“千人計(jì)劃”專家解讀核電廠嚴(yán)重事故預(yù)防與緩解

今年4月，中核集團(tuán)“龍騰2020科技”創(chuàng)新計(jì)劃——“嚴(yán)重事故特性、預(yù)防、緩解及管理技術(shù)研究”專項(xiàng)正式啟動(dòng)。該專項(xiàng)由中核集團(tuán)投入上億元，旨在進(jìn)一步提升三代自主核電技術(shù)（如“華龍一號(hào)”）的安全性，并應(yīng)用于現(xiàn)役核電廠的技術(shù)改造和安全性提升。

項(xiàng)目首席科學(xué)家、國家“千人計(jì)劃”專家馬衛(wèi)民博士認(rèn)為：“核電廠嚴(yán)重事故的研究將為‘從設(shè)計(jì)上實(shí)際消除大規(guī)模放射性釋放’提供科學(xué)保障。”在采訪中，馬衛(wèi)民也對(duì)記者科普了核電廠嚴(yán)重事故的有關(guān)知識(shí)。

嚴(yán)重事故研究提升安全性

記者：核電廠嚴(yán)重事故是什么？

馬衛(wèi)民：眾所周知，安全是核電發(fā)展的生命。核電廠的事故一般可以分為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故和嚴(yán)重事故（超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故）。具體來說，嚴(yán)重事故指的就是由于堆芯大面積熔毀而導(dǎo)致放射性物質(zhì)從核燃料組件中逸出的事故。嚴(yán)重事故的特點(diǎn)是發(fā)生概率極低，但后果極其嚴(yán)重，可能會(huì)對(duì)公眾和環(huán)境產(chǎn)生重大影響。

從人類開始和平利用核能至今，全世界的核電廠一共發(fā)生過三起嚴(yán)重事故，分別是：1979年的美國三哩島核事故、1986年的蘇聯(lián)切爾諾貝利核事故以及2011年的日本福島核事故。

我們對(duì)嚴(yán)重事故開展研究，主要有兩個(gè)目的：第一是掌握嚴(yán)重事故的科學(xué)規(guī)律，了解事故的發(fā)生、演變過程，為反應(yīng)堆安全評(píng)價(jià)提供知識(shí)和工具；第二是開發(fā)嚴(yán)重事故預(yù)防與緩解的技術(shù)措施，為“從設(shè)計(jì)上實(shí)際消除大規(guī)模放射性釋放”提供工程技術(shù)保障。

記者：對(duì)嚴(yán)重事故的研究具體是如何提升核電安全性的？

馬衛(wèi)民：嚴(yán)重事故的過程通常是：反應(yīng)堆堆芯溫度過高，核燃料組件幾何形態(tài)遭到破壞，堆芯大面積融毀，放射性物質(zhì)從損壞的組件包殼中逸出……這個(gè)過程中，有三層物理屏障保護(hù)，分別是核燃料組件包殼、壓力容器和安全殼。即使發(fā)生核事故，如果三層保護(hù)相繼起到作用，核電廠仍然是安全的。

從歷史上三次嚴(yán)重事故的對(duì)比也可以看出端倪。最早發(fā)生的三哩島核事故，雖然堆芯已經(jīng)熔毀，但是近20噸的熔融物都留在了安全殼內(nèi)的下封頭部位，安全殼仍然完整有效，雖然造成了經(jīng)濟(jì)損失，但沒有對(duì)公眾和環(huán)境產(chǎn)生重大影響。而切爾諾貝利核電站根本沒有安全殼，發(fā)生爆炸后，放射性物質(zhì)到處散落；福島事故中雖然采取了一些措施，但最后一道屏障安全殼的完整性已經(jīng)損壞，也造成嚴(yán)重后果。

對(duì)嚴(yán)重事故開展研究，終極目的就是在發(fā)生核事故甚至演變?yōu)閲?yán)重事故時(shí)，確保三層保護(hù)的最后一層——安全殼的完整性，從而在這里卡住事故的進(jìn)度，不讓事故繼續(xù)演變。這樣核電廠不會(huì)發(fā)生大規(guī)模放射性釋放，也不會(huì)影響公眾和環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)事故后果最小化。這也就是所謂的“從設(shè)計(jì)上實(shí)際消除大規(guī)模放射性釋放”。目前來看，這個(gè)目標(biāo)是可以實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)閲?yán)重事故的研究極大地推動(dòng)了核電的安全性。實(shí)踐證明，我們不但可以掌握嚴(yán)重事故的主要過程和現(xiàn)象，而且也知道怎么將研究成果反饋到現(xiàn)有安全技術(shù)的改進(jìn)和促進(jìn)新安全技術(shù)的開發(fā)上。

預(yù)防+緩解切實(shí)消除風(fēng)險(xiǎn)

記者：當(dāng)前的核電技術(shù)在抵御嚴(yán)重事故方面情況如何？

馬衛(wèi)民：每次核電嚴(yán)重事故都推動(dòng)了研究工作的開展。比如，在福島核事故后，業(yè)內(nèi)就開展了一系列工作，包括對(duì)在運(yùn)機(jī)組進(jìn)行壓力測試，審查在建機(jī)組的安全措施，對(duì)舊有堆型進(jìn)行安全評(píng)價(jià)和改進(jìn)，還開展了乏燃料水池嚴(yán)重事故的研究、嚴(yán)重事故管理導(dǎo)則驗(yàn)證等。目前，新建機(jī)組基本采用的都是二代加或三代核電技術(shù)，并已經(jīng)針對(duì)福島核事故的教訓(xùn)進(jìn)行了相應(yīng)改進(jìn)。

當(dāng)前核電技術(shù)在抵御嚴(yán)重事故方面的安全性，應(yīng)該從預(yù)防事故和緩解事故兩個(gè)方面來說：

預(yù)防方面，現(xiàn)在的三代核電技術(shù)普遍具備非能動(dòng)安全系統(tǒng)，發(fā)生堆芯熔毀的概率大幅降低（由原來的10-5降低到10-6）。對(duì)在運(yùn)核電機(jī)組改進(jìn)的研究也很多，比如，瑞典的核安全當(dāng)局就要求本國核電站加裝獨(dú)立的不受外部事件影響的緊急注水系統(tǒng)。

緩解方面，在現(xiàn)在采用的三代核電技術(shù)中，萬一發(fā)生嚴(yán)重事故，也有專門措施來保證安全殼完整性，比如，AP1000和“華龍一號(hào)”的堆內(nèi)熔融物滯留（IVR）技術(shù)，俄羅斯的VVER、法國的EPR和美國通用電氣的ESBWR（沸水堆）的堆外熔融物滯留（EVR）技術(shù)。同時(shí)，各國也在研究對(duì)在運(yùn)機(jī)組進(jìn)行改造，比如，歐盟一些國家決定給部分反應(yīng)堆加裝IVR措施，日本為了重啟核電也正在抓緊研究各種各樣的安全改進(jìn)方案。

由于我國核電機(jī)組都比較新，采用壓水堆技術(shù)的安全殼更大更厚，新建的三代機(jī)組也具備非能動(dòng)安全系統(tǒng)，發(fā)生嚴(yán)重事故的概率已經(jīng)極低，相應(yīng)的緩解措施也比較到位。應(yīng)該說，現(xiàn)有的核電安全技術(shù)水平應(yīng)該已經(jīng)具有了應(yīng)對(duì)類似福島核事故挑戰(zhàn)的能力。

記者：我國在這一領(lǐng)域的研究情況如何？

馬衛(wèi)民：目前，國內(nèi)對(duì)嚴(yán)重事故的研究比較重視，也取得了很多成績。但是，也應(yīng)該看到，國內(nèi)研究的規(guī)模和深度與國際先進(jìn)水平還有不少的距離。

當(dāng)年美國是核電發(fā)展的先驅(qū)，它在嚴(yán)重事故研究方面的投入也是世界第一的，包括我們今天所用的核安全標(biāo)準(zhǔn)以及嚴(yán)重事故安全分析軟件，幾乎全部源于美國。歐洲、日本和韓國曾經(jīng)大規(guī)模發(fā)展核電，這些地區(qū)人口密度高，公眾對(duì)核電的關(guān)注度高，對(duì)核電安全性的要求也很高，所以在嚴(yán)重事故研究方面也開展了很多工作，儼然有后來居上之勢。

中國要實(shí)現(xiàn)由核大國向核強(qiáng)國邁進(jìn)，核電技術(shù)要實(shí)現(xiàn)從跟跑、并跑到領(lǐng)跑的轉(zhuǎn)變，目前的嚴(yán)重事故研究水平與我們的目標(biāo)還有不少距離。中國想領(lǐng)導(dǎo)新的核電發(fā)展浪潮，嚴(yán)重事故預(yù)防與緩解技術(shù)的自主研究能力的提升是避不開的門檻。

繼續(xù)開展研究有望解決風(fēng)險(xiǎn)

記者：目前核電廠嚴(yán)重事故研究的難點(diǎn)有哪些？

馬衛(wèi)民：第一，嚴(yán)重事故是一個(gè)復(fù)雜的過程。嚴(yán)重事故過程包括堆芯熔毀、材料破壞、放射性物質(zhì)釋放等，涉及到材料學(xué)、材料力學(xué)、熱工水力學(xué)等多個(gè)物理化學(xué)領(lǐng)域，還要考慮高溫、高壓等非常極端的條件，所以對(duì)它的研究也是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，非常困難?，F(xiàn)在的研究方法往往是把它分解成各個(gè)部分來考慮，很難把所有過程和現(xiàn)象放在一起研究。

第二，嚴(yán)重事故的特點(diǎn)——堆芯熔毀，決定了我們沒辦法用反應(yīng)堆進(jìn)行真正的實(shí)驗(yàn)。所以這項(xiàng)研究是從科學(xué)假說開始，先設(shè)想各種可能的事故進(jìn)程，然后把事故分解成在各個(gè)尺度和過程上我們可以把握的問題，逐個(gè)研究后再進(jìn)行綜合分析。我們不但需要確定論研究，還需要概率論方法。由于不確定性高，發(fā)生概率低，我們往往把嚴(yán)重事故當(dāng)成超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)來對(duì)待。

第三，嚴(yán)重事故的復(fù)雜性和特點(diǎn)決定了它是一項(xiàng)昂貴的研究課題。從臺(tái)架基地的搭建，到各項(xiàng)研究科研成果到工程實(shí)際的應(yīng)用，都需要持續(xù)不斷的投入和更新。

應(yīng)該說，目前我們對(duì)嚴(yán)重事故的認(rèn)識(shí)和預(yù)測仍然有限，所以我們應(yīng)對(duì)的安全策略，往往是采取一種包絡(luò)的方式，并加大安全裕量。包絡(luò)的成功與否取決于我們的認(rèn)知水平，只有通過不斷的科學(xué)研究與創(chuàng)新才能得到解決。嚴(yán)重事故及其研究的特點(diǎn)要求我們長期堅(jiān)持開展研究。只有保持居安思危、精益求精的精神，才能使得核電站的安全水平不斷提升，同時(shí)降低成本。我們需要繼續(xù)加深對(duì)嚴(yán)重事故現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)，提高分析方法和工具的可信度，減少對(duì)嚴(yán)重事故緩解措施評(píng)價(jià)的不確定性。

記者：我國應(yīng)該如何推動(dòng)嚴(yán)重事故研究工作？

馬衛(wèi)民：想要獨(dú)立自主地開展嚴(yán)重事故研究，離不開自主安全技術(shù)研發(fā)基地、自主試驗(yàn)驗(yàn)證和機(jī)理研究平臺(tái)、自主安全分析軟件以及一批精于嚴(yán)重事故研究和在重要學(xué)科方向獨(dú)當(dāng)一面的專家。從這個(gè)意義來說，我們還有很長的路要走。

中國的嚴(yán)重事故研究從學(xué)習(xí)西方起步，原來是以復(fù)制和驗(yàn)證為主，隨著我國核電的發(fā)展，我們應(yīng)該建立起與核大國身份相適應(yīng)的嚴(yán)重事故研發(fā)能力。我們應(yīng)該在繼續(xù)消化吸收當(dāng)前的經(jīng)驗(yàn)成果的基礎(chǔ)上，繼續(xù)投入，加大研發(fā)的力度。嚴(yán)重事故研究的特點(diǎn)還要求我們要注重聯(lián)合研發(fā)。建議國內(nèi)各企業(yè)集團(tuán)、科研院所應(yīng)該加強(qiáng)溝通交流，聯(lián)合申報(bào)項(xiàng)目，搭建平臺(tái)，共享資源、人才和經(jīng)驗(yàn)成果。

目前中核集團(tuán)已經(jīng)啟動(dòng)了“嚴(yán)重事故特性、預(yù)防、緩解及管理技術(shù)研究”專項(xiàng)。項(xiàng)目對(duì)于提升國內(nèi)三代自主核電技術(shù)的安全性及經(jīng)濟(jì)性，以及提升我國嚴(yán)重事故的安全研究水平，具有里程碑式的意義。另外，生態(tài)環(huán)境部（核安全局）、國家國防科工局（國家原子能機(jī)構(gòu)）、國家能源局也有相應(yīng)的專項(xiàng)鼓勵(lì)企業(yè)集團(tuán)合作，其他的核企業(yè)也從各個(gè)領(lǐng)域開展了工作。

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