我国海上小型堆核应急工作探讨

苏建文 孙志刚 刘凯 丰毅

摘要：本文系统梳理了我国海上小型堆核应急工作目前的现状，存在的主要问题，提出了下一步加强海上核应急工作的有关建议。

关键词：海上小型堆;核应急;探讨

海上小型堆是未来核能发展的重要方向之一，高效地做好海上小型堆核应急工作，是促进海上小型堆发展的重要举措，也是确保我国核能事业安全、稳定、有序发展的关键。

一、海上小型堆及核应急情况概述

根据反应堆功率大小，国际原子能机构将电功率在300MW以下的核反应堆机组定义为小型堆。小型堆类型主要有：轻水堆、高温气冷堆、液态金属反应堆和熔盐堆。小型堆具有多用途特点，在发电、制氢、海水淡化、供热等多个方面可以灵活部署。小型堆由于具有热功率小、用途广泛等特点，可以为沿海城市、临港工业区、海岛、海上钻井平台提供清洁、高效的供电、供气、供暖、海水淡化解决方案，促进临港工业区能源转型，加快新旧能源转换。小型堆就布置场地而言包含陆上小型堆和海上小型堆。

国际上，海上小型堆有多种，以俄罗斯种类最多，其中采用KLT-40S反应堆的海上浮动核电站“罗蒙诺索夫”号已于2020年投运，其主要为陆上供电和供热，浮动核电站系泊在岸边预先修设的防护堤内。其余小型堆部分本质上属于先进核能系统（四代堆），包括高温气冷堆、快堆、熔盐堆以及微堆，这些堆除少数几种进入详细设计外，大部分处于概念设计或初步设计阶段，到工程建设还有较长时间。另外对于小型堆技术研发的国家有美国、日本等，其中NuScale是美国小型堆技术的典型代表。

我国海上小型堆研究应用较积极，当前有中广核集团的ACPR50S和中核集团的ACP100S技术方案等。ACPR50S堆芯额定热功率200MW，输出电功率60MW左右，采用紧凑式布置，基于现有成熟商用压水堆核电站技术，采用成熟设备进行研发和制造，堆装料等涉核活动均在换料调试基地开展，位于厂址区域内，不移动出海，拟与已建设的大堆共用同一厂址。ACP100S为一体化压水堆，单堆热功率310MW，采用国际上小型堆主流设计，结构紧凑、重量集中、重心低、抗倾斜，摇摆能力和抗冲能力强，反应堆相关的主设备均开展过抗冲击试验。此外ACP100作为国内小型堆示范项目，已在海南昌江核电厂厂址正式建设，该小型堆与大堆放置在同一个厂址，其作为多用途模块式小型堆示范工程，采用“一体化”反应堆设计技术和“非能动”安全系统，具备比较完善的严重事故预防与缓解措施。

目前国内小型堆主要与已有的大堆厂址共用同一厂址，因为小型堆功率设计相对大堆较低，其核应急相关工作相对大堆而言，在行业内均有简化意向，并与大堆共用一些应急设施，比如大堆的应急指挥中心，可能是小型堆的备用应急指挥中心等。由于堆型技术不同，大堆与小型堆的核应急准备工作必然存在一定差异，在同一厂址内的小型堆和大堆在进行统一应急安排时，若核应急设施存在共享或备用的情况，则会存在有效接口衔接或技术应用是否相容的实际问题。在海上小型堆核应急具体工作中，现主要参考大堆的经验开展，或者主要参照国内的现有技术文件，但对于海上小型堆核应急工作面对的差异性环境及技术要求和核应急设施及组织等问题，当前缺乏相关明确的核应急工作指导意见或技术文件等。

二、海上小型堆核应急方面存在的主要问题

当前ACP100小型堆机组已在海南昌江开工建设，海上小型堆ACPR50S、ACP100S正按计划积极推进项目工作，考虑到海上小型堆机组本身位于大陆架近岸的海洋水域，厂址有别于以往陆上大堆或小型堆的特点，因此海上小型堆面临更多新的问题，主要表现在以下几个方面：

1.海上小型堆核应急法规标准缺乏

对于陆上小型堆，在核应急工作或安全评审方面主要有如下文件：《陆上小型压水堆核应急工作指导意见（试行版）》（国核应办[2017]29号）;《小型堆压水堆核动力厂安全审评原则（试行版）》（国核安发[2016]1号）。其中《陆上小型压水堆核应急工作指导意见》对陆上小型堆的应急准备内容优化、应急计划区划定、核应急的纵深防御原则等给出了具体指导意见。对于当前国内的海上小型堆，其位于海洋水域的环境，与陆域环境明显不同，缺乏海上小型堆核应急工作指导意见。

2.海上小型堆核应急差异性分析不足

由于堆型技术不同，海上小型堆的设计原则或理念有差异，大堆与小型堆的核应急准备工作也存在一定差异，在同一厂址内的小堆和大堆在进行统一应急安排时，若核应急设施存在共享或备用的情况，则必然存在有效接口衔接或技术应用兼容的实际问题，对此，既需要考虑同一厂址应急设施设备的兼容性，又需要考虑因堆型技术差异导致的事故差异、应急响应与行动差异，所以要提出匹配海上小型堆技术特征的技术报告以充分保障核安全。

3.海上小型堆厂址周围人口要求缺乏

对于当前国内的海上小型堆，其机组本身主要在临近陆域的海岸水域，相对陆上机组而言，其与陆域居民相对距离较远，其海上应用场景属于人口密度較低的作业区，比如港口作业区等，故从海上小型堆对机组附近人口管控要求出发，暂未提出需要关注的特别因素，但从应急响应与行动的可行性出发，对海上小型堆机组周围人口应提出要求，比如海上小型堆机组附近某距离范围内或者某个方向上，应保持一定人口规模，运营单位要重点保障周边公众海上撤离的可行性和可靠性等。

4.海上小型堆特殊气象情况研究欠缺

当前国内海上小型堆主要位于邻近陆上大堆厂址的水域，比如ACPR50S项目规划建造于大堆厂址附近水域，陆域小型堆ACP100建造于小型陆域海岛。对于海上小型堆而言，相较陆域大气，海域水域大气流动性更强、湍流更复杂、季节性变化更突出。此外，在沿海还可能会出现海岸线薰烟大气现象，对于当前邻近陆域的海上小型堆，将导致机组附近公众接受过度的事故后辐照，需要针对特殊气象条件开展专题研究。

5.海上小型堆应急计划区确定方法尚未明确

对于小型堆的应急计划区划分，当前国内主要的指导性文件有《陆上小型压水堆核应急工作指导意见（试行版）》，需要考虑事故工况、应急计划区的剂量评价准则、应急计划区范围。具体实践方面：ACP100小型堆其应急计划区边界设置在距离反应堆机组300m; ACPR50S海上小型堆项目与大堆共用同一厂址，确定应急计划区的范围要考虑与大堆的兼容性。由于对于小型堆应急计划区的划分方法各有差异，尚未像大型压水堆一样明确给出统一的应急计划区要求。

6.对应急设施设备的简化要求不明晰

由于小型堆的独特设计，有更小的堆芯尺寸，更低的功率密度，更低的严重事故概率，更慢的事故发展速度，以及更小的事故场外后果，相应减少应急计划区有现实需求。同时，小型堆的应急准备、应急设施等实施优化也是国内外的共识，且应急计划区范围的缩减直接涉及到小型堆应急准备相应的简化。小型堆应急准备的简化及简化的程度需要监管部门认可，也需要运营单位进一步开展相关研究工作。对于海上小型堆的应急设施、设备的简化以及后备考虑等，当前缺乏明确的指引。

7.对海上小型堆应急组织优化论证不够

因为小型堆设计特点和应用场景，需要面向用户、贴近用户，但是对于海上小型堆本身的应用特征，导致产生的特殊应急响应行动需求，需给予关注。海上小型堆的应急组织一般参考大堆的经验，但具体的应急设施与人员安排等，存在简化或优化的需求，尤其要关注统一应急行动情况下，因堆型技术差异，导致各机组应急行动水平不一致而出现的应急行动水平等级不同的矛盾，为保障全厂统一的应急响应安排，需对小型堆的应急组织和应急响应给予进一步探究论证。

三、海上小型堆核应急研究工作建议

海上小型堆在我国核能领域受到广泛关注，目前小型堆的应用经验不多，相关技术也尚未全面成熟。对于布置在海上的小型堆，其本身海洋环境又与陆地环境有巨大差异，导致其应急响应需求、应急响应组织等必然存在一定差异性。为体现小型堆技术先进性，当前国内外均提出了对小型堆应急准备与响应简化议题。为促进海上小型堆工程建设，建议尽快形成统一的核应急工作指导意见、应急计划区划分原则和应急设施与组织的建设与简化要求等。

1.尽快编制和出台相关工作指导文件

借鉴国内陆上小型堆核应急指导工作意见的内容，考虑结合海上小型堆本身的特殊性，为海上小型堆核应急工作开展给出原则性要求，以有效落实国内法规文件对核应急工作的要求，应组织编制和出台海上小型堆核应急工作指导文件，主要包括：一是提出应急计划区的划分原则性指导意见，给出严重事故源项选取原则、严重事故谱的截断频率、应急计划区划分剂量准则等;二是提出应急设施的简化和设计指导性意见，若与大堆共用同一厂址，则考虑核应急设施兼容性和接口的可靠性等;三是提出应急准备工作以及应急组织简化和优化指导意见，既要体现小型堆技术先进性，也要充分满足核应急工作基本要求;四是提出海上应急响应行动（服碘、撤离）特殊关注要求等。

2.开展应急设施设计与简化原则研究

为体现小型堆的技术先进性或本身技术特征，小型堆的应急设施需做出简化，同时为有效保障核安全，小型堆仍需依据自身应急响应需求，做好相关的应急响应准备与安排。建议开展以下研究：一是确定核应急设施和组织设计总要求，包括海上小型堆严重事故、设计基准事故下的可居留性和可用性准则，海上小型堆设计基准外部事件设计要求;二是确定应急设施相关系统设计要求，包括建筑、结构、供水供电、通信以及总图布置等;三是确定各应急设施功能定位、位置要求和应用条件等;四是确定应急设施的接受准则及评价方法（包括源项、扩散、运行方式、居留时间等）。

3.组织海上小型堆应急计划区划分研究

制定海上小型堆应急计划区的划分方法，确定其合理的区域范围，对于我国海上小型堆的发展有着重要的意义。建议从以下几个方面开展研究工作：一是调研其它国家关于陆上小型堆、海上小型堆等小型堆应急计划区划分技术的法规标准或相关研究成果;二是参考国内针对小型堆已发布的相关规范要求，结合我国核电厂的经验方法，探讨适用于海上小型堆的应急计划区的划分技术;三是以具体海上小型堆为研究对象，结合其设计特点，并利用不同特征的典型厂址条件，验证完善应急计划区的划分技术，并研究合适的安全指导准则;四是整理并形成一套完整的海上小型堆应急计划区划分技术，同时给出一般情况下应急计划区域的建议范围。

4.统筹开展其它专项问题研究

针对海上小型堆特点，有针对性地组织开展以下专题研究：一是開展机组所在区域大气现象研究，气象情况涉及机组事故后果评价，海洋环境相对陆域环境更为复杂，恶劣天气影响更大，要做好其对区域民众各项影响研究;二是开展海上小型堆附近公众撤离研究，要考虑应对恶劣天气海上撤离的可行性等;三是开展严重事故情况下，对机组附近水域的放射性污染影响研究，考虑因机组事故海洋水域生物被污染后，通过食物链进入公众体内，危害公众身体健康情况等;四是因海上小型堆具有可移动性，需关注其冷源的安全性，开展海洋生物对机组冷源危害研究。

总体而言，海上小型堆随着核能事业的发展，将逐步进入工程化建设和应用阶段，预先组织相关单位开展海上小型堆核应急法规标准编制、应急计划区划分等关键技术研究，提出优化场内外组织及设施建设和优化方案等，已是应着手开展的一项重要工作，这也是为核能事业健康、安全发展保驾护航的关键举措。