国际核事件分级表及应用实例

2011-05-23康慧

中国核电 2011年1期

关键词：放射性物质堆芯核电厂

康慧

（中国电力工程顾问集团公司，北京 100120）

核技术，因在其应用中产生电离辐射，有可能对人体健康和生命及环境带来重大危害，特别是受切尔诺贝利核事故和三哩岛核事故的影响，使得核与辐射安全受到世界范围的特殊重视。

总结世界上已发生的核事件（事故），有很多值得吸取的经验教训，其中，最重要的是：当发生核事件（事故）时，应如何真实、及时、恰如其分地向公众和媒体通报，本文将通过国际核事件分级表的主要内容和8个应用实例，介绍与核事件（事故）有关的基本知识。

1 国际核事件分级表

为了保证核与辐射安全，取得公众的信赖，世界各国在核技术的研究、开发和应用中，在核设施设计、建造、运行和退役过程中，采取了一系列技术措施及管理措施，制定了一整套理论和原则，以法律和法规的形式颁布并严格实施。

但是，核设施不可避免会发生事故，一旦发生事故，为了避免误传、误导、谣言、夸大、缩小、隐瞒等现象的发生，使公众和媒体及时而准确地了解真相，国际原子能机构（IAEA）在1986年主持制定了《及早通报核事故公约》，我国于1986年9月26日签署了该公约。

核事件是十分复杂的，如果使用专业性的术语进行通报，缺少专业知识的公众和媒体很难理解其所达到的程度，这就需要有一种易于理解的统一的术语向公众媒体通报核设施所发生事故的严重程度，使核工业界、新闻界和公众取得对事故的共同理解。为此目的，国际原子能机构（IAEA）和联合国经济合作与发展组织核能机构（OECD/NEA）共同组织国际核能专家编制了国际核事件分级表，并于1991年4月使用。目前，国际核事件分级表在全世界有60多个国家使用。

为了使我国的核事件定级工作与国际接轨，我国正式使用国际核事件分级表来通报核事件。

2 国际核事件分级表的主要内容

2.1 使用范围

核电厂以及与民用核工业相关的所有设施，放射性材料运输以及与放射性材料（或辐射）有关的任何事件。它不对工业事故或其他与核（或放射性）作业无关的事件进行分级，这些与核无关的事件被定为“分级表以外”的事件。例如：汽轮机主轴振动，发电机定子绕组短路等只影响汽机和发电机可用性的故障，尽管是可能引起停机的事故，但因为不涉及核安全，仍被归类为“分级表以外事件”。同样，核设施发生的火灾事故，只要不涉及核安全，也被归类为“分级表以外的事件”。

2.2 分级的总说明

分级表将核事件分为7级：较高的级别（4～7级）被定为“事故”；较低的级别（1～3级）为“事件”。

不具有安全意义的事件被归类为零级，定为“偏离”。

与安全无关的事件被定为“分级表以外”。

分级表的级别见表1，采用带有易于理解和记忆的关键词形式，所使用的关键词并不刻意追求精确或权威。事件根据每个栏中列出的3个方面的影响进行考虑：厂外影响、厂内影响和对纵深防御的影响。

表1 国际核事件分级表的基本结构Table 1 Fundamental structure of INES

2.3 对核事件分级的具体说明

0级——偏离（或一般事件），不会对核电站的核安全造成影响。

1级——异常，核动力厂运行偏离规定的功能范围。

2级——事件，核动力厂运行中发生具有潜在安全后果的事件。

3级——重大事件，核动力厂的纵深防御措施受到伤害。厂内严重污染，工作人员受到过度的辐射。向厂外环境释放极少量放射性物质，公众受到的照射远低于规定限值。

4级——没有明显厂外风险的事故（主要在核设施内的事故），核动力厂反应堆堆芯部分损坏，对工作人员具有严重的健康影响。向厂外环境释放少量放射性物质，公众受到规定限值量级的照射。

5级——具有厂外风险的事故，核动力厂反应堆堆芯严重损坏。向厂外环境有限度地释放放射性物质，需要部分地实施当地应急计划。

6级——重大事故（或严重事故），核动力厂向厂外明显的释放放射性物质，需要全面地实施当地应急计划。

7级——特大事故（或极严重事故），核动力厂向厂外大量释放放射性物质，产生广泛的健康和环境影响。

2.4 分级表使用中的若干问题

2.4.1 评定程序

第一步：检查事件是否是与放射性材料和/或辐射有关的事件，以及放射性材料运输中发生的事件。如果是工业事故或其他与核或放射作业无关的事件，则被定为“分级表以外”的事件。

第二步：对于与放射性材料和/或辐射有关的事件，以及放射性材料运输中发生的事件，需要分别考虑厂外影响、厂内影响和纵深防御三方面对事件加以定级。

第三步：选取三者中定级最高者。

参与评定程序的人员都是核工业界的资深专家。

2.4.2 分级表使用的时机

国际原子能机构要求各成员国在发生2级及以上的核事件以及引起新闻媒介和公众关注的核事件时，迅速定级并在24 h内通知国际原子能机构。

分级表为事件发生后即刻使用而设计，不过，在有些情况下要求较长的时间对事件后果进行了解和定级。在这些少见的情况下，可先临时定级，待日后确认。事件还可能因为得到进一步的信息而需要重新定级。

2.4.3 其他

尽管分级表适用于所有装置，但实际上不可能适用于某些类型的设施发生的涉及有相当数量的放射性物质向环境释放的事件。对于这些设施，分级表的最高级别将不适用。这些设施包括研究堆、未辐照核燃料处理设施和废物储存场所。

分级表并不替代国家和国际上为事件的技术分析和向安全主管部门报告所采用的准则。它也不构成每个国家现有的处理放射学事故的正式应急安排的一部分。

鉴于经常能从重要性相对较小的事件中获得重要的经验，分级表不宜作为选择运行经验反馈事件的基础。

最后，分级表也不宜用来比较各国之间的安全实绩。每个国家在向公众报告较小事件方面都有不同的安排，而且很难保证在国际上对0级和1级之间界限上事件分级有一致的精确性。分级表上2级及以上的事件的信息一般是可以得到的，但从统计学上看这些事件的数目很小，并且每年都有变化，很难提供有意义的国际比较。

3 利用国际核事件分级表的实例

以下给出0～7级分级的8个实例，供参考。

3.1 前苏联切尔诺贝利核电厂事故

3.1.1 事故简述

切尔诺贝利核电厂4号堆是1 000 MW级大型石墨管道式沸水反应堆，20世纪70年代初设计，于1983年12月投入运行。此堆在设计上有两个主要的安全不利因素：1）堆芯具有正气泡反应效应；2）控制棒挤水棒的正反应性效应（控制棒下端连接着石墨制成的挤水棒，插入堆芯时，会引入正反应性）。

1986年4月26日，前苏联的切尔诺贝利核电厂4号反应堆在计划停堆进行检修之前，做汽轮发电机甩负荷实验。这次实施的准备工作极其草率，“实验大纲”并未严肃认真加以制定，“大纲”中写着的实施过程也轻描淡写，流于形式。“大纲”甚至还明确规定作实验时解除应急冷却系统的备用状态，至于操作人员对实验中可能出现的各种异常情况都没有思想准备。

在不具备甩负荷实验条件下，操纵人员仍顽固的坚持实验，又出现一系列操纵错误，发生了堆芯熔化和大量放射性外泄的事故。大约在1时24分左右，相继发生两次爆炸（间隔2～3 s），浓烟烈火直冲天空，高达1 000多米。火花溅落在反应堆厂房、发电机厂房等建筑物屋顶，引起屋顶起火。同时由于油管损坏，电缆短路以及来自反应堆的强烈热辐射，引起附近区域30多处大火。

3.1.2 事故后果及影响

在切尔诺贝利事故中，有237位职业人员受到有临床效应的超剂量辐射。其中134人呈现急性辐射病征兆。当中28人在3个月内死亡，另外2名工作人员在事故爆炸中直接致死。

1986—1987年，参加事故后果处理的20万人员接受的平均剂量约为100 mSv。其中，约10%人员受到的剂量为250 mSv，少数人员受到的照射剂量大于500 mSv。事故后从禁区（半径30 km）撤离的116 000名居民在疏散前已受到辐射，其中约10%的人受到的剂量大于50 mSv，5%的居民受到大于100 mSv的辐照剂量。

对切尔诺贝利核电厂厂区和周转地区进行放射性污染清理，参加消除事故后果的总人数达20万之多。

3.1.3 事故分级

事故造成大量放射性物质外泄，对周围环境和居民造成广泛影响，需全面实施应急计划，甚至波及北半球各国。属于7级（特大事故）。

这次事故造成了大约200亿美元的巨大经济损失，对世界核电发展造成了灾难性的负面影响。

3.2 前苏联南乌拉尔后处理事故（又称基斯迪姆后处理事故）

3.2.1 事故简述

事故发生在1957年，前苏联南乌拉尔核材料生产设施有16个300 m3的高放废液贮罐。这些贮罐存放在一组混凝土拱形地下室内，每个罐的四周留有一定的空间，充满冷却水，按一定周期换水。

由于其中一个贮罐的一根输送放射性液体的管子泄露，该罐周围的冷却水被污染。核材料厂把冷却水抽走，但没有换上新的冷却水。这时，罐中含有70～80 t约20×106Ci的放射性废液。废液衰变产生的热交换出不去，水温上升并大量蒸发，形成了硝酸钠和醋酸盐等易爆性残渣。这些残渣的温度一路上升到350 ℃，终于引发爆炸。爆炸力相当于70～100 tTNT炸药的爆炸威力。

3.2.2 事故后果和影响

Preliminary Design of Engine-Propeller Matching Based on CFD Technology

爆炸使相邻的两个贮罐被破坏，放射性物质大量散布在贮罐的附近，估计有20×106Ci的放射性物质被喷射到1 km高的大气层，放射性烟羽扩展到105 km远。

事件后的7～10 d内，约600人从附近的居民点撤离，在那里放射性物质90Sr的最大浓度为10～100 Ci/km2。在随后的18个月内，总计撤离了10 180人。撤离前最大平均外照射达17 rem，有效剂量当量为52 rem，有1 120 km2面积受到污染。90Sr的污染超过2 Ci/km2。

3.2.3 事故分级

根据国际核事件分级表（INES）规定，考虑到放射性物质向外释放，需要全面启动地方应急计划的防护措施，因此该案例定为6级（重大事故）。

迄今为止，在已发生的国际核事件中，基斯迪姆后处理事故排在第二位，仅次于切尔诺贝利事故，其定级高于美国三喱岛事故（5级）。

3.3 美国三喱岛事故

3.3.1 事故简述

1979年3月28日，美国三喱岛核电站的2号机组发生了严重事故。事故的起因是蒸汽发生器的给水泵跳闸，事故给水管线上的阀门由于维修人员的误操作而处于关闭状态，使蒸汽发生器的给水中断。这本是一种普通的事故，很容易排除。事故出现后，由于信号显示不全，操纵人员未能及时发现设备处于不正常状态，出现了多次的人为误操作，使得事态严重恶化，堆芯发生三次裸露，导致反应堆堆芯严重损坏。但由于安全壳的防护，没有造成大量放射性释放的灾难性后果。

3.3.2 事故后果和影响

3次堆芯裸露，锆包壳总量中大约有30%～40%被氧化，堆芯上部1/3严重损坏，燃料元件峰值温度可能达2 000 ℃，堆芯流动阻力增加到正常值的200～400倍。事故表明，操纵员的失误是引发这次核电严重安全事故的主要原因。

燃料产生的放射性惰性气体大约有30%～40%释放出来，有10%～15%的碘、锶、铯从燃料中释放出来。但由于安全壳的包容作用，释放至环境的放射性物质不多，在80 km范围内200万居民受到的集体剂量当量约20人·Sv，最大个人剂量小于1 mSv。该核电厂工作人员，受剂量多的三名工作人员分别受到38、34、31 mSv的照射，这些数据表明三喱岛核电厂堆芯严重损坏事故造成的辐射影响是很小的。

3.3.3 事故分级

事故导致反应堆堆芯严重损坏，向厂外有限度释放放射性物质，需部分的实施当地应急计划。此事故定级为5级（具有厂外风险的事故）。这是人类核电历史上第一次较为严重核事故，后果惨重，核工业界的直接经济损失达100～200亿美元，由于这一严重核事故的影响，事故后美国至今没有新的核电站登记注册。

3.4 英国温茨凯尔后处理厂事故（又称“首端”事故）

3.4.1 事故简述

该事件发生在1973年9月26日，该设施用于氧化物燃料的“首端”处理，所得的产品送往后处理厂。事件是在一个衡量进料器发生了放热反应，在高温下不溶裂变产物（含有大量的钌-106颗粒、锆颗粒和其他固体）和酸化的Butex之间发生了反应，可能导致锆的燃烧。

3.4.2 事故后果

大量夹带钌-106的气体进入大气，释放到大气中的放射性估计有3.7×1011Bq。事件导致厂房中的35人均受到体外污染，有1人肺部剂量达40 μCi，其他人员在0.01～5μCi之间。

事故后调查建议包括监测首端处理过程中固体的产生，改善通风布局，增加β监测器的型号和数量，改善应急安排。

3.4.3 事故分级

事故导致厂内严重污染，多名工作人员受过量辐射，定级为4级（无明显厂外风险的事故）。

3.5 某厂放射性源破损污染事件

3.5.1 事件简述

某厂曾于某年从前苏联进口一铯标准源，源活度为3.7×1011Bq，成粉末状。源结构是在玻璃容器内装入铯粉，再用烧融法封口，无金属外包装。平时用棉花包裹后放在铅罐内，存放在源库内，一直未使用。

某年某月，做试验时，将源借去后放在610爆轰主实验室通风间内，每天数次从铅罐中取出拿到距实验室100 m处的地下爆室内标定探头。每次放回铅罐时，不用棉花包裹。后来偶然测试探头本底时发现计数很高，无法测试，开始以为是仪器本身问题，经几天查找无效，实验队通知剂量员来检查，才发现源玻璃封嘴已被挤破，铯粉洒落。

3.5.2 事件后果

污染最严重的地方是爆轰控制室和通风间，经人员黏带，610主实验室和612辅助实验室也受到了污染，地表的β污染水平为（14～70）×1011Bq·cm2。爆室虽经清理，但辐射仍高于本底水平，后用10 cm铅套将探头屏蔽起来，才开始试验。

3.5.3 事件分级

事件导致实验区严重污染，定级为3级（严重事件）。

3.6 美国爱达荷处理厂临界事件

3.6.1 事件简述

该事件发生在1978年10月17日，事件是在从废弃溶液中回收高浓铀的第一循环溶剂萃取系统中发生的。当进入水相洗涤液中的硝酸铝溶液浓度逐渐降低时，使柱底部的铀浓度增加到了21～22 gU/L，在洗涤柱中铀的质量显著增高，导致柱底部发生临界，产生了约2.7×1017次裂变。

事件后调查发现，由于核电厂过于关心进度，在大量系统尚未完成调试的情况下急忙装料，导致许多系统尚未移交主控制室。由于系统调试工作分散，使主控制室人员对核电厂整体状态，特别是系统状态缺乏了解和控制，因而并不知道系统状态已经改变，补水用的硼酸补给泵已从硼酸制备系统切换到换料水箱，而从事补水操作的操作员并不知道。

3.6.2 事件后果

由于意外临界发生在有重防护墙和良好通风设施的设备室内，没有工作人员受到伤害，也没有大量的放射性释放。

3.6.3 事件分级

运行中发生了具有潜在安全后果的意外核临界事件，安全措施明显失效，定级为2级（事件）。