呂 丹，高明媛，劉斌斌，徐云起

（中國(guó)核電工程有限公司，北京 100840）

核燃料后處理可以實(shí)現(xiàn)核燃料的回收利用，并有利于核廢物的妥善處置。核燃料后處理參與構(gòu)成核燃料的“閉合循環(huán)”。核燃料循環(huán)不論從經(jīng)濟(jì)上，還是資源的有效利用上，對(duì)未來核能發(fā)展都很重要［1］。作為核燃料后處理廠安全運(yùn)行中重要的監(jiān)督檢查項(xiàng)目之一，核臨界安全是指許可證持有者建立足夠的防護(hù)措施，避免意外臨界事故的發(fā)生［2］。

后處理廠相關(guān)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)核臨界安全提出了嚴(yán)格的要求，如：必須提供可靠的設(shè)計(jì)特性［3］，確保具有足夠的安全裕量［4］，應(yīng)該遵循雙偶然性原則［5］等。為實(shí)現(xiàn)核臨界安全的目標(biāo)，需采用多種防護(hù)措施和手段，并進(jìn)行嚴(yán)格的臨界安全計(jì)算［6-8］。此外，汲取實(shí)際工程中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)也非常重要。后處理流程中存在核臨界安全問題的地方比較多，并且較為分散［9］，已有相關(guān)文獻(xiàn)資料［10，11］搜集并匯總了多起核工業(yè)臨界事故，并且對(duì)其中部分臨界事故進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)［12］。為更加廣泛地總結(jié)歷史上發(fā)生過的臨界事故的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，本文以已調(diào)研的所有國(guó)外核燃料后處理廠臨界事故［13］為基礎(chǔ)，對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

1 事故發(fā)生頻率統(tǒng)計(jì)分析

1953 年至今，國(guó)外記錄、報(bào)道的核燃料后處理廠臨界事故共計(jì)22起［13］，發(fā)生時(shí)間集中在1953年至1999年區(qū)間；2000年以后，無相關(guān)記錄、報(bào)道 。這也從側(cè)面反映出核安全文化在深入貫徹落實(shí)的過程中，取得了明顯的成效。

在有臨界事故發(fā)生的47年期間（1953—1999年），平均每2.14年1起。以十年為區(qū)間單位，臨界事故發(fā)生數(shù)量隨年度區(qū)間的變化情況如圖1所示。

圖1 臨界事故發(fā)生數(shù)量隨年度區(qū)間的變化情況（1953—1999年）Fig.1 Variation of the amount of critical accidents by decades(from 1953 to 1999)

2 事故起因統(tǒng)計(jì)分析

根據(jù)事故調(diào)研資料的詳略程度，在22起臨界事故中，有21起臨界事故可以追溯出具體的起因（始發(fā)事件）。發(fā)生在不同操作單元的臨界事故起因有個(gè)性，也有共性。若不考慮操作單元的因素，可將這21項(xiàng)臨界事故的起因（始發(fā)事件）歸納為6類，見表1。

表1 國(guó)外后處理廠臨界事故起因歸納表Table 1 Summery of the cause of the critical accidents in foreign reprocessing facilities

其中，由于不符合操作規(guī)程（或相應(yīng)的安全要求、工藝要求）而造成的臨界事故總計(jì)12起，在這21起臨界事故中占57%；由于操作規(guī)程不完善（或操作經(jīng)驗(yàn)不完善，或設(shè)計(jì)缺陷）而導(dǎo)致的意外臨界事故總計(jì)9起，在這21起臨界事故中占43%。

表1的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，57%的后處理廠臨界事故的根本原因在于人因失誤，主要表現(xiàn)為操作不規(guī)范和操作監(jiān)管不到位。為克服類似的問題，須在后處理廠的操作運(yùn)行當(dāng)中不斷強(qiáng)化操作人員的核安全責(zé)任意識(shí)，不斷提升工作人員的監(jiān)督管理水平。且在此過程中，相應(yīng)的質(zhì)量保證體系建設(shè)、培訓(xùn)教育工作開展及輻射防護(hù)水平提升等工作均應(yīng)密切配合，相互協(xié)作。

此外，43%的后處理廠臨界事故的根本原因可歸結(jié)為設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的不完善，這要求在今后的工作中以歷史經(jīng)驗(yàn)為出發(fā)點(diǎn)，不斷提升工藝設(shè)計(jì)的水平，不斷提升事故分析的水平，更加充分地貫徹縱深防御的設(shè)計(jì)理念，適度地增加事故設(shè)防的裕量。

在21起臨界事故記錄中 ，有一些特別的、意料之外的、需要引起額外關(guān)注的事故原因：

（1）高壓空氣氣泡的殘留導(dǎo)致料液意外噴入分離段；

（2）空氣鼓泡引起虹吸導(dǎo)致料液意外轉(zhuǎn)移至該槽；

（3）有機(jī)相意外積累，水相多次經(jīng)該貯存容器轉(zhuǎn)移；

（4）轉(zhuǎn)運(yùn)容器底部的U形收集管中滯留了有機(jī)溶劑（長(zhǎng)達(dá)2年之久）；

（5）定期排空容器中留下一層濕的沉淀附著物，隨著時(shí)間的推移而變硬。

3 事故危害統(tǒng)計(jì)分析

在這22起臨界事故中，有19起臨界事故對(duì)總裂變次數(shù)進(jìn)行了核算（或估算）。對(duì)這19起臨界事故的總裂變次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見表2。

表2 臨界事故總裂變次數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 2 Classification of the total fission number of critical accidents

由統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，總裂變次數(shù)的量級(jí)為1017的臨界事故發(fā)生的次數(shù)相對(duì)最多，達(dá)12起，發(fā)生比例占63%。對(duì)這19起臨界事故的總裂變次數(shù)求平均值（去除1個(gè)最高值和1個(gè)最低值），所得到平均值為6.3×1017。對(duì)量級(jí)為1017的12起臨界事故的總裂變次數(shù)求平均值，所得到的平均值為3.5×1017。盡管絕大部分臨界事故的總裂變次數(shù)的量級(jí)為1017，但實(shí)際估算臨界事故后果時(shí)一般保守假設(shè)1019量級(jí)［14］。

在22起臨界事故中，有20起臨界事故描述了其后果。按照事故后果對(duì)操作人員造成影響的嚴(yán)重程度（如：是否導(dǎo)致患嚴(yán)重急性放射病或?qū)е滤劳觯┛紤]，對(duì)這20起臨界事故記錄進(jìn)行劃分，見表3。

表3 臨界事故后果統(tǒng)計(jì)Table 3 Classification of the consequences of critical accidents

根據(jù)表3的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，結(jié)合國(guó)際核與輻射事件分級(jí)表（INES）的分級(jí)依據(jù)［15］可以看出，這20起臨界事故中，30%屬于INES中的4級(jí)（影響范圍有限）事故、10%屬于INES中的3級(jí)（影響范圍重大）事故。因此，在提升臨界事故設(shè)防水平的過程中，汲取以往的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，避免類似事故發(fā)生是十分必要的。

此外，按照事故后果對(duì)公眾及環(huán)境造成影響的程度劃分，只有1例臨界事故因選址不當(dāng)和違反操作規(guī)程，對(duì)環(huán)境及公眾造成了輕度的放射性劑量照射，其余19例臨界事故對(duì)環(huán)境和公眾均未造成影響。

4 事故預(yù)防、監(jiān)測(cè)和緩解措施統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)22起臨界事故記錄的預(yù)防措施的設(shè)置和應(yīng)用情況進(jìn)行匯總和統(tǒng)計(jì)，見表4。

表4 臨界事故預(yù)防措施的投入及使用情況統(tǒng)計(jì)Table 4 Statistics of the utilization and service conditions of prevention measures for critical accidents

表4的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：（1）成功降低臨界事故后果的主要預(yù)防措施為鑄鐵屏蔽或混凝土屏蔽足夠；（2）因預(yù)防措施失效，導(dǎo)致臨界事故的主要原因?yàn)椴僮饕?guī)程未得到嚴(yán)格執(zhí)行；（3）為預(yù)防臨界事故的發(fā)生，還應(yīng)考慮加大對(duì)相關(guān)設(shè)備的幾何良好特性的關(guān)注力度。

對(duì)22起臨界事故記錄的監(jiān)測(cè)措施的設(shè)置和應(yīng)用情況進(jìn)行匯總和統(tǒng)計(jì)，見表5。

表5 臨界事故監(jiān)測(cè)措施的投入及使用情況統(tǒng)計(jì)Table 5 Statistics of the utilization and service conditions of monitoring measures for critical accidents

表5的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：（1）成功防止臨界事故造成不良后果的監(jiān)測(cè)措施主要為臨界報(bào)警系統(tǒng)投入成功。（2）由于監(jiān)測(cè)措施投入失效而造成了臨界事故的情況主要為未嚴(yán)格按照操作規(guī)程或工藝條件要求進(jìn)行料液反應(yīng)條件的監(jiān)測(cè)和控制。（3）由于監(jiān)測(cè)措施在設(shè)計(jì)時(shí)未考慮到而造成了臨界事故或造成了不良事故影響的情況主要包括未設(shè)置相應(yīng)的臨界報(bào)警系統(tǒng)，未對(duì)易裂變物質(zhì)積累量進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)測(cè)。

對(duì)22起臨界事故記錄的緩解措施的設(shè)置和應(yīng)用情況進(jìn)行匯總和統(tǒng)計(jì)，見表6。

表6 臨界事故緩解措施的投入及使用情況統(tǒng)計(jì)Table 6 Statistics of the utilization and service conditions of mitigation measures for critical accidents

由表6的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，成功將臨界事故由臨界狀態(tài)控制至次臨界狀態(tài)的緩解措施主要包括通過適當(dāng)方式轉(zhuǎn)移料液和人員的有序撤離。

特別要說明的是，處理臨界事故采取了一些新穎的，值得借鑒的遠(yuǎn)距離檢測(cè)，維修措施并取得了成功，主要包括：（1）小型機(jī)器人勘查、確定事故發(fā)生位置，并在指定位置安放儀表，按指令操作閥門；（2）用特制的光纖系統(tǒng)檢查轉(zhuǎn)運(yùn)容器。

5 結(jié)論

1953 至1999年期間，臨界事故的發(fā)生頻率約為每2年1起，發(fā)生頻率較高，且有約30%的臨界事故造成了工作人員致死的嚴(yán)重后果。因此，在后處理廠設(shè)計(jì)、建造、調(diào)試和運(yùn)行等各個(gè)階段均應(yīng)充分汲取歷史經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，嚴(yán)防臨界事故的發(fā)生。

總結(jié)歷史，我們不難看出，導(dǎo)致臨界事故的根本原因可概括為人員誤操作和設(shè)計(jì)缺陷，因此，需不斷強(qiáng)化工作人員的責(zé)任意識(shí)，提高設(shè)計(jì)的技術(shù)水平，完善監(jiān)督管理程序，將預(yù)防、監(jiān)測(cè)和緩解臨界事故的各項(xiàng)有效措施充分落實(shí)到位。

［1］馬成輝. 美國(guó)核能政策的分析與借鑒［J］. 核安全，2007（3）：46-54.

［2］邵明昶，馬成輝. 美國(guó)核燃料循環(huán)設(shè)施安全監(jiān)管現(xiàn)狀［J］.核安全，2003（2）： 54-59.

［3］國(guó)家核安全局. HAF 301 民用核燃料循環(huán)設(shè)施安全規(guī)定［S］. 北京：中國(guó)法制出版社，1993.

［4］中國(guó)核工業(yè)總公司. EJ/T681-92 核燃料后處理廠安全分析報(bào)告的標(biāo)準(zhǔn)格式與內(nèi)容［S］. 北京： 核工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究所，1992.

［5］中國(guó)核工業(yè)總公司. EJ877-94 核燃料后處理廠安全設(shè)計(jì)準(zhǔn)則［S］. 北京：核工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究所，1994.

［6］易璇，楊海峰，霍小東，等. 動(dòng)力堆乏燃料后處理中試廠臨界安全設(shè)計(jì)技術(shù)研制技術(shù)總結(jié)報(bào)告［R］. 北京：中國(guó)核電工程有限公司，2012.

［7］王維善. 核臨界安全指南［M］. 北京：原子能出版社，2003.

［8］日本原子能研究所編著，李喆，劉開武，胥全凱，等編譯.核臨界安全手冊(cè)［M］. 北京：原子能出版社，2003.

［9］阮中原，曹景偉，劉龍?jiān)?，? 從?？怂蓮S淺議后處理廠安全特點(diǎn)［J］. 核安全，2013，12(S1)：144-150.

［10］潘自強(qiáng). 核工業(yè)輻射事故匯編［M］. 北京：原子能出版社，1993.

［11］麥克勞林T P，弗羅洛夫 V V，等編著，趙守智，王維善，等編譯. 核臨界事故回顧［M］. 北京：原子能出版社，2003.

［12］劉華，劉新華，李冰. 日本JCO公司核臨界事故的分析與評(píng)價(jià)［J］. 輻射防護(hù)，2001，21(6)：330.

［13］陸燕，武劍，郭慧芳，等. 核燃料后處理廠事故安全分析專題調(diào)研［R］. 北京：中國(guó)核科技信息與經(jīng)濟(jì)研究院，2010.

［14］吳洋，信萍萍，陸燕，等. 埃克松核燃料回收和再循環(huán)中心初步安全分析報(bào)告［R］. 北京：中國(guó)核電工程有限公司，2010.

［15］《注冊(cè)核安全工程師崗位培訓(xùn)叢書》編委會(huì). 核安全專業(yè)實(shí)務(wù)(修訂版)［M］. 北京：經(jīng)濟(jì)管理出版社，2013.