韋永馨，吳蓓，唐輝，朱增培，梁凱雯，路長冬，周詩情

（1.深圳中廣核工程設(shè)計(jì)有限公司，廣東 深圳 518000；2.中廣核研究院有限公司，廣東 深圳 518026）

1 研究背景

雙碳目標(biāo)是我國在應(yīng)對(duì)全球環(huán)境問題背景下提出的一項(xiàng)重要戰(zhàn)略目標(biāo)，核電作為重要的非化石能源，是調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的重要手段之一[1]。在雙碳背景下，多堆廠址將可能成為趨勢，2020 年中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議要求在抓緊制定碳達(dá)峰行動(dòng)方案的同時(shí)要繼續(xù)打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)“減污降碳”協(xié)同效應(yīng)。但在實(shí)踐及相關(guān)文獻(xiàn)中，側(cè)重于“降碳”的研究較多，對(duì)“減污”的研究還相對(duì)較少。限制核電廠放射性污染是“減污”的重中之重，而預(yù)計(jì)運(yùn)行事件（DBC-2）作為核電廠設(shè)計(jì)壽期內(nèi)預(yù)計(jì)可能發(fā)生的事故，應(yīng)是核電廠“減污”關(guān)注的關(guān)鍵。由于核電建設(shè)對(duì)廠址要求較高，對(duì)于滿足選址要求的廠址，往往按照多臺(tái)核電機(jī)組批量化工程建造。然而，我國現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于多堆廠址內(nèi)核電機(jī)組發(fā)生DBC-2 的放射性評(píng)價(jià)限制目標(biāo)和評(píng)價(jià)假設(shè)原則沒有明確的要求，業(yè)界也尚未形成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，因此有必要開展相關(guān)研究，助力實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)。

2 當(dāng)前存在的問題

我國國家標(biāo)準(zhǔn)《核動(dòng)力廠環(huán)境輻射防護(hù)規(guī)定》（GB 6249—2011）[2]對(duì)事故工況（稀有事故、極限事故）分別提出了明確的輻射防護(hù)要求，但“正常運(yùn)行”和“預(yù)計(jì)運(yùn)行事件”（DBC-2）僅在“運(yùn)行狀態(tài)下的劑量約束值和排放控制值”一節(jié)中提出總的約束值：“任何廠址的所有核動(dòng)力堆向環(huán)境釋放的放射性物質(zhì)對(duì)公眾中任何個(gè)人造成的有效劑量，每年必須小于0.25 mSv 的劑量約束值”。然而根據(jù)國標(biāo)GB 6249—2011 術(shù)語定義，“運(yùn)行狀態(tài)”包括“正常運(yùn)行”狀態(tài)和“預(yù)計(jì)運(yùn)行事件”狀態(tài)，因此造成執(zhí)行過程存在如下疑問：

（1）核電廠址一般為一次規(guī)劃，分期建設(shè)。鑒于國內(nèi)技術(shù)路線豐富，同一廠址可能是二代堆、三代堆混合建設(shè)的復(fù)雜情況，應(yīng)如何統(tǒng)籌評(píng)估多堆廠址內(nèi)核電機(jī)組的限制目標(biāo)以滿足廠址的總年劑量約束值（0.25 mSv/a）要求？

（2）運(yùn)行狀態(tài)下的劑量約束值既包括了正常運(yùn)行的排放量約束，又包括了機(jī)組DBC-2 的排放量約束。前者與后者在理論計(jì)算模型不同，正常運(yùn)行劑量計(jì)算以全年為單元進(jìn)行計(jì)算考慮，而DBC-2 考慮的放射性物質(zhì)泄漏量則直接與自身發(fā)生次數(shù)相關(guān)。應(yīng)如何確定DBC-2 放射性限制目標(biāo)？

（3）鑒于正常運(yùn)行和DBC-2 的差異性，在放射性釋放的劑量評(píng)估中DBC-2 假設(shè)是否應(yīng)與正常運(yùn)行工況一致采用現(xiàn)實(shí)分析原則？若采用保守分析原則，應(yīng)如何考慮關(guān)鍵假設(shè)的保守性？

針對(duì)上述三大問題，本文通過分析研究提出滿足我國壓水堆核電廠總的年劑量約束值（0.25 mSv/a）條件下DBC-2 放射性釋放評(píng)估方法論，并以國內(nèi)某三代核電廠模型開展驗(yàn)證分析，可供實(shí)踐參考和進(jìn)一步研究探討。

3 問題研究及建議

3.1 多堆廠址核電廠劑量約束要求的研究及建議

國標(biāo) GB 6249—2011 總的年劑量約束值（0.25 mSv/a）是針對(duì)任意廠址的劑量約束值，不區(qū)分正常運(yùn)行狀態(tài)和預(yù)計(jì)運(yùn)行事件，也不區(qū)分廠址內(nèi)核電機(jī)組的型號(hào)及機(jī)組數(shù)量。工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中如不考慮廠址落地核動(dòng)力廠數(shù)量，0.25 mSv/a 的總年限值管控則無從談起。但若簡單將0.25 mSv/a 除以機(jī)組數(shù)作為單臺(tái)機(jī)組管理的目標(biāo)限值，劃分后等同于考慮每年每臺(tái)核電機(jī)組都被假設(shè)發(fā)生了一次DBC-2，此假設(shè)過于保守。

考慮到國內(nèi)核電工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，往往同一期工程項(xiàng)目所策劃的多臺(tái)機(jī)組采用同樣的技術(shù)路線，因此建議將對(duì)廠址的放射性限制目標(biāo)轉(zhuǎn)化為對(duì)某一期工程項(xiàng)目內(nèi)多臺(tái)機(jī)組的限制目標(biāo)。例如，假設(shè)任一廠址規(guī)劃三期建設(shè)，每期項(xiàng)目的劑量約束值按0.25 mSv 的三分之一并考慮一定裕量進(jìn)行管控。

3.2 DBC-2 放射性驗(yàn)收準(zhǔn)則的研究及建議

預(yù)計(jì)運(yùn)行事件評(píng)估實(shí)踐情況如下：

（1）國內(nèi)二代堆（如嶺澳核電廠1、2 號(hào)機(jī)組）、國內(nèi)“二代加”（如陽江核電廠5、6 號(hào)機(jī)組、紅沿河5、6 號(hào)機(jī)組）并未開展詳細(xì)的DBC-2廠外放射性后果評(píng)估；

（2）國內(nèi)三代堆CAP1000 核電廠并未開展詳細(xì)的DBC-2 廠外放射性后果評(píng)估；

（3）國內(nèi)三代堆臺(tái)山 CEPR 核電廠對(duì)DBC-2 進(jìn)行放射性后果評(píng)估，選取工況為冷凝器真空喪失，有效劑量最大值為5.91×10-7Sv，甲狀腺劑量的最大值為1.53×10-6Sv，采用現(xiàn)實(shí)假設(shè)，未對(duì)驗(yàn)收準(zhǔn)則的符合性做詳細(xì)說明。

綜上，以往二代堆缺失DBC-2 放射性評(píng)估，三代堆的工程實(shí)踐做法不同，國內(nèi)業(yè)界關(guān)于DBC-2 放射性評(píng)估尚未形成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。

本文考慮 DBC-2 發(fā)生頻率范圍為 1～10-2/a，建議保守考慮同期建設(shè)（通常為兩臺(tái)）核電機(jī)組1 日歷年發(fā)生1 次DBC-2。不同文件中關(guān)于預(yù)計(jì)運(yùn)行事件（DBC-2）的頻率界定研究如表1 所示。

表1 不同文件中關(guān)于DBC-2/3/4 的頻率界定[3]Table 1 The frequency definition of DBC-2/3/4 in different documents

基于國標(biāo)GB 6249—2011，在發(fā)生選址假設(shè)事故時(shí)，可取事故的整個(gè)持續(xù)時(shí)間為30 天。每期工程項(xiàng)目的總年劑量驗(yàn)收準(zhǔn)則可按三部分考慮：

式中：n——該廠址的工程項(xiàng)目數(shù)量；

N1——單期工程異常機(jī)組DBC-2（持續(xù)30 天）期間放射性釋放劑量，mSv；

N2——單期工程異常機(jī)組除DBC-2 事故時(shí)段外的其余11 個(gè)月正常運(yùn)行放射性釋放劑量，mSv；

N3——單期工程未發(fā)生故障的其他機(jī)組12 個(gè)月正常運(yùn)行放射性釋放劑量，mSv。

考慮到N2與N3之和與單期工程項(xiàng)目全年正常運(yùn)行流出物排放量僅相差一個(gè)月正常運(yùn)行排放劑量，此一個(gè)月劑量可作為裕量進(jìn)行保守假設(shè)。因此，上述驗(yàn)收準(zhǔn)則可進(jìn)一步簡化，從而得出DBC-2 事故持續(xù)30 天的放射性劑量應(yīng)滿足：

式中：n——該廠址的工程項(xiàng)目數(shù)量；

N4——單期工程項(xiàng)目全年正常運(yùn)行流出物排放最大值，mSv?；谀壳暗墓こ虒?shí)踐，基本為10-4量級(jí)參數(shù)。

基于目前國內(nèi)核電建設(shè)實(shí)踐，n一般為2或3，考慮到N4基本為10-4量級(jí)參數(shù)（可按忽略處理），因此，單期工程項(xiàng)目DBC-2 驗(yàn)收準(zhǔn)則在考慮一定裕量的情況下，DBC-2 限值可保守取值為0.12 mSv（當(dāng)n=2）或0.08 mSv（當(dāng)n=3）。

3.3 DBC-2 分析原則的研究及建議

對(duì)于DBC-2 計(jì)算模型假設(shè)應(yīng)采用現(xiàn)實(shí)假設(shè)還是保守假設(shè)，當(dāng)前業(yè)界缺乏統(tǒng)一認(rèn)識(shí)：

（1）核安全導(dǎo)則HAD102-17[4]《核動(dòng)力廠安全評(píng)價(jià)與驗(yàn)證》提出：“預(yù)計(jì)運(yùn)行事件的安全分析實(shí)質(zhì)上相同于事故分析。但預(yù)計(jì)運(yùn)行事件分析不必具有設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故分析的全部保守性。例如預(yù)計(jì)運(yùn)行事件分析不需要假設(shè)所有非安全系統(tǒng)和設(shè)備均不可用”。

（2）EUR（E 版）[5]提出正常運(yùn)行和預(yù)計(jì)運(yùn)行事件應(yīng)基于電廠的最佳運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)放射性劑量、排放量驗(yàn)收準(zhǔn)則，即采用現(xiàn)實(shí)假設(shè)。

（3）2021 年核安全導(dǎo)則《核動(dòng)力廠確定論安全分析》[6]對(duì)預(yù)計(jì)運(yùn)行事件提供了兩套分析假設(shè)：現(xiàn)實(shí)性確定論安全分析和保守性確定論安全分析。針對(duì)預(yù)計(jì)運(yùn)行事件的現(xiàn)實(shí)分析應(yīng)采用最佳估算方法，預(yù)計(jì)運(yùn)行事件相關(guān)的放射性釋放準(zhǔn)則應(yīng)與正常運(yùn)行下的年放射性限制準(zhǔn)則相當(dāng)，而應(yīng)比設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故的放射性劑量限制更嚴(yán)格?？山邮艿挠行┝肯拗祽?yīng)與正常運(yùn)行的有效劑量限值相當(dāng)。預(yù)計(jì)運(yùn)行事件的保守分析應(yīng)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故確定論安全分析使用相同的保守假設(shè)，特別是與那些在假設(shè)始發(fā)事件下維持安全功能的系統(tǒng)有關(guān)的假設(shè)。針對(duì)預(yù)計(jì)運(yùn)行事件的保守分析，技術(shù)驗(yàn)收準(zhǔn)則（與燃料完整性相關(guān)）和放射性驗(yàn)收準(zhǔn)則原則上應(yīng)與現(xiàn)實(shí)分析所采用的驗(yàn)收準(zhǔn)則相同。

綜上，DBC-2 分析存在保守分析和現(xiàn)實(shí)分析兩種假設(shè)原則。對(duì)預(yù)計(jì)運(yùn)行事件現(xiàn)實(shí)分析的主要目的是驗(yàn)證核動(dòng)力廠的運(yùn)行系統(tǒng)（特別是控制及限制系統(tǒng)）的運(yùn)行能力，以保證核動(dòng)力廠能夠在發(fā)生預(yù)計(jì)運(yùn)行事件后快速恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)。針對(duì)預(yù)計(jì)運(yùn)行事件的保守分析應(yīng)能夠證明短期內(nèi)僅依靠安全系統(tǒng)的自動(dòng)動(dòng)作，長期疊加操縱員動(dòng)作，可以使核動(dòng)力廠達(dá)到安全狀態(tài)，并滿足相應(yīng)的安全條件。針對(duì)預(yù)計(jì)運(yùn)行事件的保守分析，技術(shù)驗(yàn)收準(zhǔn)則（與燃料完整性相關(guān)）和放射性驗(yàn)收準(zhǔn)則原則上應(yīng)與現(xiàn)實(shí)分析所采用的驗(yàn)收準(zhǔn)則相同。

由于保守分析和現(xiàn)實(shí)分析采用相同的的技術(shù)驗(yàn)收準(zhǔn)則和放射性驗(yàn)收準(zhǔn)則，故針對(duì)于放射性后果計(jì)算，保守性分析可包絡(luò)現(xiàn)實(shí)性分析結(jié)果。

下面本文將基于保守原則開展DBC-2 放射性后果分析計(jì)算，以驗(yàn)證第3.2 節(jié)中所提出的DBC-2 放射性后果驗(yàn)收準(zhǔn)則的合理性。

4 DBC-2 驗(yàn)收準(zhǔn)則應(yīng)用研究示例

4.1 包絡(luò)工況選取

本文以國內(nèi)某三代壓水堆核電廠為分析模型開展DBC-2 放射性評(píng)估。壓水堆核電廠放射性物質(zhì)主要通過如下兩種途徑釋放到環(huán)境[7]，如圖1 所示。

圖1 DBC-2 放射性核素向環(huán)境的釋放過程Fig.1 The process of radionuclides released into the environment during DBC-2

（1）一次側(cè)釋放：一回路冷卻劑經(jīng)穩(wěn)壓器安全閥（PSV）排放，經(jīng)安全殼泄漏至環(huán)境中；

（2）二次側(cè)釋放：考慮蒸汽發(fā)生器傳熱管因腐蝕或其他原因存在裂紋泄漏，蒸汽發(fā)生器水質(zhì)被一回路冷卻劑泄漏污染后隨大氣釋放閥開啟釋放至環(huán)境中。

典型DBC-2 工況中一次側(cè)釋放量最大工況為“穩(wěn)壓器誤加熱”，二次側(cè)釋放量最大工況為“汽輪機(jī)跳閘”。為簡化計(jì)算，保守考慮“穩(wěn)壓器誤加熱”工況的二次側(cè)排放量等同于“汽輪機(jī)跳閘”事故，以保證所計(jì)算放射性劑量對(duì)所有DBC-2 事故的包絡(luò)性。

4.2 包絡(luò)工況的事故進(jìn)程

包絡(luò)事故工況假設(shè)所有穩(wěn)壓器加熱器在事故初始時(shí)刻全部開啟。正常運(yùn)行期間，反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)（RCP）壓力控制通過調(diào)節(jié)穩(wěn)壓器（PZR）的壓力來實(shí)現(xiàn)。比例式加熱器和通斷式加熱器用于增加RCP 壓力。來自RCP 環(huán)路冷管段的兩列正常噴淋和來自化學(xué)與容積控制系統(tǒng)（RCV）的輔助噴淋用于降低RCP 壓力。當(dāng)發(fā)生“穩(wěn)壓器誤加熱”事件后，如果穩(wěn)壓器壓力控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)可用，控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)將關(guān)閉加熱器并打開正常噴淋。如果PZR 加熱器沒有自動(dòng)關(guān)閉，操作員在確認(rèn)穩(wěn)壓器加熱器誤開啟后，可手動(dòng)關(guān)閉加熱器。本研究中采用保守原則，假設(shè)控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)失效，無法自動(dòng)關(guān)閉加熱器，最終在事故后1 h 由操縱員就地手動(dòng)斷電，實(shí)現(xiàn)電加熱器關(guān)閉，事故達(dá)到可控狀態(tài)。

本文采用CATHARE 程序開展計(jì)算，分析過程中對(duì)分析模型進(jìn)行了保守簡化假定，所采用的保守分析模型和分析參數(shù)高估了事故所造成的放射性后果。事故序列如表2 所示。

表2 事件序列Table 2 The event sequence

4.3 關(guān)鍵假設(shè)及分析結(jié)果

4.3.1 一次側(cè)排放源項(xiàng)計(jì)算

典型的壓水堆核電廠設(shè)計(jì)中，穩(wěn)壓器卸壓箱用于收集并冷凝從PSV 或嚴(yán)重事故卸壓閥排放的蒸汽，箱體上設(shè)置有爆破盤，當(dāng)壓力超過爆破盤起爆壓差時(shí)，將導(dǎo)致爆破盤破裂。在本分析中，在操縱員就地關(guān)閉電加熱器終止故障之前，PSV 因一回路壓力高而被動(dòng)開啟四次，導(dǎo)致穩(wěn)壓器卸壓箱內(nèi)壓力升高超過起爆壓差，使得卸壓箱爆破盤破裂，PSV 排放總量6.77 t。

一次側(cè)排放量計(jì)算分析結(jié)果如圖2 所示。

圖2 穩(wěn)壓器誤加熱工況一回路經(jīng)PSV 排放量Fig.2 The calculation of PSV release under the operation condition of the spurious pressurizer

參考新源項(xiàng)框架體系[8]，基于保守分析原則選取設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故分析初始源項(xiàng)37 GBq/t131I 當(dāng)量的一回路冷卻劑裂變產(chǎn)物比活度。假設(shè)事故前安全殼換氣通風(fēng)系統(tǒng)（EBA）小流量回路運(yùn)行，事故發(fā)生1 h 操作員手動(dòng)執(zhí)行二次包容隔離要求，啟動(dòng)安全殼環(huán)廊通風(fēng)系統(tǒng)（EDE）、啟動(dòng)安全廠房控制區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)（DWL）、EBA 小流量回路隔離等。

假設(shè)DBC-2 事故持續(xù)時(shí)間為30 天，考慮內(nèi)層安全殼泄漏率為：事故初始24 h 為0.3%Vol./d；此后直到30 天為0.15%Vol./d。一次側(cè)向環(huán)境排放源項(xiàng)數(shù)據(jù)如表3 所示。

表3 一次側(cè)排放源項(xiàng)Table 3 The discharge source terms of the primary side

4.3.2 二次側(cè)排放源項(xiàng)計(jì)算

二次側(cè)釋放途徑為通過大氣釋放閥開啟釋放至環(huán)境。其釋放量分析結(jié)果如圖3 所示。

圖3 二次側(cè)大氣釋放閥開啟排放計(jì)算Fig.3 The calculation of opening of the secondary atmospheric release valve

蒸汽發(fā)生器二次側(cè)所含一次側(cè)泄漏量可分為兩部分：

（1）事故前正常運(yùn)行期間運(yùn)行技術(shù)規(guī)范允許范圍內(nèi)的一二次側(cè)泄漏積累存量，保守考慮事故前8 h 一次側(cè)向二次側(cè)以3 kg/h 的流量泄漏（每臺(tái)蒸汽發(fā)生器）；

（2）事故期間的一回路向二回路泄漏?；诒Ｊ卦瓌t考慮采用設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故蒸汽發(fā)生器泄漏率假設(shè)，如44 L/h。

基于以上假設(shè)，二次側(cè)向環(huán)境排放源項(xiàng)數(shù)據(jù)如表4 所示。

表4 二次側(cè)排放源項(xiàng)Table 4 The discharge source terms of the secondary side

4.3.3 放射性后果

核電廠事故后廠外放射性后果計(jì)算主要關(guān)注非居住區(qū)邊界和規(guī)劃限制區(qū)外邊界處的個(gè)人劑量。照射途徑包括煙羽浸沒外照射、地面沉積外照射和吸入內(nèi)照射。計(jì)算采用國內(nèi)某核電廠址2017—2019 年氣象數(shù)據(jù)，整個(gè)事故持續(xù)期間非居住區(qū)邊界SSE 方位公眾受到的有效劑量最大。一次側(cè)排放和二次側(cè)排放所造成的放射性有效劑量如表5 所示。

表5 DBC-2 放射性劑量計(jì)算結(jié)果Table 5 Calculation results of the DBC-2 radioactivity dose

4.3.4 驗(yàn)收準(zhǔn)則的合理性分析

結(jié)合上述計(jì)算結(jié)果，最為包絡(luò)的DBC-2 工況的放射性劑量值計(jì)算結(jié)果為0.041 1 mSv。

對(duì)比第3.2 節(jié)建議的驗(yàn)收目標(biāo)值（0.12 mSv或0.08 mSv），無論廠址劃分兩期建設(shè)或三期建設(shè)，計(jì)算模型均滿足驗(yàn)收準(zhǔn)則。同時(shí)可發(fā)現(xiàn)：驗(yàn)收準(zhǔn)則限值與計(jì)算評(píng)估結(jié)果基本處于同一量級(jí)，可合理起到劑量約束的作用，因此認(rèn)為第 3.2 節(jié)推薦的驗(yàn)收準(zhǔn)則適用于單期工程項(xiàng)目假設(shè)發(fā)生單次DBC-2 時(shí)開展的放射性保守分析。

5 結(jié)論

國標(biāo)GB 6249—2011 規(guī)定DBC-2 需要開展放射性釋放評(píng)估，但具體驗(yàn)收準(zhǔn)則難以執(zhí)行，且未對(duì)評(píng)估分析原則進(jìn)行說明。以往二代堆未針對(duì)DBC-2 放射性釋放開展詳細(xì)評(píng)估，各堆型如何驗(yàn)證DBC-2 放射性釋放缺乏統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。

通過對(duì)國標(biāo)GB 6249—2011 的解讀，結(jié)合國內(nèi)核電分批審批、建設(shè)現(xiàn)狀，本文對(duì)我國多堆廠址內(nèi)核電機(jī)組DBC-2 的放射性評(píng)價(jià)限制目標(biāo)選擇方法和評(píng)價(jià)計(jì)算的關(guān)鍵假設(shè)原則提出建議，以國內(nèi)某三代核電廠為計(jì)算模型，對(duì)DBC-2包絡(luò)工況開展放射性評(píng)估計(jì)算，從計(jì)算結(jié)果佐證了所提出驗(yàn)收準(zhǔn)則的合理性。需要說明的是，不同堆型關(guān)于DBC-2 假設(shè)保守性頗具爭議，本文所提保守性假設(shè)、包絡(luò)工況選取應(yīng)結(jié)合核電機(jī)組工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案、執(zhí)行功能設(shè)備可靠性綜合考慮。