環(huán)境監(jiān)測(cè)準(zhǔn)備與響應(yīng)探討

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摘要: 核電廠發(fā)生堆芯融化事故后，就進(jìn)入嚴(yán)重事故狀態(tài)。嚴(yán)重事故情況下，核電廠會(huì)發(fā)生堆芯失去冷卻、堆芯融化、壓力邊界失效、放射性物質(zhì)向環(huán)境釋放的情況。由于期間環(huán)境煙羽擴(kuò)散方向不穩(wěn)定，污染區(qū)域擴(kuò)散廣，核電廠需要開(kāi)展快速響應(yīng)。本文介紹了 IAEA 推薦的應(yīng)急行動(dòng)分區(qū)和防護(hù)行動(dòng) , 并詳細(xì)介紹了事故早、中、晚期時(shí)段的污染風(fēng)險(xiǎn)、應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測(cè)任務(wù)和行動(dòng)，對(duì)嚴(yán)重事故情況下核電廠應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測(cè)工作準(zhǔn)備與響應(yīng)進(jìn)行了詳細(xì)探討。嚴(yán)重事故情況下，核電廠應(yīng)基于堆芯狀況，減少對(duì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)和會(huì)議決策的依賴(lài)性，優(yōu)先在所有周邊區(qū)域采取防護(hù)行動(dòng)，降低人員輻射危害，盡可能保證公眾的健康和安全。

關(guān)鍵詞：嚴(yán)重事故；應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測(cè)；應(yīng)急防護(hù)行動(dòng)

一、嚴(yán)重事故進(jìn)程分析

目前世界上核電廠類(lèi)型主要是輕水堆，壓水堆占 60%，沸水堆占 20%。核電廠運(yùn)行階段分為運(yùn)行狀態(tài)（正常運(yùn)行、預(yù)期事件運(yùn)行）和事故狀態(tài)（設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故、超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故），堆芯融化即進(jìn)入嚴(yán)重事故情形。堆芯嚴(yán)重事故一般發(fā)生在 2 個(gè)位置：反應(yīng)堆堆芯和乏燃料水池。核電廠燃料事故進(jìn)程分為 4 個(gè)階段，分別為初始燃料損壞、堆芯融化遷移、一回路壓力邊界失效、反應(yīng)堆失控。隨冷卻劑失效，溫度上升，堆芯發(fā)生了很大的變化。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故階段，堆芯溫度為～ 300℃ -1200℃，危害局限于燃料芯塊破裂，燃料包殼氧化率低，800℃時(shí)控制棒發(fā)生融化，這個(gè)階段堆芯幾何依舊維持；嚴(yán)重事故階段，堆芯溫度大于1200℃，此時(shí)燃料芯塊破裂氧化產(chǎn)生的熱量大于衰變熱，產(chǎn)生高能氫氣，堆芯發(fā)生融化；溫度高于 1400℃時(shí)，發(fā)生鋯水反應(yīng)；溫度大于 1800℃時(shí)，堆芯與反應(yīng)堆底部混凝土反應(yīng)，融化并穿透反應(yīng)堆。從堆芯失去冷卻劑開(kāi)始，大約 20 ～ 40 分鐘，即可發(fā)生堆芯融化，壓力邊界失效，放射性物質(zhì)大量向環(huán)境釋放的事故發(fā)生。因此，嚴(yán)重事故情況下，進(jìn)程發(fā)生時(shí)間快、破壞影響力大，需要盡快執(zhí)行應(yīng)急防護(hù)行動(dòng)。

二、嚴(yán)重事故情況下應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測(cè)工作準(zhǔn)備和響應(yīng)

（一）嚴(yán)重事故情況下環(huán)境和應(yīng)急行動(dòng)特性環(huán)境煙羽擴(kuò)散方向不穩(wěn)定。IAEA 對(duì)煙羽擴(kuò)散和風(fēng)向跟蹤進(jìn)行了一定研究，在擴(kuò)散過(guò)程中，煙羽難于探測(cè)和跟蹤。同一時(shí)間不同高度的風(fēng)向是動(dòng)態(tài)變化的，因此煙羽擴(kuò)散沒(méi)有固定的下風(fēng)向，見(jiàn)圖 1。而且 IAEA 對(duì)福島核事故不同方位，不同距離和時(shí)間劑量率的變化，進(jìn)行了調(diào)查，沉降區(qū)域劑量率水平影響也證實(shí)了這一點(diǎn)。在煙羽沉降過(guò)程中，降雨是最大的影響因素，沉積易造成當(dāng)?shù)貏┝克降纳?。核事故污染擴(kuò)散區(qū)域廣。切爾諾貝利核事故污染擴(kuò)散區(qū)域遠(yuǎn)達(dá) 300km，食品、牛奶和飲用水需要在大范圍的面積內(nèi)進(jìn)行限制（降雨因素影響嚴(yán)重）。IAEA 食入限制區(qū)范圍為300km，并建議此范圍內(nèi)進(jìn)行食物的全面控制。熱點(diǎn)不斷出現(xiàn)和行動(dòng)。在屋槽、低洼、排水溝、樹(shù)葉上等會(huì)出現(xiàn)高劑量率的熱點(diǎn)，而且同一個(gè)監(jiān)測(cè)位置，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)差別可能會(huì)很大，具有很高的不確定性。需要仔細(xì)監(jiān)測(cè)并識(shí)別潛在熱點(diǎn)，超出控制標(biāo)準(zhǔn)的地區(qū)，需要進(jìn)行地區(qū)出入限制，并對(duì)人員開(kāi)展防護(hù)行動(dòng)。應(yīng)急防護(hù)行動(dòng)的全方位開(kāi)展。IAEA 對(duì)福島核事故影響區(qū)域的分析得到，由于風(fēng)向變化和煙羽沉積的不可預(yù)測(cè)性，劑量預(yù)測(cè)模型與實(shí)際沉積劑量數(shù)據(jù)會(huì)有很大差別，因此事故后果等相關(guān)評(píng)價(jià)，僅可作為應(yīng)急行動(dòng)建議參考。早期應(yīng)急防護(hù)行動(dòng)，應(yīng)該盡早阻止確定性效應(yīng)的發(fā)生和降低隨機(jī)效應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)，因此需要盡快在核電廠的全部方位的地區(qū)（除海域）開(kāi)展緊急防護(hù)行動(dòng)（服碘、撤離、隱蔽、食物限制等）。（二）IAEA 應(yīng)急行動(dòng)分區(qū)和防護(hù)行動(dòng)推薦嚴(yán)重事故情況下，IAEA 應(yīng)急行動(dòng)區(qū)劃分為 4 類(lèi)，分別為預(yù)防行動(dòng)區(qū)（PAZ-Precautionary Action zone）、緊急防護(hù)行動(dòng)計(jì)劃區(qū)（UPZ-Urgent protective action planning zone）、擴(kuò)展嚴(yán)重事故情況下，應(yīng)急防護(hù)行動(dòng)過(guò)程有：第一階段：PAZ 和 UPZ 區(qū)域人員在廠 / 家服用碘片；PAZ人員撤離到 UPZ 之外；ICPD 區(qū)域內(nèi)進(jìn)行食物和商品控制；通知 UPZ 人員準(zhǔn)備撤離；第二階段：UPZ 人員撤離到 UPZ 之外；病人撤離到 EPD之外；此時(shí)煙羽擴(kuò)散沉降，EPD 部分區(qū)域需要進(jìn)行人員撤離；第三階段：對(duì) EPD 區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)和取樣分析，驗(yàn)證超標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域并執(zhí)行人員撤離；第四階段：監(jiān)測(cè)和取樣分析結(jié)果，若超過(guò) OIL2 操作干預(yù)水平，驗(yàn)證超標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域并執(zhí)行人員撤離。（三）嚴(yán)重事故下應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測(cè)工作探討核電廠事故按照輻射風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源和監(jiān)測(cè)任務(wù)，分為早中晚三個(gè)階段。①事故早期為從出現(xiàn)明顯的放射性物質(zhì)釋放的先兆到開(kāi)始釋放后的幾個(gè)小時(shí)。該階段主要環(huán)境輻射風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源于放射性煙羽外照射和放射性吸入內(nèi)照射，監(jiān)測(cè)范圍一般不超過(guò)核電廠 5km。事故早期應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測(cè)任務(wù)如下：確定煙羽特征，如方向、放射性水平以及隨時(shí)間和空間的變化；核實(shí)輻射后果評(píng)價(jià)結(jié)果；關(guān)鍵區(qū)域的污染評(píng)價(jià)。②事故中期為從放射性物質(zhì)開(kāi)始釋放后的幾小時(shí)到幾天或幾周。在中期階段，大部分的放射性物質(zhì)已經(jīng)沉積于地面，同時(shí)放射性釋放可能仍在持續(xù)，該階段輻射危害主要來(lái)自煙羽放射性外照射、地面沉積外照射、放射性物質(zhì)的吸入以及污染食品和水的攝入造成的內(nèi)照射。該階段環(huán)境監(jiān)測(cè)任務(wù)的重點(diǎn)對(duì)下風(fēng)向污染區(qū)空氣、水、食物進(jìn)行監(jiān)測(cè)。事故后期（恢復(fù)階段）為從事故中期以后可能延伸幾周甚至幾個(gè)月或若干年。③事故后期階段核電廠放射性釋放已經(jīng)停止，但照射途徑基本同于事故中期，主要是地面沉積外照射和食入、吸入放射性造成的內(nèi)照射。事故后期應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測(cè)任務(wù)在于確定整個(gè)事故釋放所造成的污染水平及范圍，事故后期環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為決定去污范圍、是否采取避遷或永久再定居等中長(zhǎng)期防護(hù)措施、或是否解除防護(hù)措施、恢復(fù)到正常狀態(tài)等提供依據(jù)。嚴(yán)重事故情況下，事故進(jìn)程快、嚴(yán)重且復(fù)雜，應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測(cè)工作，需要針對(duì)性的進(jìn)行相關(guān)調(diào)整：①?lài)?yán)重事故早期，在機(jī)組不可控制和預(yù)測(cè)情況下，核電廠應(yīng)優(yōu)先由運(yùn)行操作員，根據(jù)堆芯狀況等級(jí)決定應(yīng)急防護(hù)行動(dòng)。早期環(huán)境監(jiān)測(cè)工作應(yīng)在機(jī)組狀態(tài)可控情況下全方位開(kāi)展；重點(diǎn)參考核電廠氣象與輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和核電廠監(jiān)督性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以及 DCS（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）/KNS（實(shí)時(shí)信息監(jiān)控系統(tǒng)）實(shí)時(shí)顯示機(jī)組狀態(tài)參數(shù)，為應(yīng)急行動(dòng)提供相應(yīng)建議。②嚴(yán)重事故中期，要全方位開(kāi)展取樣監(jiān)測(cè)工作。特別要關(guān)注車(chē)載巡測(cè)、航測(cè)、環(huán)境取樣監(jiān)測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的熱點(diǎn)，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和操作干預(yù)水平修正采取緊急的防護(hù)行動(dòng)。③嚴(yán)重事故后期，也要全方位開(kāi)展取樣監(jiān)測(cè)工作。環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為決定去污范圍、是否采取避遷或永久再定居等中長(zhǎng)期防護(hù)措施、或是否解除防護(hù)措施、恢復(fù)到正常狀態(tài)等提供依據(jù)。本階段需要對(duì)熱點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行去污，還應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注和跟蹤核輻射對(duì)陸地、海洋的污染影響。④?chē)?yán)重事故中，還可能疊加海嘯、地震等自然災(zāi)害，造成部分監(jiān)測(cè)站點(diǎn)故障失效，環(huán)境實(shí)驗(yàn)室不可久留無(wú)法開(kāi)展監(jiān)測(cè)等。此時(shí)，則需要應(yīng)急環(huán)境人員布放移動(dòng)組網(wǎng)系統(tǒng)替代監(jiān)測(cè)，并由事故協(xié)議核電廠開(kāi)展支援監(jiān)測(cè)分析。

三、結(jié)論及建議

嚴(yán)重事故情況下，核電廠需要針對(duì)嚴(yán)重事故情況事故進(jìn)程、環(huán)境和應(yīng)急行動(dòng)特性，做好應(yīng)急準(zhǔn)備和響應(yīng)，以降低輻射危害可能性，盡可能保證公眾的健康和安全，相關(guān)結(jié)論與建議有：（一）核電廠嚴(yán)重事故情況下，由于堆芯損失狀態(tài)、源項(xiàng)釋放途徑、釋放時(shí)間、釋放距離和煙羽擴(kuò)散方向都是無(wú)法預(yù)測(cè)的，因此核電廠應(yīng)優(yōu)先由運(yùn)行操作員，根據(jù)堆芯狀況優(yōu)先在所有周邊區(qū)域采取防護(hù)行動(dòng)。同時(shí)建議國(guó)家核應(yīng)急相關(guān)部門(mén)，參考 IAEA 嚴(yán)重應(yīng)急事故應(yīng)急行動(dòng)分區(qū)，統(tǒng)籌考慮合適嚴(yán)重事故情況下的應(yīng)急行動(dòng)分區(qū)，以便事故時(shí)及時(shí)開(kāi)展防護(hù)行動(dòng)。（二）嚴(yán)重事故情況下，由于評(píng)價(jià)系統(tǒng)的不可模擬性，獲取數(shù)據(jù)的有限性和時(shí)間的急迫性，核電廠應(yīng)盡快采取應(yīng)急防護(hù)行動(dòng)，減少對(duì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)和會(huì)議決策的依賴(lài)性。（三）嚴(yán)重事故情況下，事故早期煙羽擴(kuò)散期間環(huán)境監(jiān)測(cè)工作應(yīng)在機(jī)組狀態(tài)可控后再穩(wěn)妥開(kāi)展。此期間，主要依據(jù)核電廠輻射與氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和核電廠監(jiān)督性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為應(yīng)急防護(hù)行動(dòng)提供參考建議。（四）嚴(yán)重事故中后期，需要開(kāi)展全面的應(yīng)急環(huán)境取樣、監(jiān)測(cè)分析工作，并進(jìn)行操作干預(yù)水平修正，為決定去污范圍、是否采取避遷或永久再定居等中長(zhǎng)期防護(hù)措施、或是否解除防護(hù)措施、恢復(fù)到正常狀態(tài)等提供依據(jù)。

參文文獻(xiàn)

[1]IAEA.Regionaltrainingcourseonemergencypreparednessandresponseinsevereaccidents[G].IAEA-WORKINGMATERIAL,2014.

[2] 劉剛 , 應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測(cè) .012-AB-P-MC-L19-103, 寧德核電有限公司 .2016.

[3]GB/T17680.8, 核電廠應(yīng)急計(jì)劃與準(zhǔn)備準(zhǔn)則 -- 場(chǎng)內(nèi)應(yīng)急計(jì)劃與執(zhí)行程序 [S].

[4]IAEA-TECDOC-1092, 核或輻射應(yīng)急時(shí)通用監(jiān)測(cè)程序 [S].

作者:劉剛 孫偉 單位:福建寧德核電有限公司