，污染區(qū)域擴散廣，核電廠需要開展快速響應(yīng)。本文介紹了 IAEA 推薦的應(yīng)急行動分區(qū)和防護行動 , 并詳細介紹了事故早、中、晚期時段的污染風險、應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測任務(wù)和行動，對嚴重事故情況下核電廠應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測工作準備與響應(yīng)進行了詳細探討。嚴重事故情況下，核電廠應(yīng)基于堆芯狀況，減少對評價系統(tǒng)和會議決策的依賴性，優(yōu)先在所有周邊區(qū)域采取防護行動，降低人員輻射危害，盡可能保證公眾的健康和安全。

關(guān)鍵詞：嚴重事故；應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測；應(yīng)急防護行動

一、嚴重事故進程分析

目前世界上核電廠類型主要是輕水堆，壓水堆占 60%，沸水堆占 20%。核電廠運行階段分為運行狀態(tài)（正常運行、預期事件運行）和事故狀態(tài)（設(shè)計基準事故、超設(shè)計基準事故），堆芯融化即進入嚴重事故情形。堆芯嚴重事故一般發(fā)生在 2 個位置：反應(yīng)堆堆芯和乏燃料水池。核電廠燃料事故進程分為 4 個階段，分別為初始燃料損壞、堆芯融化遷移、一回路壓力邊界失效、反應(yīng)堆失控。隨冷卻劑失效，溫度上升，堆芯發(fā)生了很大的變化。設(shè)計基準和超設(shè)計基準事故階段，堆芯溫度為～ 300℃ -1200℃，危害局限于燃料芯塊破裂，燃料包殼氧化率低，800℃時控制棒發(fā)生融化，這個階段堆芯幾何依舊維持；嚴重事故階段，堆芯溫度大于1200℃，此時燃料芯塊破裂氧化產(chǎn)生的熱量大于衰變熱，產(chǎn)生高能氫氣，堆芯發(fā)生融化；溫度高于 1400℃時，發(fā)生鋯水反應(yīng)；溫度大于 1800℃時，堆芯與反應(yīng)堆底部混凝土反應(yīng)，融化并穿透反應(yīng)堆。從堆芯失去冷卻劑開始，大約 20 ～ 40 分鐘，即可發(fā)生堆芯融化，壓力邊界失效，放射性物質(zhì)大量向環(huán)境釋放的事故發(fā)生。因此，嚴重事故情況下，進程發(fā)生時間快、破壞影響力大，需要盡快執(zhí)行應(yīng)急防護行動。

二、嚴重事故情況下應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測工作準備和響應(yīng)

（一）嚴重事故情況下環(huán)境和應(yīng)急行動特性環(huán)境煙羽擴散方向不穩(wěn)定。IAEA 對煙羽擴散和風向跟蹤進行了一定研究，在擴散過程中，煙羽難于探測和跟蹤。同一時間不同高度的風向是動態(tài)變化的，因此煙羽擴散沒有固定的下風向，見圖 1。而且 IAEA 對福島核事故不同方位，不同距離和時間劑量率的變化，進行了調(diào)查，沉降區(qū)域劑量率水平影響也證實了這一點。在煙羽沉降過程中，降雨是最大的影響因素，沉積易造成當?shù)貏┝克降纳摺：耸鹿饰廴緮U散區(qū)域廣。切爾諾貝利核事故污染擴散區(qū)域遠達 300km，食品、牛奶和飲用水需要在大范圍的面積內(nèi)進行限制（降雨因素影響嚴重）。IAEA 食入限制區(qū)范圍為300km，并建議此范圍內(nèi)進行食物的全面控制。熱點不斷出現(xiàn)和行動。在屋槽、低洼、排水溝、樹葉上等會出現(xiàn)高劑量率的熱點，而且同一個監(jiān)測位置，監(jiān)測數(shù)據(jù)差別可能會很大，具有很高的不確定性。需要仔細監(jiān)測并識別潛在熱點，超出控制標準的地區(qū)，需要進行地區(qū)出入限制，并對人員開展防護行動。應(yīng)急防護行動的全方位開展。IAEA 對福島核事故影響區(qū)域的分析得到，由于風向變化和煙羽沉積的不可預測性，劑量預測模型與實際沉積劑量數(shù)據(jù)會有很大差別，因此事故后果等相關(guān)評價，僅可作為應(yīng)急行動建議參考。早期應(yīng)急防護行動，應(yīng)該盡早阻止確定性效應(yīng)的發(fā)生和降低隨機效應(yīng)的風險，因此需要盡快在核電廠的全部方位的地區(qū)（除海域）開展緊急防護行動（服碘、撤離、隱蔽、食物限制等）。（二）IAEA 應(yīng)急行動分區(qū)和防護行動推薦嚴重事故情況下，IAEA 應(yīng)急行動區(qū)劃分為 4 類，分別為預防行動區(qū)（PAZ-Precautionary Action zone）、緊急防護行動計劃區(qū)（UPZ-Urgent protective action planning zone）、擴展嚴重事故情況下，應(yīng)急防護行動過程有：第一階段：PAZ 和 UPZ 區(qū)域人員在廠 / 家服用碘片；PAZ人員撤離到 UPZ 之外；ICPD 區(qū)域內(nèi)進行食物和商品控制；通知 UPZ 人員準備撤離；第二階段：UPZ 人員撤離到 UPZ 之外；病人撤離到 EPD之外；此時煙羽擴散沉降，EPD 部分區(qū)域需要進行人員撤離；第三階段：對 EPD 區(qū)域進行監(jiān)測和取樣分析，驗證超標準區(qū)域并執(zhí)行人員撤離；第四階段：監(jiān)測和取樣分析結(jié)果，若超過 OIL2 操作干預水平，驗證超標準區(qū)域并執(zhí)行人員撤離。（三）嚴重事故下應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測工作探討核電廠事故按照輻射風險來源和監(jiān)測任務(wù)，分為早中晚三個階段。①事故早期為從出現(xiàn)明顯的放射性物質(zhì)釋放的先兆到開始釋放后的幾個小時。該階段主要環(huán)境輻射風險來源于放射性煙羽外照射和放射性吸入內(nèi)照射，監(jiān)測范圍一般不超過核電廠 5km。事故早期應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測任務(wù)如下：確定煙羽特征，如方向、放射性水平以及隨時間和空間的變化；核實輻射后果評價結(jié)果；關(guān)鍵區(qū)域的污染評價。②事故中期為從放射性物質(zhì)開始釋放后的幾小時到幾天或幾周。在中期階段，大部分的放射性物質(zhì)已經(jīng)沉積于地面，同時放射性釋放可能仍在持續(xù)，該階段輻射危害主要來自煙羽放射性外照射、地面沉積外照射、放射性物質(zhì)的吸入以及污染食品和水的攝入造成的內(nèi)照射。該階段環(huán)境監(jiān)測任務(wù)的重點對下風向污染區(qū)空氣、水、食物進行監(jiān)測。事故后期（恢復階段）為從事故中期以后可能延伸幾周甚至幾個月或若干年。③事故后期階段核電廠放射性釋放已經(jīng)停止，但照射途徑基本同于事故中期，主要是地面沉積外照射和食入、吸入放射性造成的內(nèi)照射。事故后期應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測任務(wù)在于確定整個事故釋放所造成的污染水平及范圍，事故后期環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)為決定去污范圍、是否采取避遷或永久再定居等中長期防護措施、或是否解除防護措施、恢復到正常狀態(tài)等提供依據(jù)。嚴重事故情況下，事故進程快、嚴重且復雜，應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測工作，需要針對性的進行相關(guān)調(diào)整：①嚴重事故早期，在機組不可控制和預測情況下，核電廠應(yīng)優(yōu)先由運行操作員，根據(jù)堆芯狀況等級決定應(yīng)急防護行動。早期環(huán)境監(jiān)測工作應(yīng)在機組狀態(tài)可控情況下全方位開展；重點參考核電廠氣象與輻射監(jiān)測系統(tǒng)和核電廠監(jiān)督性監(jiān)測系統(tǒng)的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，以及 DCS（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）/KNS（實時信息監(jiān)控系統(tǒng)）實時顯示機組狀態(tài)參數(shù)，為應(yīng)急行動提供相應(yīng)建議。②嚴重事故中期，要全方位開展取樣監(jiān)測工作。特別要關(guān)注車載巡測、航測、環(huán)境取樣監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)的熱點，并根據(jù)現(xiàn)場情況和操作干預水平修正采取緊急的防護行動。③嚴重事故后期，也要全方位開展取樣監(jiān)測工作。環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)為決定去污范圍、是否采取避遷或永久再定居等中長期防護措施、或是否解除防護措施、恢復到正常狀態(tài)等提供依據(jù)。本階段需要對熱點區(qū)域進行去污，還應(yīng)重點關(guān)注和跟蹤核輻射對陸地、海洋的污染影響。④嚴重事故中，還可能疊加海嘯、地震等自然災害，造成部分監(jiān)測站點故障失效，環(huán)境實驗室不可久留無法開展監(jiān)測等。此時，則需要應(yīng)急環(huán)境人員布放移動組網(wǎng)系統(tǒng)替代監(jiān)測，并由事故協(xié)議核電廠開展支援監(jiān)測分析。

三、結(jié)論及建議

嚴重事故情況下，核電廠需要針對嚴重事故情況事故進程、環(huán)境和應(yīng)急行動特性，做好應(yīng)急準備和響應(yīng)，以降低輻射危害可能性，盡可能保證公眾的健康和安全，相關(guān)結(jié)論與建議有：（一）核電廠嚴重事故情況下，由于堆芯損失狀態(tài)、源項釋放途徑、釋放時間、釋放距離和煙羽擴散方向都是無法預測的，因此核電廠應(yīng)優(yōu)先由運行操作員，根據(jù)堆芯狀況優(yōu)先在所有周邊區(qū)域采取防護行動。同時建議國家核應(yīng)急相關(guān)部門，參考 IAEA 嚴重應(yīng)急事故應(yīng)急行動分區(qū)，統(tǒng)籌考慮合適嚴重事故情況下的應(yīng)急行動分區(qū)，以便事故時及時開展防護行動。（二）嚴重事故情況下，由于評價系統(tǒng)的不可模擬性，獲取數(shù)據(jù)的有限性和時間的急迫性，核電廠應(yīng)盡快采取應(yīng)急防護行動，減少對評價系統(tǒng)和會議決策的依賴性。（三）嚴重事故情況下，事故早期煙羽擴散期間環(huán)境監(jiān)測工作應(yīng)在機組狀態(tài)可控后再穩(wěn)妥開展。此期間，主要依據(jù)核電廠輻射與氣象監(jiān)測系統(tǒng)和核電廠監(jiān)督性監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，為應(yīng)急防護行動提供參考建議。（四）嚴重事故中后期，需要開展全面的應(yīng)急環(huán)境取樣、監(jiān)測分析工作，并進行操作干預水平修正，為決定去污范圍、是否采取避遷或永久再定居等中長期防護措施、或是否解除防護措施、恢復到正常狀態(tài)等提供依據(jù)。

參文文獻

[1]IAEA.Regionaltrainingcourseonemergencypreparednessandresponseinsevereaccidents[G].IAEA-WORKINGMATERIAL,2014.

[2] 劉剛 , 應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測 .012-AB-P-MC-L19-103, 寧德核電有限公司 .2016.

[3]GB/T17680.8, 核電廠應(yīng)急計劃與準備準則 -- 場內(nèi)應(yīng)急計劃與執(zhí)行程序 [S].

[4]IAEA-TECDOC-1092, 核或輻射應(yīng)急時通用監(jiān)測程序 [S].

作者:劉剛 孫偉 單位:福建寧德核電有限公司