由福島核事故看中國核電

馬如冰 邵一窮

（1.中國核電工程有限公司，中國 北京 100840；2.中國核工業(yè)建設(shè)集團(tuán)公司，中國 北京 100037）

1 日本福島核事故進(jìn)程

2011 年3 月11 日，在日本東部海域發(fā)生了9.0 級(jí)大地震，地面運(yùn)動(dòng)超過了反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)設(shè)定值，導(dǎo)致了反應(yīng)堆自動(dòng)停堆[1]。但同時(shí)，連接電廠和變電站的電纜在地震中受到損壞，導(dǎo)致喪失全部廠外電。應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)按照預(yù)期啟動(dòng)并加載，逐漸將機(jī)組帶入冷停堆狀態(tài)。

遺憾的是，地震發(fā)生后約1 小時(shí)，前后共計(jì)七波海嘯抵達(dá)福島第一核電廠，基于建筑物上的水位值，海嘯最高達(dá)到大約14 至15 米的高度，遠(yuǎn)超核電廠設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和福島1～4 號(hào)機(jī)組的廠坪標(biāo)高。海嘯淹沒了核電廠1～4 號(hào)機(jī)組周圍的區(qū)域，水深高于地表4 至5 米，淹沒損壞了一系列設(shè)備，造成了1～4 號(hào)機(jī)組全廠電力喪失以及最終熱阱的喪失。隨后沒有熱阱的堆芯/乏燃料水池過熱、熔化，并導(dǎo)致了放射性物質(zhì)的大量釋放[2]。

2 國內(nèi)核電廠廠址條件與日本不同

分析日本福島核電廠放射性事故的起因，是地震導(dǎo)致了海嘯，海嘯淹沒核電廠相關(guān)系統(tǒng)，最終核電廠失去冷卻能力，從而造成了堆芯熔毀以及放射性的釋放。而我國的核電廠，均能在很大程度上抵御廠址區(qū)域的地震，同時(shí)周圍海域發(fā)生海嘯的可能性較低，現(xiàn)有標(biāo)高能抵御可能發(fā)生的海嘯。以下分兩節(jié)詳細(xì)說明。

2.1 核電廠抗震情況說明

日本位于環(huán)太平洋地震帶上，屬于典型的多地震國家。太平洋板塊與歐亞大陸板塊在日本東部海域發(fā)生強(qiáng)烈碰撞形成日本島鏈，同時(shí)太平洋板塊向歐亞大陸板塊下部俯沖形成日本東側(cè)的深海溝。伴隨板塊碰撞和俯沖運(yùn)動(dòng)，構(gòu)造應(yīng)力不斷地積累，最終造成破裂產(chǎn)生大地震，這就是日本3.11 地震發(fā)生的構(gòu)造背景。

而我國的地震活動(dòng)，無論在地震頻度和地震強(qiáng)度方面遠(yuǎn)低于處于板塊碰撞帶的日本。我國核電廠選址時(shí)絕大部分廠址，尤其是當(dāng)前規(guī)劃核電廠建設(shè)的長(zhǎng)江中下游地區(qū)，具備較為穩(wěn)定的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，多處于低地震活動(dòng)區(qū)，基本可以排除大規(guī)模地震發(fā)生的可能性[3]。另外，我國核電反應(yīng)堆在設(shè)計(jì)時(shí)有較大的抗震裕量。

2.2 核電廠抵御海嘯能力

從沿海地區(qū)的歷史地震分布中可以看出，我國的渤海、黃海以及東南沿海地區(qū)都有地震活動(dòng)記載，這些歷史地震多屬于中等強(qiáng)度地震。根據(jù)區(qū)域地震構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)、地震地質(zhì)以及海域物探等研究，這些地震大多數(shù)是由水平構(gòu)造應(yīng)力作用下斷層發(fā)生走滑運(yùn)動(dòng)形成的，垂直位移相對(duì)較小，因而伴隨這些地震并沒有伴隨發(fā)生顯著的海嘯。

部分專家利用模型對(duì)可能的海嘯影響進(jìn)行了分析計(jì)算，包括對(duì)我國沿海周邊可能的海嘯源估計(jì)以及這些海嘯源對(duì)核電廠廠址影響的計(jì)算。計(jì)算表明，我國濱海核電廠址可能受海嘯影響產(chǎn)生的增水值很小，估計(jì)的可能最大值也僅有2m 左右[5]。

3 國內(nèi)核電機(jī)組對(duì)安全的考慮

國內(nèi)核電廠的廠址條件與日本相比要優(yōu)越許多，核電廠本身設(shè)計(jì)也比日本福島核電廠要可靠。日本福島核電廠采用的是上世紀(jì)六七十年代設(shè)計(jì)的沸水堆核電機(jī)組，而國內(nèi)運(yùn)行的多是上世紀(jì)九十年代以后建造的二代改進(jìn)型核電機(jī)組。后續(xù)新建的核電廠均采用先進(jìn)的三代核電機(jī)組，具備完善的嚴(yán)重事故預(yù)防和緩解設(shè)施。

本章從設(shè)計(jì)時(shí)的縱深防御著手，隨后詳細(xì)介紹三代核電機(jī)組的預(yù)防與緩解設(shè)施。

3.1 縱深防御原則

為了達(dá)到核安全目標(biāo)，核電廠設(shè)置安全設(shè)施和措施時(shí)采用了多層次設(shè)防的總的指導(dǎo)原則，這就是縱深防御原則。縱深防御分為五個(gè)層次：

第一層：高質(zhì)量的設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行，使偏離正常運(yùn)行狀態(tài)的情況很少發(fā)生。

第二層：設(shè)置停堆保護(hù)系統(tǒng)和相應(yīng)的支持系統(tǒng)，防止運(yùn)行中出現(xiàn)的偏差發(fā)展成為事故。

第三層：設(shè)置專設(shè)安全設(shè)施，限制設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故的后果，防止發(fā)生堆芯熔化的嚴(yán)重事故。

第四層：利用特殊設(shè)計(jì)設(shè)施，進(jìn)行事故處置。

第五層：廠外應(yīng)急設(shè)施和措施。

我國核電廠的設(shè)計(jì)和審查中，嚴(yán)格遵照了縱深防御原則。嚴(yán)重事故的預(yù)防和緩解作為其中的重要環(huán)節(jié)，在后續(xù)兩節(jié)中詳細(xì)描述。特別需要說明的是，目前壓水堆核電機(jī)組均采用了大體積安全殼設(shè)計(jì)方案，在極不可能發(fā)生的嚴(yán)重事故后，安全殼很大程度上能包容裂變產(chǎn)物的釋放，減輕對(duì)工作人員和公眾造成的放射性危害。

3.2 嚴(yán)重事故的預(yù)防

目前國內(nèi)在運(yùn)二代改進(jìn)型核電廠以及在建/擬建三代壓水堆核電廠（AP1000、華龍一號(hào)）均采用了三道實(shí)體屏障和事故預(yù)防階段的縱深防御措施，貫徹縱深防御原則以確保反應(yīng)堆的安全功能。

以自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的華龍一號(hào)為例，為保證實(shí)現(xiàn)安全功能所設(shè)置的功能子項(xiàng)如下：

1）確保停堆；

2）防止重返臨界；

3）維持冷卻劑裝量；

4）維持堆芯冷卻劑流量；

5）維持熱阱；

6）維持安全殼完整性；

7）確保電源和水源供應(yīng)。

為了實(shí)現(xiàn)這些功能，設(shè)置了大量相關(guān)系統(tǒng)。這些設(shè)置確保了反應(yīng)堆預(yù)防嚴(yán)重事故的能力，使核電廠發(fā)生堆芯熔毀事故的可能性降到一個(gè)極低的水平。

3.3 嚴(yán)重事故的緩解

福島事故發(fā)生前，國內(nèi)核電業(yè)界已經(jīng)在關(guān)注嚴(yán)重事故的緩解，并對(duì)二代改進(jìn)型核電廠進(jìn)行了大量的改進(jìn)工作，如安全殼內(nèi)消氫系統(tǒng)、安全殼過濾排放系統(tǒng)等。福島事故發(fā)生后，擬建三代核電廠均具備完善的嚴(yán)重事故緩解措施。仍以華龍一號(hào)為例，配備的嚴(yán)重事故緩解設(shè)施如下：

1）防止高壓熔堆的設(shè)施；

2）安全殼內(nèi)可燃?xì)怏w控制設(shè)施；

3）安全殼過濾排放設(shè)施；

4）熔融物壓力容器內(nèi)保持設(shè)施；

5）非能動(dòng)安全殼冷卻設(shè)施；

6）非能動(dòng)二次側(cè)冷卻設(shè)施；

7）嚴(yán)重事故管理導(dǎo)則。

這些嚴(yán)重事故緩解措施的應(yīng)用，使得核電廠即便發(fā)生了可能性極低的嚴(yán)重事故，仍能夠有很強(qiáng)的能力將放射性裂變產(chǎn)物包容在安全殼內(nèi)，避免向環(huán)境的擴(kuò)散。

4 結(jié)論

通過對(duì)福島核事故起因和進(jìn)程的分析，對(duì)比我國核電廠廠址條件，認(rèn)為我國核電廠發(fā)生由于地震和海嘯導(dǎo)致的放射性釋放的可能性極小。

由于我國核電堆型與日本福島核電廠堆型不同，且在縱深防御原則指導(dǎo)下，設(shè)置了較為完善的嚴(yán)重事故預(yù)防與緩解措

施，因此能夠有效預(yù)防嚴(yán)重事故的發(fā)生并能切實(shí)緩解嚴(yán)重事故后果。我國核電廠具有很高的安全性，發(fā)生大規(guī)模放射性釋放的可能性是極低的。

［1］張之華,等.日本福島核事故的思考與警示[J].原子能科學(xué)技術(shù),2012,09.

［2］Nuclear Emergency Response Headquarter Government of Japan,The Accident at TEPCO’s Fukushima Nuclear Power Stations[Z].2011,06.

［3］常向東.對(duì)福島核事故的認(rèn)識(shí)與思考[R].環(huán)境保護(hù)部核與輻射安全中心“核新論壇”,2012.

［4］俞冀陽,俞而俊.核電廠事故分析[M].清華大學(xué)出版社,1991.

［5］內(nèi)陸核電廠安全、環(huán)境問題及核能發(fā)展中的幾個(gè)重要問題研究[J].2015.