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龙八国际 -“千人计划”专家解读核电厂严重事故预防与缓解
文章来源:中国龙八国际 业报 日期:2018年06月27日

  今年4月, 集团“龙腾2020科技”创新计划——“严重事故特性、预防、缓解及管理技术研究”专项正式启动。该专项由 集团投入上亿元,旨在进一步提升三代自主核电技术(如“华龙一号”)的安全性,并应用于现役核电厂的技术改造和安全性提升。

  项目首席科学家、国家“千人计划”专家马卫民博士认为:“核电厂严重事故的研究将为‘从设计上实际消除大规模放射性释放’提供科学保障。”在采访中,马卫民也对记者科普了核电厂严重事故的有关知识。

  严重事故研究提升安全性

  记者:核电厂严重事故是什么?

  马卫民:众所周知,安全是核电发展的生命。核电厂的事故一般可以分为设计基准事故和严重事故(超设计基准事故)。具体来说,严重事故指的就是由于堆芯大面积熔毁而导致放射性物质从核燃料组件中逸出的事故。严重事故的特点是发生概率极低,但后果极其严重,可能会对公众和环境产生重大影响。

  从人类开始和平利用核能至今,全世界的核电厂一共发生过三起严重事故,分别是:1979年的美国三哩岛核事故、1986年的苏联切尔诺贝利核事故以及2011年的日本福岛核事故。

  我们对严重事故开展研究,主要有两个目的:第一是掌握严重事故的科学规律,了解事故的发生、演变过程,为反应堆安全评价提供知识和工具;第二是开发严重事故预防与缓解的技术措施,为“从设计上实际消除大规模放射性释放”提供工程技术保障。

  记者:对严重事故的研究具体是如何提升核电安全性的?

  马卫民:严重事故的过程通常是:反应堆堆芯温度过高,核燃料组件几何形态遭到破坏,堆芯大面积融毁,放射性物质从损坏的组件包壳中逸出……这个过程中,有三层物理屏障保护,分别是核燃料组件包壳、压力容器和安全壳。即使发生核事故,如果三层保护相继起到作用,核电厂仍然是安全的。

  从历史上三次严重事故的对比也可以看出端倪。最早发生的三哩岛核事故,虽然堆芯已经熔毁,但是近20吨的熔融物都留在了安全壳内的下封头部位,安全壳仍然完整有效,虽然造成了经济损失,但没有对公众和环境产生重大影响。而切尔诺贝利核电站根本没有安全壳,发生爆炸后,放射性物质到处散落;福岛事故中虽然采取了一些措施,但最后一道屏障安全壳的完整性已经损坏,也造成严重后果。

  对严重事故开展研究,终极目的就是在发生核事故甚至演变为严重事故时,确保三层保护的最后一层——安全壳的完整性,从而在这里卡住事故的进度,不让事故继续演变。这样核电厂不会发生大规模放射性释放,也不会影响公众和环境,从而实现事故后果最小化。这也就是所谓的“从设计上实际消除大规模放射性释放”。目前来看,这个目标是可以实现的,因为严重事故的研究极大地推动了核电的安全性。实践证明,我们不但可以掌握严重事故的主要过程和现象,而且也知道怎么将研究成果反馈到现有安全技术的改进和促进新安全技术的开发上。

  预防+缓解 切实消除风险

  记者:当前的核电技术在抵御严重事故方面情况如何?

  马卫民:每次核电严重事故都推动了研究工作的开展。比如,在福岛核事故后,业内就开展了一系列工作,包括对在运机组进行压力测试,审查在建机组的安全措施,对旧有堆型进行安全评价和改进,还开展了乏燃料水池严重事故的研究、严重事故管理导则验证等。目前,新建机组基本采用的都是二代加或三代核电技术,并已经针对福岛核事故的教训进行了相应改进。

  当前核电技术在抵御严重事故方面的安全性,应该从预防事故和缓解事故两个方面来说:

  预防方面,现在的三代核电技术普遍具备非能动安全系统,发生堆芯熔毁的概率大幅降低(由原来的10-5降低到10-6)。对在运核电机组改进的研究也很多,比如,瑞典的核安全当局就要求本国核电站加装独立的不受外部事件影响的紧急注水系统。

  缓解方面,在现在采用的三代核电技术中,万一发生严重事故,也有专门措施来保证安全壳完整性,比如,AP1000和“华龙一号”的堆内熔融物滞留(IVR)技术,俄罗斯的VVER、法国的EPR和美国通用电气的ESBWR(沸水堆)的堆外熔融物滞留(EVR)技术。同时,各国也在研究对在运机组进行改造,比如,欧盟一些国家决定给部分反应堆加装IVR措施,日本为了重启核电也正在抓紧研究各种各样的安全改进方案。

  由于我国核电机组都比较新,采用压水堆技术的安全壳更大更厚,新建的三代机组也具备非能动安全系统,发生严重事故的概率已经极低,相应的缓解措施也比较到位。应该说,现有的核电安全技术水平应该已经具有了应对类似福岛核事故挑战的能力。

  记者:我国在这一领域的研究情况如何?

  马卫民:目前,国内对严重事故的研究比较重视,也取得了很多成绩。但是,也应该看到,国内研究的规模和深度与国际先进水平还有不少的距离。

  当年美国是核电发展的先驱,它在严重事故研究方面的投入也是世界第一的,包括我们今天所用的核安全标准以及严重事故安全分析软件,几乎全部源于美国。欧洲、日本和韩国曾经大规模发展核电,这些地区人口密度高,公众对核电的关注度高,对核电安全性的要求也很高,所以在严重事故研究方面也开展了很多工作,俨然有后来居上之势。

  中国要实现由核大国向核强国迈进,核电技术要实现从跟跑、并跑到领跑的转变,目前的严重事故研究水平与我们的目标还有不少距离。中国想领导新的核电发展浪潮,严重事故预防与缓解技术的自主研究能力的提升是避不开的门槛。

  继续开展研究 有望解决风险

  记者:目前核电厂严重事故研究的难点有哪些?

  马卫民:第一,严重事故是一个复杂的过程。严重事故过程包括堆芯熔毁、材料破坏、放射性物质释放等,涉及到材料学、材料力学、热工水力学等多个物理化学领域,还要考虑高温、高压等非常极端的条件,所以对它的研究也是一项复杂的工作,非常困难。现在的研究方法往往是把它分解成各个部分来考虑,很难把所有过程和现象放在一起研究。

  第二,严重事故的特点——堆芯熔毁,决定了我们没办法用反应堆进行真正的实验。所以这项研究是从科学假说开始,先设想各种可能的事故进程,然后把事故分解成在各个尺度和过程上我们可以把握的问题,逐个研究后再进行综合分析。我们不但需要确定论研究,还需要概率论方法。由于不确定性高,发生概率低,我们往往把严重事故当成超设计基准来对待。

  第三,严重事故的复杂性和特点决定了它是一项昂贵的研究课题。从台架基地的搭建,到各项研究科研成果到工程实际的应用,都需要持续不断的投入和更新。

  应该说,目前我们对严重事故的认识和预测仍然有限,所以我们应对的安全策略,往往是采取一种包络的方式,并加大安全裕量。包络的成功与否取决于我们的认知水平,只有通过不断的科学研究与创新才能得到解决。严重事故及其研究的特点要求我们长期坚持开展研究。只有保持居安思危、精益求精的精神,才能使得核电站的安全水平不断提升,同时降低成本。我们需要继续加深对严重事故现象的认识,提高分析方法和工具的可信度,减少对严重事故缓解措施评价的不确定性。

  记者:我国应该如何推动严重事故研究工作?

  马卫民:想要独立自主地开展严重事故研究,离不开自主安全技术研发基地、自主试验验证和机理研究平台、自主安全分析软件以及一批精于严重事故研究和在重要学科方向独当一面的专家。从这个意义来说,我们还有很长的路要走。

  中国的严重事故研究从学习西方起步,原来是以复制和验证为主,随着我国核电的发展,我们应该建立起与核大国身份相适应的严重事故研发能力。我们应该在继续消化吸收当前的经验成果的基础上,继续投入,加大研发的力度。严重事故研究的特点还要求我们要注重联合研发。建议国内各企业集团、科研院所应该加强沟通交流,联合申报项目,搭建平台,共享资源、人才和经验成果。

  目前 集团已经启动了“严重事故特性、预防、缓解及管理技术研究”专项。项目对于提升国内三代自主核电技术的安全性及经济性,以及提升我国严重事故的安全研究水平,具有里程碑式的意义。另外,生态环境部(核安全局)、国家国防科工局(国家原子能机构)、国家能源局也有相应的专项鼓励企业集团合作,其他的核企业也从各个领域开展了工作。(高玥)

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