关于对核电厂内乏燃料干法贮存系统核安全监管要求的研究

王崇翔，侯　伟（环境保护部核电安全监管司，北京　100034）



关于对核电厂内乏燃料干法贮存系统核安全监管要求的研究

王崇翔，侯伟
（环境保护部核电安全监管司，北京100034）

摘要：近年来，我国一些运行核电厂乏燃料池中的乏燃料贮量已接近或达到贮存限量，这些核电厂准备增设乏燃料干法贮存项目。由于我国在该方面的核安全法规体系尚不完备，且可参考的范例较少，亟需对相关的核安全监管方式、方法进行探讨和明确。本文结合我国核安全监管要求和美国相关监管工作经验，综合考虑乏燃料干法贮存项目的可实施性和审评工作的可操作性，针对干法贮存系统在设计、运行和审批过程中必须明确的关键问题开展研究，并提出了一些可供参考的监管建议。

关键词：核电厂；乏燃料；干法贮存；监管要求

在核电厂的设计中，必须考虑因反应堆运行所产生的乏燃料的处置方式。受目前科技水平的限制，国际上拥有核电的国家所采取的乏燃料处置模式主要有两种：“一次通过”和“闭式循环利用”。“一次通过”是将乏燃料经过冷却、包装后作为废物掩埋和封存在地质储存库，长期储存，不再循环利用，美国、加拿大等国家拟将采用；“闭式循环利用”是通过乏燃料后处理技术，分离可利用核素及高放废物，实现提高资源利用率和放射性废物减容的目的，为法国、日本等国所采用［1］。国际主要拥有核电国家所采用的乏燃料处置模式见表1。

表1　各国采用的乏燃料处置模式Table 1 Spent fuel disposal models adopted by countries

目前，世界因核电厂运行所产生的乏燃料的处理量有限，大多仍处于暂存状态［2］。全球乏燃料后处理量和暂存量发展趋势如图1所示。

图1　全球乏燃料处置状态趋势Fig.1 The global trends in spent fuel management

早在1983年，我国就确立了乏燃料处置模式为“闭式循环利用”。在这一政策的指导下，我国开展了一系列的研究，并建设了中核404乏燃料后处理中间试验工厂（简称中试厂）。但是，由于中试厂的乏燃料贮存和处理能力有限，加之其他种种原因，目前我国因核电厂运行所产生的大部分乏燃料仍存放在各核电厂的乏燃料水池中。

我国在运商用压水堆核电厂的乏燃料贮存均采用水池贮存系统，按照计划，乏燃料在水池中贮存数年后将实施外运，其外运需求趋势如图2所示。早期，我国核电厂水池贮存系统的设计贮存能力通常为十个燃料循环的乏燃料产生量［3］。近年来，新建核电厂水池贮存系统的设计贮存能力普遍有所提高。由于乏燃料外运困难，一些已运行多年的核电厂乏燃料水池中的乏燃料贮量已接近或达到贮存限量。为了维持核电机组的正常运行，部分核电厂采取了临时缓解手段，包括同类机组间转运贮存等。但是，从目前乏燃料产生量渐增的趋势来看，上述手段仍无法满足未来一段时间新产生乏燃料的贮存需求，大亚湾核电基地、秦山第二核电厂、田湾核电厂的乏燃料水池均将在2017年达到满容。

图2　全国乏燃料需外运数量趋势Fig.2 The trends in spent fuel amount needing shipping out

如果乏燃料水池满容后仍无法实施乏燃料外运，上述核电厂的12台机组都将面临因乏燃料无处贮存而不能继续运行的困境。为了解决这一问题，一些核电厂近年来开展了相关研究，目前来看主要的努力方向是增设乏燃料干法贮存项目。

核电厂增设乏燃料干法贮存项目涉及核安全问题，需接受相应的核安全监管。由于我国目前专门针对乏燃料干法贮存的核安全法规体系并不完备，且可参考的范例较少，一些相应的核安全监管基本问题需要探讨和明确。如：增设的干法贮存项目是作为系统还是设施？由谁来管理？需归在哪个行政许可下面？按照什么标准来设计？按照什么流程来审批？为了做好核电厂核安全监管，对这一项目开展核安全监管相关研究显得极为迫切和必要。

1　关于乏燃料干法贮存

乏燃料暂存分为在堆暂存和离堆暂存。刚卸出的乏燃料需在堆暂存若干年后才可运往容量较大的离堆暂存设施中。乏燃料暂存设施的设计方案有“干法”和“湿法”两种，两种方案在国际上都有大量应用，均为成熟技术。其中，干法贮存是目前世界主要核电国家普遍采用的一种乏燃料暂存方式，美国已有近70%的核电厂配套建设了干法贮存系统。国际的相关实践和经验表明，干法贮存系统简单、运行经济、易于扩展、安全性可满足要求［4］。

如图3所示，干法贮存项目在设计上应具备乏燃料的装载、转运、贮存、回取和外运等功能，并配备相应的通风、供水、配电、监测、实物保护、通讯等辅助系统。

图3　干法贮存项目的功能和系统配置Fig.3 The function and system configuration of dry storage project

贮存容器是乏燃料干法贮存项目中最为重要的设备，它将提供对乏燃料组件的结构保护、辐射屏蔽、放射性隔离，并通过冷却手段实现对乏燃料组件的温度控制。根据所用贮存容器的不同，乏燃料干法贮存一般可分为金属容器式、混凝土筒仓式、干井式和金属套管式。其中，金属容器式和混凝土筒仓式广泛应用于美国、欧洲和日本的核电厂；干井式干法贮存直接使用大地土层作为辐射屏蔽容器，国际上应用极少；金属套管式主要应用于重水堆核电厂乏燃料的离堆临时贮存［5］。根据本课题研究中所做的统计，目前国际上乏燃料干法贮存项目所用容器占比的情况如图4所示。

图4　各类容器占比情况Fig.4 The proportion of various types of containers

2　美国的乏燃料干法贮存监管体系

目前，美国核电厂乏燃料处置执行的是“一次通过”的策略。事实上，美国的乏燃料处置政策在1977年之后经历了从“闭式循环利用”向“一次通过”转变的过程。1982年和1987年，美国先后出台并修订了《核废物政策法》，为乏燃料“一次通过”处置工作提供了法律依据，并指定尤卡山为第一座处置库场址。但是，由于该处置库工程严重拖期以及与公众的沟通问题，该工程进展缓慢，各核电厂不得不寻求其他乏燃料临时贮存方案［6］。

此后，美国核电厂与相关部门经过一系列研究沟通，最终选择了干法贮存作为乏燃料的暂存方案。与此同时，美国核管会联合能源部以及其他相关单位对乏燃料干法贮存的相关工业标准和核安全法规开展了研究，逐步形成了一套较为完善的核安全监管体系［7］。调研美国核管会的相关做法和经验，将有助于我国核安全监管部门更加稳妥、有针对性的开展核电厂乏燃料干法贮存项目的核安全监管工作。根据美国电力研究协会的一项统计分析，美国核管会对核电厂乏燃料干法贮存项目历年的审批数量如图5所示［8］。

2.1法规标准

在美国的核安全法规标准体系中，从联邦法规，到核安全导则、技术文件、工作细则，再到工业标准，均有专门针对核电厂乏燃料干法贮存的核安全要求。

图5　美国的乏燃料贮存项目批准数量趋势Fig.5 The trends in the number of spent fuel storage projects approved in US

二十世纪80年代，美国发布了联邦法规《独立乏燃料贮存设施及高放废物取证要求》（10 CFR 72），用于反应堆厂址内或离堆厂址的乏燃料干法及湿法贮存系统的取证申请。在此基础上，美国核管会相继发布了RG系列管理导则，包括《乏燃料贮存设施的设计准则》（RG1.13）、《乏燃料贮存设施的设计》（RG 3.60）、《乏燃料干法贮存容器安全分析报告标准格式与内容》（RG3.61）、《乏燃料厂内干法容器贮存安全分析报告标准格式与内容》（RG 3.62）等［9，10］。

在监管文件层面，美国核管会发布了《干法贮存设施标准审查大纲》（NUREG1567）、《干法贮存系统标准审查大纲》（NUREG1536）、《独立乏燃料储存装置信息手册》（NUREG1571）等文件。在标准引用方面，乏燃料干法贮存相关工作中主要参考ASME标准第三卷、ANSI/ANS标准、ASTM标准及ACI标准。

除此之外，美国核管会还根据乏燃料干法贮存的具体内容，制定了《破损燃料处理措施》（ISG-1）、《乏燃料运输和贮存期间包壳要求》（ISG-11）等20份ISG工作导则［11］。

2.2许可方式

美国核管会对乏燃料干法贮存系统的许可管理方式分两种。一是特定场址专用许可，用于独立运营的乏燃料干法贮存设施，其许可证获取要求与核电厂许可证要求类似，需要进行独立的安全审查和环境审查。二是通用许可，主要应用于非独立的乏燃料贮存系统，可视为对所在核设施许可证的补充，无需对核设施审评中已论证的安全评价及环境评价进行独立的审查。

根据美国的实践经验，两种许可方式的适用对象不同，其行政审批过程也有区别。特定厂址专用许可通常用于即将退役核电厂的乏燃料暂存，但在审评中需要接受更为广泛的公众参与和环境审查，获得许可所需的时间也较长。通用许可通常用于尚未面临退役的核电厂乏燃料暂存，审批中不需进行单独的环境审查，但在所属核电厂退役时需要单独申请特定厂址乏燃料干法贮存设施许可证。

2.3审查重点

在美国核管会对乏燃料干法贮存项目的审查中，对贮存容器给予了重点关注，有专门的取证要求，取证过程中将对容器的设计、制造及运行情况进行全面的安全审查，确保公众的健康和安全。

3　我国的乏燃料干法贮存核安全监管情况

在我国的核安全法规标准体系中，《放射性污染防治法》、《放射性废物安全管理条例》、《核材料管制条例》等一系列法律法规均涉及乏燃料或高放废物的管理。但是，具体针对乏燃料贮存领域的要求主要包含在核安全法规《民用核燃料循环设施安全规定》（HAF 301）［12］以及相应的三份导则《乏燃料贮存设施的设计》（HAD 301/02）、《乏燃料贮存设施的运行》（HAD 301/ 03）和《乏燃料贮存设施的安全评价》（HAD 301/04）中［13］。我国与美国的相关法规标准比较见表2。

需要说明的是，上述三份导则仅适用于核电厂外的乏燃料中间贮存设施，并不适用于核电厂内增设的乏燃料贮存系统［14］。此外，上述法规和导则仅对乏燃料贮存设施的设计、运行和安全评价提出了基本的原则性要求，并没有明确这些要求的落实方式、验收标准、许可及审评方法等关键问题［15］。

在实践经验方面，尽管我国已经有过乏燃料离堆贮存设施的建设经验（如秦山三期重水堆乏燃料干法贮存设施），但是截至目前仍未形成专门针对乏燃料离堆贮存设施的标准规范和核安全监管工作程序。在国家核安全局审评秦山三期重水堆乏燃料干法贮存设施时，采用的是“HAF 301+核安全审评原则+引进国标准”的审评体系，这是在我国缺乏完整的乏燃料贮存法规标准体系的背景下而采取的手段。即便如此，由于该项目需要完成独立核设施核安全和环境审批的全部流程，从国家核安全局开始审查到颁发运行许可证也经历了近五年的时间。

表2　中美相关法规标准比较Table 2 Comparison of relevant regulations and standards between China and the United States

4　需要关注的几个问题

综合考虑美国的乏燃料干法贮存监管经验和我国核安全监管工作开展情况，鉴于目前核电厂乏燃料贮存的紧迫需求，以下几个涉及核安全监管的关键问题需要给予关注并研究解决。

4.1行政许可方式和审批办法

采取何种行政许可方式是乏燃料干法贮存项目首先需要考虑的问题。从项目实施目的来看，我国核电厂增设乏燃料干法贮存是为了解决未来一段时期机组运行产生乏燃料的贮存需求问题；从贮存对象来看，贮存的乏燃料主要是由本核电厂乏燃料水池转运出的正常组件；从审批时限来看，目前一些核电厂乏燃料水池即将满容，乏燃料暂存需求已迫在眉睫。从对美国乏燃料干法贮存许可方式的调研情况可以看出，目前我国核电厂增设乏燃料干法贮存的许可方式以参考美国的通用许可方式为宜。

若采用这一方式，核电厂乏燃料干法贮存项目应当位于厂区内部，是机组原设计中乏燃料水池系统的补充，属于核电厂辅助系统，可纳入核安全监管部门颁发的核电厂运行许可证许可范围，由核电厂营运单位对其进行全面管理，并承担相应的核安全责任。

同时，由于核电厂增设乏燃料干法贮存系统属于运行期间的安全重要修改，根据《核动力厂运行安全规定》（HAF103）及《核电厂安全许可证件的申请和颁发》（HAF001/01）的相关规定，营运单位应在项目实施前提交修改申请［16］，并按照《核电厂换料、修改和事故停堆管理》（HAF103/01）中的相关要求，提供乏燃料干法贮存系统的设计论证、安全分析、试验验证项目等技术支持文件，待国家核安全局审批通过后方可实施增设系统的建造和运行。相较于独立核设施的行政审批流程，通用许可方式可以在保证审评范围的基础上简化流程，审批效率将大大提高。

4.2设计和审查标准

尽管我国尚无专门针对核电厂内乏燃料干法贮存系统的核安全要求，但核安全法规标准中仍有部分适用内容。因此，对于核电厂内乏燃料干法贮存系统的设计、建造、运行和退役等活动，首先必须遵守中国现行有效的环境保护和核安全法律法规中的适用条款。

同时，干法贮存系统作为核电厂辅助系统，在设计和运行中必须遵守《核动力厂设计安全规定》（HAF102）、《核动力厂运行安全规定》（HAF 103）等相关规定，满足国家核安全局在核电厂运行许可证框架下提出的监管要求，参照并执行核安全监管部门发布的指导性文件中的适用部分。对于干法贮存系统所涉及到的其他有关国家标准，如辐射防护、核临界安全等，在系统设计中还必须满足强制国标的相应要求。

可以预见，由于我国相应法规标准尚不完备，在干法贮存系统的设计和审评过程中必然会遇到一些目前我国核安全法规标准尚未涵盖的核安全相关问题。针对这些问题，建议相关单位在工作中参照或采用美国核管会颁布的核电厂内乏燃料干法贮存系统相关RG系列监管导则、NUREG系列技术文件和相关的工业标准，或经国家核安全局同意后补充参考国内、外标准和规范中的适用部分。

4.3关于容器的审评

贮存容器是乏燃料干法贮存系统中最为关键的设备。美国核管会对乏燃料干法贮存容器有专门的取证机制，并按照容器型号对多个厂家生产的干法贮存容器颁发了许可证。对于采用通用许可方式的乏燃料干法贮存系统，营运单位在系统设计中可以直接选用已经过核管会认证的贮存容器。但是，对于可以容纳不同核电厂乏燃料和破损燃料的特定厂址的乏燃料干法贮存设施，美国核管会要求这类设施营运单位按照《乏燃料干法贮存容器安全分析报告标准格式与内容》（RG3.61）中的要求提交贮存容器安全分析报告，并实施相应的审查。

我国的民用核安全设备监管实行设计、制造、安装和无损检验许可证制度。由于之前没有相关需求，我国尚未将乏燃料干法贮存容器纳入民用核安全设备目录中实施监管。因此，我国在目前的贮存容器审评中，可以借鉴美国核管会对特定厂址干法贮存容器的监管模式，从容器的结构、屏蔽、临界状态、事故分析、操作过程等方面开展“一事一议”的全面审评，以保证核电厂的乏燃料干法贮存安全。

需要提醒的是，本文仅针对贮存容器的贮存功能进行探讨，如果营运单位选择采用贮存和运输两用的干法容器，该容器还应符合放射性物品运输容器的管理要求，并单独报国家核安全局审批。

4.4设计寿期

设计寿期也是核电厂内乏燃料干法贮存系统设计中必须尽早考虑的一个重要因素。干法贮存系统用于核电厂乏燃料的暂时贮存，而非永久封存。因此，为了保证干法贮存系统在整个运行期间的安全和贮存性能，应当明确系统的设计寿期。特别是在通用许可模式下，由于已将乏燃料干法贮存系统纳入核电厂运行许可证中，还需研究系统的设计寿期与核电厂设计寿期的关系。

从逻辑上来看，干法贮存系统的设计寿期原则上应不少于核电厂设计寿期的剩余时间。如果营运单位考虑在核电厂设计寿期届满后运行许可证仍有可能申请延续，则干法贮存系统的设计寿期也应有所考虑。此外，还需考虑一种特别的情况，当一个拥有乏燃料干法贮存系统的核电厂将要退役时，若干法贮存系统还需继续贮料运行，则营运单位应当将干法贮存系统转变为独立的乏燃料干法贮存设施，并提前向国家核安全局提交换证申请。

4.5管理措施和工程接口

乏燃料干法贮存系统作为核电厂运行期间新增的辅助系统，各项管理措施应当与核电厂的整套管理体系相匹配，并应在系统设计中预留实现运行中各项功能的工程接口。

因此，营运单位在向国家核安全局提交的申请文件中，需要包括乏燃料干法贮存系统的位置、布置、辐射防护、应急计划、运行限制与条件等信息，以及系统与核电厂、运输、乏燃料后处理等工程接口的描述。对上述信息进行审查，可以确认新增系统各项管理措施能够满足核电厂运行许可证相关文件的要求，并保证系统在实现各项预定功能时的核安全。

4.6环评的审评方式

一般来说，核电厂新增厂内乏燃料干法贮存系统对环境的影响不会超出核电厂原有环评的范围，美国的相关实践也证明了这一点。但是，营运单位仍有必要在干法贮存系统设计的同时开展相关环评工作，论证增设该系统的环境影响符合核电厂执照文件的相关要求，以保障核电厂周围环境、生态系统和公众的安全。

5　结语

本文所开展的研究是在我国核电厂乏燃料产生和转运的现状背景下，根据核电厂近期的工作意愿，综合考虑工程的可实施性和审评的可操作性，结合我国核安全监管要求和美国相关监管工作经验，针对在乏燃料干法贮存系统设计、运行和审批过程中必须明确的关键问题，提出一些可供参考的监管建议。

尽管目前还只有少数运行核电厂准备增设厂内乏燃料干法贮存系统，但从长远来看，如果乏燃料转运的困境无法尽快得到缓解，后续核电厂有可能普遍增设乏燃料干法贮存系统。因此，有必要尽早开展相关核安全监管体系的研究，完善我国相应的核安全法规、导则，明确相应设施、系统和容器的许可制度和技术标准，加强对乏燃料干法贮存项目在设计、建设和运行方面的指导和监管，保障我国民用核设施的核安全。

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［16］国家核安全局. HAF 103-2004核动力厂运行安全规定［S］.北京：国家核安全局，2004.

Research on Nuclear Safety Supervision Requirements for the
Spent Fuel Dry Storage System in Nuclear Power Plant

WANGChongxiang，HOUWei
（Nuclear Regulatory DepartmentⅡ，MEP，Beijing100035，China）

Abstract:Inrecentyears，thequantityofspentfuel in spent fuel poolsisclose to or reachesthe storage limit of the pool in some nuclear power plants of China. And these plants prepare to add the spent fuel dry storage projects. As the situation ofnuclear safetyregulatorysystem on spent fuel drystorage is not complete currently，and there are fewexamplesfor reference，it is necessaryto explore and clarifythe relevant nuclear safety regulatory approach. Combining the requirements of China's nuclear safety regulatory requirements and the relevant regulatory experience of NRC，comprehensively considering the implementation of spent fuel dry storage project and operational review，focusing on the key issues which must be clear in dry storage system design，operationandapproval process，the research isdevelopingin thisarticle. Some suggestions for referenceinregulationareproposed.

Keywords:nuclearpowerplant；spentfuel；drystorage；regulatoryrequirements

中图分类号：TL93+3

文章标志码：A

文章编号：1672-5360（2016）01-0011-06

收稿日期：2015-12-02修回日期：2015-12-30

作者简介：王崇翔（1986—），男，山东梁山人，硕士，现主要从事核电厂核与辐射安全监管工作