美国核管会关于小型模块堆厂址人口要求的考虑及启示

熊小伟，王一川，李 洋，方 圆，陈晓秋，杨端节，毛玉仙，商照荣

(1.生态环境部核与辐射安全中心，北京 102445； 2.北京市辐射安全研究会，北京 100082)

自1951年以来，美国核管理委员会(NRC)及其前身美国原子能委员会(AEC)在反应堆选址考虑人口分布和密度等诸多因素方面积累了宝贵的经验，制定了反应堆选址要求和导则。1978年，NRC发布了《大都会选址——历史的视角》(NUREG-0478)[1]，为NRC工作人员审查人口集中居住区附近的厂址提供了一种方法，也为申请者提供了相关指导。随后，在1979年8月，NRC发布了《选址政策工作组报告》(NUREG-0625)[2]，为核动力厂选址的政策声明奠定了基础。在1980年的NRC授权法案中，国会要求将选址与设计脱钩并规定选址的人口准则。1996年12月，NRC在修订的联邦法规“反应堆厂址准则”(10 CFR 100)中，建立了反应堆选址要求，并规定了新的反应堆厂址申请的评价因素。NRC将反应堆选址与厂址周围人口分布相关的要求作为纵深防御体系的一个独立组成部分，并将反应堆远离人口集中居住区作为其厂址选择的长期政策。

近年来，人口分布与密度已成为小型模块堆(SMR)选址中关注的主要因素之一。在《小型模块堆设计的潜在政策、许可和关键技术问题》(SECY-10-0034)[3]中，NRC工作人员提出了一些与小型堆许可有关的潜在政策和许可方面的议题。2016年，NRC发布了《小型模块堆和非轻水堆的事故源项和选址》(SECY-16-0012)[4]，就小型模块堆和非轻水堆选址中所考虑的人口分布和密度问题，NRC工作人员认为与利益相关者进行沟通是非常必要的。同年，NRC发布了一份重要报告：《NRC愿景和战略：安全地达成有效和高效的非轻水堆任务的准备》[5]，NRC工作人员已经考虑如何审查和监管新一代非轻水堆，包括其燃料循环和废物形式。该报告列出了实现其目标的6项战略，并拟定了一套行动计划，这些计划确定了能够实现这些战略的具体而可操作的任务。

为促进与利益相关者的讨论，2017年NRC工作人员起草了一份白皮书草案报告《小型模块堆和非轻水堆选址所考虑的人口因素》[6]，旨在评估是否需要制定或修订相关的法规和导则。2019年6月，在充分沟通(包括公众听证会)的基础上，NRC工作人员拟向委员会提交关于修订小型先进堆厂址人口因素相关要求的4种方案。2020年，NRC已正式发布《先进堆选址所考虑的人口因素》(SECY-20-0045)[7]。该报告正是根据“战略5(识别和解决那些影响非轻水堆核动力厂监管审查、选址、准许和/或许可等技术包容性政策问题)”编写的。“战略5”所涉及的这些问题，特别是源项表征、功能性安全壳的性能、选址和应急计划都是相互依赖的。

1 美国反应堆厂址涉及人口分布的要求

1.1 联邦法规及导则要求

美国联邦法规10 CFR 100、10 CFR 50和10 CFR 52规定了美国反应堆(包括核动力厂和实验堆)的选址要求，其中包括与厂址相关的人口要求(列于表1)，这些要求基本上是根据NRC对大型商用核动力厂的审管实践制定的。其中10 CFR 100规定了反应堆非居住区和低人口密度区人口分布和人口中心距离等要求。10 CFR 50和10 CFR 52则规定了设置非居住区和低人口密度区的剂量控制值。

表1 联邦法规中涉及人口的选址要求

对核电厂周边人口的可接受性，美国NRC管理导则《核电站厂址适宜性一般准则》(RG 4.7)提供了明确的指导意见，反应堆所处的位置应确保在其获得许可的最初5年内，在任何径向距离(直到20英里)范围内的人口密度(包括加权流动人口)的平均值不超过每平方英里500人(作为筛选值)。反应堆不应位于人口密度远远超过该值的位置。当超过这个人口密度时，必须在综合考虑安全、环境、经济等因素后，论证该厂址的可接受性[8]。NRC提出每平方英里500人则是基于其审管实践，并考虑了美国的人口特征和地理条件[9]。人口密度考虑的20英里(32 km)范围则是取自联邦法规10 CFR 50规定的一般大型商用核动力厂烟羽应急计划区半径的两倍。由此可知，NRC关于人口分布准则的目的，是基于纵深防御的理念，在厂址选择阶段，将反应堆选址于低人口密度区，并使其远离人口集中居住区，将有助于应急计划的实施，并在发生严重事故时，尽量减少核动力厂对公众的辐射影响。根据上述要求，NRC关于核动力厂厂址附近关于人口的限制如图1所示[6-7]。

图1 核电厂厂址附近关于人口的限制[6-7]

1.2 小型堆非居住区和低人口密度区

美国小型堆非居住区(EAB)和低人口密度区(LPZ)的确定仍采用与大型核动力厂相同的评价准则，但没有强制性规定非居住区和低人口密度区的最小允许范围。因此，理论上根据事故后果评价测算得到非居住区和低人口密度区的范围可以很小。如NuScale小型堆(具体厂址未定)非居住区和低人口密度区均可限定在厂界内(距反应堆中心最近距离约为122 m[10]，位于Clinch River Nuclear(CRN)厂址的小型堆(具体堆型未定)非居住区和低人口密度区的半径分别为335 m和1.6 km[11]。根据对美国反应堆正在运行或建设中的75个厂址调查，非居住区边界的距离从277 m到2 130 m不等，典型值约800 m(0.5英里)。低人口密度区的距离范围从1 100～11 000 m，典型值约4 800 m(3英里)[12]。

2 修订先进小型堆厂址对人口分布要求的必要性

2.1 小型先进堆的固有安全特征

NRC目前制定的法规和导则均执行了反应堆厂址需远离人口集中居住区的政策，而且其审管经验基本上都来自大型轻水堆核动力厂。小型堆由于单堆功率小、堆芯中放射性盘存量低、单位功率冷却剂装载量高和采用非能动安全设计等固有安全特征，大大降低了事故发生的可能性及其后果，释放到环境中的放射性物质远低于大型核动力厂，即使把核反应堆布置在更靠近人口中心的区域，对公众产生的风险也是非常低的。因此，小型先进堆的固有安全特征是其可以尽量靠近人口中心的前提和保障。

2.2 推动核能创新发展

2019年美国国会通过的《核能创新和现代化法案》(NEIMA)为先进堆获得许可建立了监管框架，并为新型核能进入市场创造了更宽松的环境。该法案要求NRC酌情制定和实施可使用风险指引和基于性能的许可评估技术和指南的策略，用于解决商用先进堆发展所面临的政策问题，包括许可基准事故的选取、事故源项、安全壳性能和应急准备[13-14]。这些政策问题与先进堆安全特性及选址所考虑的人口因素密切相关。该法案为修订小型堆选址有关人口分布的要求提供了法律基础。

2.3 用户的需求

美国希望将小型堆布置在临近寿期末的化石燃料电厂的厂址，作为向全国电网提供可靠电力的替代方式。橡树岭国家实验室(ORNL)使用现行法规对小型先进堆的潜在厂址进行了评估[15-17]，包括人口敏感性的案例研究。评估结果表明，即使只考虑人口密度因素，美国将近92%的拟选陆地厂址都将被淘汰。此外，美国还有很多无法由国家电网提供电力的相对独立的人口集中居住区，这些地区也是由小型堆供电的潜在用户。

其次，小型堆应用于城市供热、工业工艺供热和海水淡化等领域时，反应堆需要尽量靠近用户。当利用小型堆供热时，如果大量热量浪费在不必要的长距离传送过程中，将极大地降低其经济性和竞争力，从而制约小型堆的应用前景和发展。

3 修订原则和方案解读

3.1 修订原则

NRC正在评估关于小型堆厂址选择的各种因素，以确保符合其“长期确立的政策，即将核反应堆远离人口集中居住区”。目前需要考虑如下问题：(1)是否应该考虑建立不同的方法以确定SMR距人口中心的最小距离？如果是，应如何确定最小距离?(2)是否应该考虑为SMR制定不同的准则或指南以判定该厂址是否“远离人口密集中心”? 如果是，在制定准则时应该如何考虑纵深防御？例如，是否应该使用更完整、更现实和厂址相关的放射性释放、迁移和弥散模型来评估社会风险，从而为选址决策提供依据？(3)根据SMR设计方以及潜在申请者的反馈，他们希望将反应堆建在更靠近人口密集中心的地方，或者不受人口密度要求的限制。

NRC对其法规和导则的修订一直保持比较审慎的态度，尽量避免非必要的修订导致资源浪费；其次NRC致力于建立一种简化、一致和可预见的审管理念，并将其作为制定审管要求的目标；同时NRC一直将反应堆的厂址条件作为纵深防御的独立组成部分进行评估，尽量避免受到反应堆设计的影响。

3.2 修订方案

方案1：维持现状，对当前人口相关的法规和现行导则不作变更。

该方案的优点是NRC无需投入资源为SMR选址专门制定人口相关的指南，并维持NRC一贯坚持的“独立于厂址的设计与独立于设计的厂址”理念(10 CFR 50)，即将核动力厂厂址选择作为纵深防御的一个组成部分，先进堆选址与其设计分开进行评估。将来，NRC工作人员可以在个案的基础上处理这一问题，届时先进堆申请将会提出与RG 4.7中人口相关准则的偏离。

这一方案没有考虑到新设计中的预期改进，而这些改进消除了某些始发事件的脆弱性，并限制了源项，从而降低了大多数事故的可能性和严重性。方案1并没有减少监管的不确定性，也违背了委员会降低复杂性和增加稳定性的目标，并可能导致设计方和营运单位望而却步，从而阻碍SMR的发展。

方案2：拟修订RG 4.7中与人口相关的指南，以包括先进堆设计的条款。更具体地说，将使用源项与功率水平的比例关系，对SMR作出相应规定。

对反应堆厂址周围人口分布的要求很大程度上是为了限制严重的反应堆事故的总体社会风险，而表征该风险的方式之一就是事故影响范围内公众可能受到的剂量(包括个人有效剂量和集体有效剂量)。在RG 4.7中，反应堆厂址周围人口密度准则对应于典型的大型商用压水堆(约为1 000 MWe)事故的社会风险，事故后果与堆芯放射性核素盘存量成线性关系，并考虑一定的裕量(25%)，则可建立事故影响范围(面积)和程度(影响范围内的总人数)与堆芯放射性核素盘存量之间的对应关系。如电功率为50 MWe的小型堆，基于等效社会风险，其厂址周围人口准则可修订为厂址半径5英里(8 km)内的人口密度(包括流动人口)一般不应超过每平方英里8 000人。显然，本例中最受限制的人口因素将是人口中心而不是人口密度。如需要阐明场外后果，其他受限的人口因素可能与申请者根据10 CFR 100、10 CFR 50和10 CFR 52确定的EAB、LPZ有关。

该方案需要对RG 4.7中人口密度评价准则进行修订，并建立一种随着反应堆功率可变的人口评价准则。采取该方案的优点为：(1)促进NRC监管的一致性、可预见性和清晰度；(2)不需要专门制定小型堆选址导则；(3)体现了先进堆技术革新和固有安全特征；(4)根据事故后果与可释放的放射性核素盘存量之间的一般关系，采用技术包容性导则取代单一的人口密度指标的规范性准则。方案2虽然提供了一些好处，但它并没有考虑到新反应堆的其他重要的具体设计属性。此外，由于在厂址决策过程中考虑了事故后果与放射性核素盘存量有关，在某种程度上，该方案降低了厂址条件在纵深防御中的独立性，可能引起利益相关者对导则修订的争议。

方案3：将修订RG 4.7中与人口相关的指南，以包括先进堆设计的额外条款。人口密度准则与特定设计的事件所致辐射后果的估计直接相关。

该方案仍然以RG 4.7确定的每平方英里500人作为人口密度准则的筛选值，但人口密度的评估半径不固定为20英里(仅适用于大型轻水堆)，而是根据SMR事故后果的大小确定。其具体做法是采用《非轻水堆许可、认证和批准的许可基础和申请内容的技术包容、风险指引和基于性能的方法指南》(DG 1353)对SMR设计基准事故和超设计基准事故(事故频率分别为10-4～10-2/堆年和5×10-7～10-4/堆年)进行分析，人口密度的评估半径取事故导致公众个人在一个月内所接受的有效剂量为10 mSv相应距离的两倍(NRC认为从辐射风险角度，该范围外的公众几乎不受反应堆事故的影响)[18]。如果SMR和其他新技术的应急计划法规(RIN 3150-AJ68)最终确定，应急计划区的大小预计将通过计算剂量和应用类似的标准(即同一事件类别在96小时内所致公众个人有效剂量为10 mSv相应的距离)来测算[19]。

这个方案在以下几个方面很有吸引力：它看起来是合理的；它直接考虑到每项新设计的具体特征；准则与辐射后果的估算值直接相关。它保留了既定的原则，同时允许考虑新的反应堆特性。该方案的应用将需要在确定用于评估许可基准事故和开发支持剂量计算的机理性源项方面作出实质性努力。

根据事故后果确定厂址人口密度评估半径的方式，可实现小型堆按功率水平和安全设计特征等对其选址要求的分类管理。很明显，该方案需要完全考虑SMR的设计特点，因而选址政策将不再独立于设计，进一步降低了厂址条件在纵深防御中的独立性，将对监管框架进行更重大的更改。一些利益相关者可能会认为，修改诸如选址和人口因素等相关指南的努力是存有争议的。

方案4：要求NRC工作人员制定社会风险措施，用于评估特定厂址的特定先进堆设计。这种方案可以将社会风险评估纳入RG 4.7作为现行人口密度准则的替代办法。

该方案采用社会风险分析方法对特定厂址条件下的特定设计进行评估，在不改变NRC法规要求的情况下，将社会风险评估纳入RG 4.7作为现行人口密度准则的替代办法。评估拟议厂址反应堆设计的潜在影响时，除对事故影响范围内的公众个人有效剂量和集体有效剂量外，还要考虑经济代价、土地利用、人口搬迁和去污费用等不利影响，可以对这些因素进行货币量化，进行代价利益分析。

该方案可为SMR的特定厂址和特定设计提供社会风险的最佳评估，以便与其他社会风险或性能指标进行比较，该方法也是对当前NRC基于后果评估审管实践的补充。过去曾经考虑过这一方案，正如福岛事故所证明的那样，社会风险会产生与个人风险不同的结果。遗憾的是，这可能很难发展成一种被广泛接受的形式，并可能演变为无休止的争论。也许土地污染可能是应对社会风险的合适替代指标，并且它是在全面风险评估中估算出来的。可以将其纳入到方案3的考虑因素，前提是可以制定满足广泛接受的准则，这也许是一项艰巨的任务。

由于该方法存在的一些基本问题还有待深入的讨论和研究，短期内不大可能为当前SMR的选址和设计的审管提供决策支持。同时，该方案也削弱了厂址条件在纵深防御中的作用。此外，采用该方法论证厂址条件和反应堆设计可接受性时，NRC还需要描述和分析其他非核活动(如自然灾害和其他能源供给等)的社会风险，并进行对比。

4 启示和建议

小型堆厂址周围人口要求是影响其选址和未来发展的重要因素之一，与人口要求相关的厂址评估也是厂址安全、环境保护和应急准备方面审查的重要内容。NRC对反应堆厂址进行独立的评估，并将厂址条件作为纵深防御的独立组成部分，为此，反应堆远离人口集中居住区将是反应堆选址的长期政策。但在小型堆选址要求中，NRC充分考虑了小型堆的固有安全特征和现实需求，从社会风险角度建立与大型商用堆相适应的方案，尤其是方案3建立了人口密度的评估半径与小型堆特定设计的事故后果的对应关系，既延续了NRC一贯坚持的选址策略，又能基于小型堆的安全性实施分类管理。该方案对我国制定小型堆与人口因素相关的选址要求具有较好的借鉴作用。

我国大型商用核动力厂与人口相关的选址要求充分借鉴了NRC的经验，相关的核安全法规、标准、导则中，也对反应堆到人口中心的距离给出了规定，如国家标准《核动力厂环境辐射安全规定》(GB 6249—2011)在核动力厂选址要求中分别对5 km(规划限制区的最小边界)和10 km(规划限制区边界的两倍)两个范围内人口中心的人数做了规定[20]。而对于核电厂周边区域的人口密度，考虑到我国的实际情况，不适合作出定量要求，只是在选址过程中用于判别厂址的类别[21]。因此，建立我国小型堆与人口相关的选址要求，除考虑其固有安全特征外，还应与我国的人口特征和地理条件相适应。基于上述考虑，提出如下建议：

(1)尽管许多小型堆从设计上可以将厂址附近公众的个人风险降到足够低的水平，但考虑到总体社会风险并从厂址比选的角度出发，建立一个恰当的人口集中居住区距离是必要的。在这方面，可以借鉴NRC方案3的方式，如反应堆距人口集中居住区边界的距离不小于反应堆距厂址规划限制区边界距离的两倍。此外，从纵深防御考虑，小型堆也需要与人口集中居住区保持一个适当的距离。

(2)基于小型堆选址事故后果及影响范围，建立与大型商用核动力厂等效社会风险为指标的厂址评估体系，如将小型堆事故工况下厂址周围的集体有效剂量作为其导致社会风险的一个评价指标。

(3)除技术测算之外，公众的可接受性和政府部门的立场也是决定小型堆是否能够靠近人口集中居住区的重要因素。首先要在设计上提高小型堆的固有安全性，从根本上解决堆芯损坏及大量放射性物质释放等安全问题；其次，开展实验论证工作，获取大量实验数据，完善事故假设和事故谱；最后，稳步推动示范工程，积累运行经验，为小型堆商业化奠定基础。