權威解讀：為了更安全的核電——上

文/環保部核電安全監管司司長 湯搏

近日，媒體上的一則「福島核電站壓力容器已熔穿，輻射超高可數十秒殺人」的報道又引起了廣泛的社會關注和爭論。同一個事件，由於知識背景和認知方式的不同，媒體、公眾和專家會產生不同的看法，這是一個正常的現象。而由於福島第一核電廠事故的複雜性，特別是事故期間各種渠道的信息龐雜，甚至矛盾，更加深了認識的分歧。

本文從一個專業核安全工作者的角度，對福島第一核電廠事故再次給予簡要回顧和評述。文章中有關福島第一核電廠事故的背景材料，主要來源於2015年8月31日國際原子能機構發表的總幹事報告《福島第一核電廠事故》。

什麼是核安全問題

為了更清楚地理解福島第一核電廠事故，有必要先了解一些有關核安全的基礎知識。

眾所周知，我們周圍的物質是由各種元素所構成，而元素的原子核內所包含的質子數決定了它屬於那一種元素。同一種元素原子核內的質子數相同，但中子數可能不同，我們將質子數相同而中子數不同的元素稱之為同位素。

同位素中有些是非常穩定的，但有些是不穩定的，會自發地衰變並放出射線。我們將會自發衰變並放出射線的同位素稱為放射性同位素，放射性物質由放射性同位素所構成。放射性同位素衰變所放出的射線被人體或生物體吸收後，則會形成所謂的輻射照射問題。

我們無時無刻不在受到來自宇宙射線和周圍物質中所含的放射性同位素衰變所放出射線的輻射照射，但由於大氣層的屏蔽作用，以及周圍物質中放射性同位素的含量極低，所以這種輻射照射通常不會產生大的問題。周圍物質中放射性同位素含量極低的原因很好理解，因為我們周圍的物質大多產生於宇宙誕生的初期，即大爆炸的早期階段，而現代天文學認為目前宇宙的壽命大約是120～140億年，在如此漫長的時間內，不穩定的同位素都衰變的差不多了。

目前人類對核能的和平利用主要是對裂變能的利用，這種裂變能主要來自於元素鈾235和鈈239在中子轟擊下的裂變。鈾235和鈈239在中子轟擊下裂變所產生的裂變碎片，專業術語叫裂變產物，包含了大量的放射性同位素，這些放射性物質一旦進入環境，則可能對人類或生物構成輻射照射。

為了不使這些裂變產生的放射性物質進入環境，就要用各種屏障將這些放射性物質包容起來。現代壓水堆和沸水堆核電廠通常具備燃料包殼、反應堆冷卻劑系統壓力邊界和安全殼三道包容屏障。

一個一百萬千瓦電功率的壓水堆核電廠，其反應堆堆芯的熱功率大約三百萬千瓦，而反應堆堆芯的直徑大約3米左右，高4米左右。如此大的功率集中在如此小的堆芯，在反應堆堆芯正常排熱能力喪失的時候，瞬間就可以導致堆芯的熔毀。所以在發生喪失反應堆堆芯正常排熱能力的情況下，為保證安全，必須迅速地實現反應堆的停堆。但反應堆停堆後，裂變產物的衰變仍然會發生，其放出的射線被反應堆結構材料和冷卻劑等吸收後，轉化為熱量，即專業術語所稱的「衰變熱」。衰變熱大致可以認為按照指數曲線衰減，在停堆後的不到1秒時間內衰減到堆芯熱功率的6%左右，在不到1小時的時間內衰減到堆芯熱功率的1%左右。衰變熱不能被排出的話，其積累最終仍然能夠使燃料和燃料包殼熔化、進而可能導致反應堆壓力容器乃至安全殼的破壞，使放射性物質進入環境。

所以為了保證核安全，我們必須高度可靠地保證反應堆停堆、衰變熱的排出和放射性包容功能。在專業術語中，反應堆停堆、衰變熱排出和放射性包容又被稱為三項基本安全功能。但實際上，目前壓水堆和沸水堆核電廠的衰變熱排出可以說是最關鍵的安全功能，核電廠的大部分安全系統都是圍繞實現這個功能設計的。衰變熱排出的可靠性，在很大程度上決定了壓水堆和沸水堆核電廠的安全水平。新一代壓水堆和沸水堆核電廠的安全改進，衰變熱排出可靠性的改進也是重點。

高標準嚴要求的安全設計

核電廠在設計上保證核安全的措施就是圍繞高度可靠地保證三項基本安全功能的實現展開的。為了高度可靠地保證核安全，不僅僅要求核電廠在正常運行和啟停堆時保證三項基本安全功能的執行，而且要求在各種極端的內外部事件情況下也能保證三項基本安全功能的執行。

核電廠設計上所考慮的內部事件主要為設備故障所導致，如管道的破裂、泵的卡軸、閥門的誤動作、電器故障等，以及由這些設備故障所導致的水淹、噴射、濕度、壓力、輻射、火災等效應，這些故障可考慮低至每堆年發生概率10-6的故障。外部事件主要考慮外部人為事件和自然災害。外部人為事件主要考慮核電廠周圍可能存在的工業、軍事等設施，以及運輸活動，包括危險化學品運輸、飛行器等可能對核電廠產生的危害。對於外部人為事件而言，如果不能證明其對核電廠安全產生影響的概率每堆年低於10-7，則核電廠設計上就必須考慮對其設防。而自然災害，則要考慮「以人類已有的科學技術和認知水平所能確認的最大自然災害」，這些自然災害被冠以「最大假想地震」、「可能最大洪水」、「可能最大降水」等名稱，其發生頻率大約都在萬年一遇的水平。由於所考慮的外部自然災害都是極端的自然災害，受科學技術和認知水平的限制，有時就會存在一定的不確定性。

日本福島核電站

核電廠執行三項基本安全功能的構築物、系統和設備的設計不但要考慮上述的內外部事件，為了保證系統功能的可靠性，還對其提出了多重性、多樣性、獨立性等要求。如核電廠的供電不僅僅依靠外部電源，每台核電機組還設置有至少兩台應急柴油發電機，以及直流蓄電池電源。為保證設備的可靠性和功能，對其設計、製造、安裝、試驗、檢查、維修等活動要執行嚴格的質量保證要求，還要開展「環境鑒定」、「抗震鑒定」。

核電廠設計上所考慮的內部事件和外部事件在專業術語上又被稱為「設計基準事故」和「設計基準」。

實際的核電廠無法使用試驗或調試的方式來驗證核電廠在設計基準事故工況下的安全性是否可接受，必須通過「事故分析」來證明。為了保證事故分析結果的保守性，在分析過程中還要採取許多的保守假設，例如要假設核電廠的初始狀態處於對後果最不利的條件和測量偏差，要假設喪失了廠外電源，要假設最大價值的一束控制棒卡在反應堆外，要假設在安全系統中發生了單一隨機故障等。對事故分析所使用的計算機程序也要經過嚴格的驗證。

1979年美國三哩島核電廠事故前，核電界和核安全界普遍地自信，在如此保守的要求下開發設計的核電廠，發生反應堆堆芯熔毀的事故（專業術語稱「嚴重事故」）是「不可信的」。

美國三哩島核電廠

1979年三哩島核電廠事故發生後，開展了新一輪的大量核安全研究。研究工作的重點包括改進人機介面和操縱員培訓、改進核電廠規程（包括維修、試驗、檢查和運行、事故處理規程等）、改進應急響應等，當然核電廠超過設計基準，直至嚴重事故的現象和機理是研究重點之一。三哩島核電廠事故後，核電廠安全改進的一個重要方面是在原有處理設計基準事故的規程之上，制訂嚴重事故的預防和緩解方案，專業術語稱為「嚴重事故管理指南」。嚴重事故管理指南對一些多重故障事故（不僅僅是單一隨機故障），如全廠斷電（指核電廠外部電源喪失，多重設置的廠內應急柴油發電機又都沒有啟動成功）等也給出了處理的指導。

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