第一章核安全的基本概念.ppt

高等反应堆安全学第一章第一章 核安全的基本概念核安全的基本概念上海交通大学核科学与工程学院2010年3月核安全法规核安全文化核安全监督管理核事故应急事故分析事故研究事故对策确定论分析概率论分析未来堆改进辐射防护和放射性废物管理核安全范围核安全范围安全设计核安全核安全第一章 核安全的基本概念1.1 核电站的危险来源1.2 核电厂的安全保障1.3 核安全标准1.1 核电站的危险来源核电站的危险来源n n核电危险性的本质n n核电站风险的来源n n核电站的基本安全功能核电危险性的本质核电危险性的本质n n核裂变核裂变核裂变核裂变 功率徒升的可能功率徒升的可能功率徒升的可能功率徒升的可能n n强放射性强放射性强放射性强放射性 辐射损伤辐射损伤辐射损伤辐射损伤n n高温高压水高温高压水高温高压水高温高压水融化和喷放融化和喷放融化和喷放融化和喷放n n剩余反应性剩余反应性剩余反应性剩余反应性潜在的能量来源潜在的能量来源潜在的能量来源潜在的能量来源n n衰变热衰变热衰变热衰变热 停堆后继续过热的可能停堆后继续过热的可能停堆后继续过热的可能停堆后继续过热的可能Nuclear chain reaction裂变碎片与放射性物质裂变碎片与放射性物质衰变衰变衰变寿期末：1W热功率所对应的裂变产物（FP）约3.7x1010BqFP中：气体Kr，Xe,I98%保留在UO2芯块中1.0%1.0%，9MW 9MW1w1w：P/P P/P0 00.1%0.1%，0.9MW 0.9MW30y30y：P/P P/P0 00.01%0.01%，0.09MW(90kw)0.09MW(90kw)n n需确保堆芯有效冷却需确保堆芯有效冷却核电厂的风险来源核电厂的风险来源同任何其它工业一样，核电站也可能存在以下问题n n设计上的错误设计上的错误n n制造上的缺陷制造上的缺陷n n建造和安装上的错误建造和安装上的错误n n运行和维护上的错误运行和维护上的错误n n设备故障设备故障核电站的安全性必须有一定的标准来衡量，一定的安全保障措施来实现 安全目标安全目标管理制度管理制度安全设计安全设计安全文化安全文化核电厂的基本安全功能核电厂的基本安全功能 (Golden Rule)n n反应性控制反应性控制(Control)Control)n n反应堆功率可控反应堆功率可控n n余热排出余热排出(Cool)Cool)n n燃料有效冷却燃料有效冷却n n放射性包容放射性包容(Contain)Contain)n n放射性无泄漏放射性无泄漏Golden Rule of Reactor Safety1.2 核电厂的安全保障n n核安全管理制度核安全管理制度n n许可证制度许可证制度n n核安全审查核安全审查n n核安全监督核安全监督n n核安全设计核安全设计n n纵深防御纵深防御n n单一故障准则单一故障准则n n核安全文化核安全文化n n安全目标安全目标n n安全标准安全标准n n核安全政策：法规、导核安全政策：法规、导则、指导文件则、指导文件n n独立的核安全监管部门独立的核安全监管部门n n核电站安全监督管理程核电站安全监督管理程序序 n n安全设计原则安全设计原则n n安全意识和安全行为安全意识和安全行为1.3 核安全标准核安全标准核安全标准核安全标准安全目标纵深防御安全文化IAEANRCINSAG提出了三个统领全局的核安全总原则 INSAG的基基础础安全原安全原则则安全文化安全文化人员的安全素养、营运单位的责任和管理控制与独立审核人员的安全素养、营运单位的责任和管理控制与独立审核纵深防御纵深防御纵深防御、事故预防和事故缓解纵深防御、事故预防和事故缓解一般技术原则一般技术原则行之有效的工程实践、质量保证、人因、安全评价与审核、辐射防护和运行经验及安全研究 安全目标安全目标为了对核安全的行为有个衡量标准，国家首先要对核安全要求达到的目标提出一个标准。这称为安全目标。Safety GoalSafety Objective安全目标安全目标-Safety Goaln nIAEAIAEA的安全目标n n美国的核安全目标n n我国现行核安全目标Safety GoalIAEAINSAG 的的安全目标安全目标国际原子能机构的国际原子能安全咨询委员会的安全目标是：n n堆芯损伤事故堆芯损伤事故的发生频率为：现有堆的发生频率为：现有堆1010-4-4/堆堆年、新堆年、新堆1010-5-5/堆年堆年n发生大量早期放射性向环境释放事故的概率，现有堆10-5/堆年，新建堆10-6/堆年概率安全目标核安全总目标核安全总目标在核动力厂中建立并保持对放射性危害的有效防御，在核动力厂中建立并保持对放射性危害的有效防御，以保护人员、社会和环境免受危害以保护人员、社会和环境免受危害n nThe general nuclear safety objective is to protect The general nuclear safety objective is to protect individuals,society and the environment from harm individuals,society and the environment from harm by establishing and maintaining in nuclear by establishing and maintaining in nuclear installations effective defences against radiological installations effective defences against radiological hazards.hazards.核安全总目标General safety objectivesafety objective预防保护缓解辐射安全目标技术安全目标总安全目标概率安全目标safety objectivesafety goal美国的美国的安全目标安全目标19861986年美国颁布年美国颁布“安全目标政策声明安全目标政策声明”n n定性目标定性目标n n公公众众中中的的每每个个人人都都应应当当获获得得一一定定程程度度的的保保护护，使使他他不不承承受受因因核电厂运行后果而明显增加的生命和健康风险核电厂运行后果而明显增加的生命和健康风险n n核核电电厂厂运运行行造造成成生生命命与与健健康康的的社社会会风风险险应应当当与与其其他他替替代代发发电电手手段段的的风风险险相相当当或或更更低低，而而且且，核核电电厂厂风风险险不不应应明明显显增增加加社社会总风险会总风险n n定量目标定量目标n n核核电电厂厂周周围围由由核核事事故故造造成成急急性性死死亡亡的的人人均均风风险险，不不应应超超过过美美国人值常可能遭受的各种其他事故下急性死亡总风险的国人值常可能遭受的各种其他事故下急性死亡总风险的0.10.1n n核核电电厂厂附附近近居居民民因因核核电电厂厂运运行行而而遭遭受受癌癌症症死死亡亡的的风风险险不不应应超超过由其他原冈造成的过由其他原冈造成的 癌症死亡总风险的癌症死亡总风险的0.10.1n n发生发生堆芯损伤事故堆芯损伤事故的概率，现有堆的概率，现有堆1010-4-4/堆年堆年，新建堆，新建堆1010-5-5/堆堆年年n n发生大量发生大量早期放射性向环境释放事故早期放射性向环境释放事故的概率，现有堆的概率，现有堆1010-5-5/堆堆年年，新建堆，新建堆1010-6-6/堆年堆年两个千分之一准则我国的我国的安全目标安全目标n n19911991年，国家核安全局颁发的年，国家核安全局颁发的年，国家核安全局颁发的年，国家核安全局颁发的 核电厂设计安全核电厂设计安全规定规定 HAF102HAF102 ，其中对安全目标的定义了，其中对安全目标的定义了，其中对安全目标的定义了，其中对安全目标的定义了三种三种三种三种表达形式表达形式表达形式表达形式n n20022002年年年年8 8月，国家核安全局颁发了新建核电厂设月，国家核安全局颁发了新建核电厂设月，国家核安全局颁发了新建核电厂设月，国家核安全局颁发了新建核电厂设计中几个重要安全问题的技术政策，其中对安计中几个重要安全问题的技术政策，其中对安计中几个重要安全问题的技术政策，其中对安计中几个重要安全问题的技术政策，其中对安全目标的定义进行了修正全目标的定义进行了修正全目标的定义进行了修正全目标的定义进行了修正,有有有有四种四种四种四种表达形式表达形式表达形式表达形式n n2002004 4年年年年4 4月，国家核安全局颁发了新版月，国家核安全局颁发了新版月，国家核安全局颁发了新版月，国家核安全局颁发了新版 核动力核动力厂设计安全规定厂设计安全规定 HAF102HAF102 ，对安全目标的定义，对安全目标的定义，对安全目标的定义，对安全目标的定义了了了了三种三种三种三种表达形式表达形式表达形式表达形式中国核安全目标中国核安全目标:Safety Goaln n总目标（总目标（总目标（总目标（最终安全目标最终安全目标最终安全目标最终安全目标）在核动力厂中建立并保持对在核动力厂中建立并保持对放射性危害的有效防御，放射性危害的有效防御，以保护人员、社会和环境以保护人员、社会和环境免受危害免受危害n n辐射防护目标辐射防护目标辐射防护目标辐射防护目标n n保证在所有运行状态下核保证在所有运行状态下核动力厂内的辐射照射或由动力厂内的辐射照射或由于该核动力厂任何计划排于该核动力厂任何计划排放放射性物质引起的辐射放放射性物质引起的辐射照射保持低于规定限值并照射保持低于规定限值并且合理可行尽量低，且合理可行尽量低，合理合理可行尽量低可行尽量低；n n保证减轻任何事故的放射保证减轻任何事故的放射性后果。性后果。n n技术安全目标技术安全目标技术安全目标技术安全目标n n采取一切合理可行的措施防止核采取一切合理可行的措施防止核动力厂事故，并在一旦发生事故动力厂事故，并在一旦发生事故时减轻其后果；时减轻其后果；n n对于在设计该核动力厂时考虑过对于在设计该核动力厂时考虑过的所有可能事故，包括概率很低的所有可能事故，包括概率很低的事故，要以高可信度保证任何的事故，要以高可信度保证任何放射性后果尽可能小且低于规定放射性后果尽可能小且低于规定限值；限值；n n并保证有严重放射性后果的事故并保证有严重放射性后果的事故发生的概率极低发生的概率极低n n概率论安全目标概率论安全目标概率论安全目标概率论安全目标(检验标准检验标准检验标准检验标准)n n每堆年发生严重堆芯损伤事件的每堆年发生严重堆芯损伤事件的频率低于频率低于1010-5-5n n每堆年需要场外早期响应的大量每堆年需要场外早期响应的大量放射性释放事件的频率低于放射性释放事件的频率低于1010-6-6ALARAALARA指导性指标指导性指标核动力厂设计安全规定核动力厂设计安全规定 ，20042004年年4 4月国家核安全局批准发布月国家核安全局批准发布ALARA所有的危害必须降低到一个水平所有的危害必须降低到一个水平:As Low As Reasonably AchievableAs Low As Reasonably Achievable合理可行尽量低合理可行尽量低纵深防御Defence in Depth国际原子能机构核安全标准中安全原则的主要原则此概念必须贯彻于安全有关的全部活动，包括与组织、设计或人员行为有关的方面，以保证这些活动均置于重叠措施的防御之下，即使有一种防御失效，亦将得到补偿或纠正。纵深防御的出发点n n核电厂的设计总是有瑕疵的n n设备有时会有故障n n操作员偶尔也会出错关键是要保证有足够深度防御瑕疵、故障和错误的能力，使得它们不增加事故危害的风险纵深防御的应用n n第一层次的应用n n提供提供多多层层次次的的设备设备和和规规程，或称程，或称多道防御多道防御多道防御多道防御n n第二层次的应用n n核核电电厂厂设设置置多道多道多道多道放射性的放射性的放射性的放射性的实实实实体屏障体屏障体屏障体屏障纵深防御的五个层次n n预防预防预防预防：防止偏离正常运行工况与防：防止偏离正常运行工况与防止发生系统故障止发生系统故障n n按照适当的质量水平和工程实践按照适当的质量水平和工程实践n n争取并保守的设计、建造和运行核争取并保守的设计、建造和运行核电厂电厂n n监测监测监测监测：及时监测到和纠正偏离运行：及时监测到和纠正偏离运行工况。以防止预计运行事件升级为工况。以防止预计运行事件升级为事故工况事故工况n n设置专用的系统设置专用的系统n n制定运行规程制定运行规程n n保护保护保护保护：制止：制止预期运行事故和始发事件预期运行事故和始发事件升升级发展成严重事故，控制其后果级发展成严重事故，控制其后果n n固有安全特性固有安全特性n n故障安全设计故障安全设计n n附加的设备和规程附加的设备和规程n n缓解缓解缓解缓解：应付已超出设计基准的：应付已超出设计基准的严重事故严重事故，并保证放射性后果保持在合理可行尽量并保证放射性后果保持在合理可行尽量低的水平低的水平n n保证包容功能保证包容功能n n通过附加的措施和规程防止事故发展通过附加的措施和规程防止事故发展n n通过减轻所选定的严重事故后果，加上通过减轻所选定的严重事故后果，加上事故处置规程可以完成该目标事故处置规程可以完成该目标n n应急应急应急应急：减轻事故工况下可能的放射性物减轻事故工况下可能的放射性物质释放后果。质释放后果。n n适当装备的应急控制中心适当装备的应急控制中心n n场区内和场区外应急响应计划场区内和场区外应急响应计划应用于核电厂的全部活动应用于核电厂的全部活动事故预防事故预防Accident Preventionn n事故预防的措施n n可靠的结构、设备、系统和运行过程可靠的结构、设备、系统和运行过程n n具有很强的安全文化素质的工作人员具有很强的安全文化素质的工作人员n n要求核电站的选置、设计、运行和管理在严格要求核电站的选置、设计、运行和管理在严格的技术和管理控制下，能够保持所有放射性释的技术和管理控制下，能够保持所有放射性释放放事故预防是设计和运行的最高安全要求事故缓解事故缓解Accident Mitigationn n纵深防御措施的延伸纵深防御措施的延伸n n缓解措施范围缓解措施范围n n场内事故管理场内事故管理n n场外干预措施场外干预措施n n缓解措施的种类缓解措施的种类n n事故管理事故管理n n工程安全设施工程安全设施n n场外干预场外干预一旦事故发生，必须采取措施保证能抑制任何的放射性后果事故管理事故管理Accident Managementn n事故管理确保组织的安全目标和安全原则的应用工程安全设施工程安全设施Engineering Safety Featuresn当发生事故时，工程安全设施将限制堆芯放射性物质的泄漏，使得向环境的释放的放射性达到最小n工程安全设施特征n放射性屏障n包容放射性n防止事故恶化纵深防御目标和基本措施纵深防御目标和基本措施（IAEA）防御等级防御目标基本措施第一级预防非正常运行和失效保守设计和高质量的建造和运行第二级非正常运行的控制和失效探测控制，限制和保护系统以及其它监督机制第三级将事故控制在设计基准以内工程安全措施（ESFs）和应急规程第四级控制严重的反应堆状态，包括预防事故发展和缓解严重事故后果补充措施和事故管理事故管理第五级缓解放射性材料大量释放的放射性后果厂外应急响应多道实体屏障多道实体屏障-多重屏障多重屏障n n燃料芯块n n元件包壳n n一回路压力边界n n安全壳n n放射性保护区1km安全壳纵深防御的执行要求n n应用于核电厂的全部活动应用于核电厂的全部活动n n设计设计n n建造建造n n安装安装n n运行运行n n维修维修n n应用于核电厂的全部时间应用于核电厂的全部时间n n任何时候任何时候各防御层次都必须按照各防御层次都必须按照不同运行方式不同运行方式的规定一一备齐的规定一一备齐n n必须同时具备所有防御层次必须同时具备所有防御层次n n在在缺少一个防御层次缺少一个防御层次而其他防御层次虽在的条件下，继续运行就而其他防御层次虽在的条件下，继续运行就没有足够的基础没有足够的基础