乏燃料海运实物保护系统初步设想

张瑾珠，吕 钢，李 佩，李晓范

(中核清原环境技术工程有限责任公司，北京 100037)

随着我国核电迅速发展和后处理能力增强，乏燃料运输需求日益增加。发展公海铁多式联运是实现乏燃料高效安全运输发展的必然方向。国际上英、法、日本、瑞典等主要核电国家均根据本国情况，建立起了涵盖公、海、铁等多种运输模式的乏燃料运输体系。目前，我国还未开展过乏燃料海上运输，有关海上运输乏燃料活动的实物保护也仅有一些指导性的原则性要求[1]。要真正实现乏燃料海运，构建海运实保体系是必须考虑的环节。

1 乏燃料海运的特点

1.1 乏燃料运输船的特点

按照《国际乏燃料、钚和高放废物运输船安全规范》(international code for the safe carriage of packaged irradiated nuclear fuel, plutonium and hige-level radioactive wastes on board ships，简称INF Code)[2]要求，乏燃料的海运须使用INF-3船，国际已有的乏燃料海运活动使用的船舶均符合该要求。国内目前没有建造INF-3船。国际上PNTL、INS等公司拥有自己的INF-3船进行乏燃料运输。这些专用船只全长约100 m，载重千吨级，航行速度12—14节，单船最多可以装载20台乏燃料货包容器。考虑到运输效率、贮存换料需求、铁路运输衔接等因素，单船单次通常装载量约10台左右。

一艘典型的INF-3结构如图1所示[3,4]。船为双机双舵，货舱位于船体中部，分上下两层，用活动舱口盖板隔开，在船舱内设有固定货包的底座，乏燃料货包通过托架与船体可靠地固定在一起。

图1 INF-3船结构示意图Fig. 1 Constructions of INF-3 ship a-双雷达装置 b-卫星导航与通信装置c-备用发电机组 d-加强型舱口盖板e-海上求助牵引支架 f-第一防撞舱壁 g-首侧推器h-首尖舱 i-第二防撞舱 j-双层壳体k-防撞加强板(20 mm板制成) l-备用发电机组m-双推进器和双舵 n-主发动机组 o-乏燃料容器

1.2 我国开展乏燃料海运特点

目前我国已有的核电厂分布于数千米长的海岸线上，开展乏燃料海运的目的是将各核电厂产生的乏燃料送到沿海的后处理大厂，或集结后通过铁路运往内陆的后处理设施，乏燃料运输船的停靠港为各核电厂的自备码头或后处理厂的码头。为保证应急救援及容器货包的安全，航线应选择近岸航行且水深应在200 m以内。我国开展乏燃料海运特点见表1。

表1 我国乏燃料海运特点及描述Table 1 characteristic and description of Chinese spent fuel marine transport

2 乏燃料海运实保系统设计基础与原则

完整的实物保护系统设计和分析过程应该包含的过程如图2所示[5]。本文仅进行实物保护系统设计的初步探讨，即图2中虚线框内的部分，对分析设计和薄弱性评估(VA)等工作则在后续研究中进行。

图2 实物保护系统的设计与分析过程Fig.2 Proscess of physical protect design and analysis

2.1 保护的对象及分级

乏燃料运输船是本文实保体系的保护对象，港口设施不包括在内。

运输采取实物保护的级别应与所运输物质可能发生的危害的风险性相对应。实物保护级别不同，相应的要求也不同。《核材料和核设施实物保护的核安保建议》(IAEA NSS 13)中建议乏燃料按照Ⅱ级核材料安保分级，同时也提出，考虑到各国的储存和运输相关因素，各国也可能在其国内使用不同的运输安保级别。乏燃料货包通常应使用加强型安保级别，“在一些可能仅与某些类型或某些数量放射性物质有关或特别敏感的运输有关情况下”，各国还可以要求施用“额外的安保措施”[6-8].

我国对未辐照过的铀、钚、氚和锂实保等级进行了划分[9]，对乏燃料的实保级别没有明确规定。2016年《中华人民共和国核安保条例》(征求意见稿)第四条中提到我国的核材料安保类别，将“由国务院核工业行业主管部门会同国务院公安部门、环境保护主管部门制定并公布”[10]。

以往国内公路乏燃料运输安保通常采用不低于Ⅱ级的安保级别。海运乏燃料运输活动中铀钚的总量大，潜在危害程度高，因此，建议乏燃料海运实保体系设计中，安保级别至少划定为Ⅱ级。

2.2 威胁

设计基准威胁(DBT)，指的是可能企图进行擅自转移或蓄意破坏的潜在内部人员和(或)外部敌对分子具有的并已针对其进行了实物保护系统设计和评价的属性和特征。各国根据国家的整体安全形势，结合核材料与核设施的安保类别，对潜在的威胁进行评估，参考国际原子能机构(IAEA)关于实物保护的指导原则，制定本国的设计基准威胁，并以此开展实物保护系统的设计。出于国家安全考虑，绝大多数国家通常不公开其设计基准威胁，以及能反应其实物保护系统实际能力的文件[11]。美国核管会在联邦法规(10CFR 73)中，提出了部分设计基准威胁，用以设计针对恶意袭击、偷盗或非法转移核材料的实物保护系统[12]。

我国的国家设计基准威胁指导文件仍未完成制定，目前也没有海上乏燃料运输的设计基准威胁指导文件。

本文以10CFR 73.1中的设计基准威胁为参考，结合目前仅考虑沿海核电厂乏燃料运输不考虑国际远洋海运业务的需求特点，假定了乏燃料海运的设计基准威胁，见表2。

表2 乏燃料海运的设计基准威胁Table 2 The design basis threat of spent fuel marine transport

可能采取的战术如下：

(1)在专用船锚泊或航行途中，敌手船突然靠近乏燃料运输船，人员持枪械武器、燃烧或爆炸等装置，利用抛缆枪和绳索工具攀爬上运输船进行袭击。

(2)敌手船只停留在距乏燃料运输船一定距离之处，用重型枪对乏燃料运输船进行袭击。

(3)敌手驾驶小艇，极快速撞击乏燃料运输船。

(4)敌手通过冒充海警执法人员中途检查上船。

(5)内外勾结，冒充船务人员蒙骗登船后发动袭击。

2.3 原则

在IAEA核安保丛书中，对核材料实物保护和放射性物质运输提出了一些指导意见[6-8]。据此，我们提出了我国乏燃料海运实物保护系统的一些设计原则。

2.3.1 分区管理

《核设施实物保护》(HAD501/02)中将实施I级实物保护的核设实物保护区域划分为要害区、保护区、控制区。IAEA NSS 13也提到，核材料至少应当在保护区内使用或贮存；一旦散布便可能导致高放射后果的一定数量的核材料以及防止高放射后果所需的最低数量设备、系统或装置应当设置位于保护区内的一个或多个要害部位；保护区应当设置在限制进入区内。

对乏燃料海运而言，可作如下分区设置，见表3。

表3 实保分区建议Table 3 suggestion of dividing the physical protection area

专用船港区停泊时，可以停泊位置为中心划分出一定范围的控制区，限制其他船只过于接近。而航行过程中，则应该结合船的航行情况扩展控制区：一旦敌手船只进入了可能造成危险的区域，控制和阻拦减速都较为不易。因此，建议在航行途中，应划定以船舶为中心的一片较大的水上区域，有其它船只进入此区域时，系统就应当有所响应。

2.3.2 纵深防御

海运过程中应分区保护，层层设防。纵深防御的概念应深入物理保护和管理层面。

物理层面的防御应包含多种技术手段达到探测和延迟。构筑物理层面多重纵深防御的示意图如3图所示。

图3 物理层面的纵深防御Fig.3 Defense in Depth of Physical Layers

船上应安装有红外、雷达等探测系统，并有专人轮班值守，在航行过程中，对进入限制区水域的船只及早发现，进行评价、身份判别和警告。

如果对方无视警告，快速驶向乏燃料运输船，则警报升级，鸣放报警信号，进入紧急状态，人员按安保方案就位，对外无线通迅联络，打开照明灯，使用高压喷射水龙头等，阻止对方继续接近以致靠舷登船。

确认遭受袭击，则应使用武器装备，延迟对方的突破和攻击，并按照安保计划及应急预案联系最近的地方警力和二级响应力量支援。同时，封闭的船舱和货包拴系等也应发挥应有的延迟作用。

在锚泊、在港泊船补给、中转等情况下，要对机务人员、水警、码头服务人员严格认定身份，避免敌手蒙混上船，这种情形相当于直接突破控制区，进入保护区。

对于船上的分区保护，要按方案严格执行，按权限进出通道，并保证有人非法进入超权限区域时，有探测装置能及时发现。

管理层面的纵深防御则应包含管理计划、说明、规程、审查、准入条例等构成。纵深防御的理念体现在管理层面见表4。

表4 管理与计划Table 4 Management and planning

2.3.3 冗余原则

通讯手段、探测器、供电等设备配备要有冗余，主设备损坏时，不影响备用设备功能。

2.3.4 有效性、完整性和平衡性

系统的有效、完整、可靠是必须首先考虑满足的，其次再考虑先进性。

系统的各组成部分应构成一体，相互补充，不留漏洞，失效后的损失要尽可能最小。实物保护系统中，工作人员、程序或能增加敌手执行任务时间的实物屏障均可提供延迟功能。对于系统探测、延迟、响应功能的设置应把握平衡原则，例如过于强大先进的探测功能和过于薄弱的延迟或响应功能实际上是不能满足安保需要的。

3 乏燃料海运实保体系的构成要求

基于探测、延迟的功能要求，乏燃料海运实物保护体系应当有以下组成部分。

3.1 实体屏障

船体应具有双层防撞舱壁，并有舷侧防撞加强结构和2个首部防撞尖舱，可以承受24000 t级油船以15节速度的正面横向冲击而保持船舶内层结构的完好[13]。

船体的破舱稳性符合INF准则相关要求，有较好的浮态调节能力。

核材料装在货包内，货包放在专用货舱内，货舱加封上锁，加封记。舱口的盖板应达到一定的厚度和质量，重量通常为10～30吨，船上不配置起重设备，舱口只有到达港口后使用港口起重装置才能打开。

乏燃料容器存储舱、专用船动力系统、保卫控制中心和应急通讯系统所在部位应为要害区，只有运输指挥、安保及押运人员有权限进入，船务及后勤人员则不得进入。船体实体屏障的材料、结构、建造、防火性能、机舱中的固定灭火装置、船上水灭火装置、火警探测装置、消防报警装置须满足INF准则相关要求。备用电源应布置于破舱稳性计算时设想损坏的范围之外。

如上描述坚实的船体结构，对敌手小艇撞击和重型枪支火力都有较好的承受能力；发生火情后能得控制；主电源被破坏后，仍能维持保卫控制和应急响应等的供电要求；由于优良的破舱稳性，相邻二船舱破损，甚至是所有货舱浸水后，仍有足够的抗沉性使其飘浮，支持到救援力量赶到。

3.2 出入口控制

设置门禁系统，保护区和要害区人员出入口应具备检查手段。严格控制出入要害区的人数在合理可行的最低数量，并使用不易伪造的证件代表权限。

在项目人员参运并得到授权前，进行身份核实和审查，是防止内部威胁的重要措施。

对于保卫控制、应急通讯、动力系统等要害部位的关键设备进行更改设置的操作，必须有两名授权人的同时开锁才能进行。以此来阻止外部敌手，并充分遏制内部威胁能力。

3.3 周界探测与报警复核

安装雷达、卫星定位、望远镜、红外探测报警等设备，由外部探测器、内部探测器、报警评价、出入控制、报警通讯等技术防范装置组成的技术防范系统，对于进入控制区船只、进入保护区、要害部位的人员分别探测。

周界探测和保卫都应做到昼夜轮班值守。

报警复核主要由电视监控装置完成，复核的目的是对报警信号进行判别，同时，还应考虑信号传输技术和安全问题、保卫控制中心的人因工程。

3.4 保卫控制中心

乏燃料运输船上的保卫控制中心应该与陆上的运输控制调度中心之前有不间断的安全语音通讯，以便陆上运输控制调度中心可随时了解核材料货物运输的当前位置和安保状况，并能在应急情况下及时通知应急响应部队。船上的保卫控制中心还应具备以下功能：

(1)同时接受多路报警，并有声、光显示报警位置。

(2)报警时，自动启动电视监控并进行复核、记录与打印。

(3)保卫控制中心应该与陆上的运输控制中心。

(4)接受、记录出入口人员进出信息。

(5)完备的通讯手段和24小时值班。

(6)能维持36小时以上的备用电源。

3.5 通讯系统

船上的无线通讯系统应有报警、直呼与群呼功能，并有响应快速、安全可靠等基本功能，要考虑通讯手段的多样性和多重性，尤其是在保卫控制中心、重要的出入口、响应力量值班室等部位，都应设有通讯终端。通信联络系统应该考虑有一定的保密措施。

通讯导航设备至少为2套，互相独立，以保证正常使用，还应有卫星定位系统、自动航行监测与报告系统，每1小时报告一次船位。

3.6 完善的组织机构和足够的响应力量

除上技防措施，实保体系应有充分的人防力量，即具有完善的组织机构和响应力量，包括运输负责人、航行指挥、押运人员、监控监测人员、随行武装警卫、沿途响应支援部队等，其数量、组成、职责都要与运输活动相匹配；与安保相关的运输路线、经停地点、安保措施、移交安排、事故处理程序、报告程序等事宜应在运输安保计划中列出，安保计划的知悉人限定在最低必要数量。运输前所有的安保措施和人员安排，都应按安保计划落实到位。

所有运输人员都应经过培训，对自己的岗位职责和承担的任务做到熟悉。重要安保岗位的人员应开展演习，以便评定和验证运输安保计划，并训练对核安保事件做出响应。

武装警卫人员应配置合适的武器，并有较好的适应海上工作的能力，能与船上其他人员协同配合，完全熟悉乏燃料运输船舶的内部空间，在密闭的船舱空间内操作的战略方面有专长，擅长于使用大口径武器对抗小艇等[14～15]。

实保系统的设置中，只要船上配备的武警响应力量可以保证延迟阻拦的时间足够长，能持续到报警后应急救援力量赶到即可实现实物保护的基本功能。聘用海警船只或其他武装船只护航，则可实现更高的功能要求如果计划使用额外的武装警卫船只护航，护航船只应与运输船紧密配合。

按照我国与国际航运相关法律法规，商船本身不能装配武器。不使用护航船的情况下，乏燃料运输船可以配置高压喷水龙头等，阻拦敌船入侵；且武装警卫人员应携带枪支等武器登船，并授权在规定的情况下果断行动。

4 结论

利用该乏燃料海运的实物保护体系，可以有效探测相应基准威胁的情景假设中的外部或内部敌手，有效延迟，并进行响应。对于空中威胁或远距离袭击，则应依靠国家的安防体系，由国家为营运人提供保护措施。

本文仅是对乏燃料海上运输安保体系的初步设想与探讨。成熟的海上乏燃料运输安保体系则需要在国家公安或安全部门制定国家设计基准威胁指导性文件并发布后，结合海运活动特点和运输活动经验，在实践中进一步对海上乏燃料运输的安保体系进行建立和修改完善。

[1] 中华人民共和国国家核安全局. HAD501/05核材料运输实物保护[S].北京：中华人民共和国国家核安全局，2008.

[2]TheInternational Maritime Organization. International code for the safe carriage of packaged irradiated nuclear fuel, plutonium and hige-level radioactive wastes on board ships(INF Code)[S].London：The International Maritime Organization,1999.

[3]World Nuclear Transport Institute. Nuclear Fuel Cycle Transport-Back End Materials[R/OL]. London：World Nuclear Transport Institute，2009(2009-3-13) [2017-07-13]. http:// www.wnti.co.uk/media/38392/FS4_EN_MAR13_V2.pdf.

[4]World Nuclear Transport Institute.The INF Code and purpose-built vessels[R/OL]. London：World Nuclear Transport Institute，2009(2009-8-10)[2017-07-13]. http://www.wnti.co.uk/media/3762/5.pdf.

[5]Garcia M L.Design and Evaluation of Physical Protection Systems [M]. Oxford : Butterworth-Heinemann, c2001.

[6]IAEA.NSS 9:放射性物质运输的安保问题实施导则[S].Vienna:IAEA， 2011.

[7]IAEA. NSS 13:核材料和核设施实物保护的核安保建议[S].Vienna:IAEA，2012.

[8]IAEA. NSS 26G：Security of Nuclear Material in transport[S]. Vienna:IAEA，2015.

[9]中华人民共和国国家核安全局.中华人民共和国核材料管制条例实施细则[1990] 国核安法字129号[S].北京：国家核安全局，1990.

[10]中华人民共和国国家国防科技工业局.国防科工局关于征求《中华人民共和国核安保条例(征求意见稿)》意见的通知[EB/OL].北京：中华人民共和国国家国防科技工业局，2016[2017-07-13].http://www.sastind.gov.cn/n157/c6424828/content.html.

[11]Office for Civil Nuclear Security.The state of security in the civil nuclear industry and the effectiveness of security regulation.A report to the Secretary of State for Energy and Climate Change[R].London : Office for Civil Nuclear Security，2004.

[12]John R. Cochran, Yuichiro Ouchi, James P. Furaus，et al. Summary Report on Transportation of Nuclear Fuel Materials in Japan: Transportation Infrastructure, Threats Identified in open Literature, and Physical Protection Regulations[R]. Albuquerque：Sandia National Laboratories Report，2008.

[13]LYMAN E S. The Sea Transportation of Vitrified High-Level Radioactive Wastes: Unresolved Safety Issues. [R/OL].Washington DC:Nuclear Control Institute, 1996(1996-12-09)[2017-07-13]. http://www.nci.org/e/el12996.htm.

[14]2016Nuclear Security Summit.Good Practices Guide to Secure Maritime Transport of Civilian Nuclear Material[C]. Washington DC：2016 Nuclear Security Summit，2016.

[15]BOOKER CPA,BARNWELL I. Regional, National and International Security Requirements for the Transport of Nuclear Cargo by Sea[R/OL]. Warrington：BNFL International Transport and British Nuclear Group Security，2014. (2004-9-12) [2017-07-13].https://www.pntl.co.uk/2004/09/regional-national-and-international-security-requirements-for-the-transport-of-nuclear-cargo-by-sea/.