今年4月,中核集团“龙腾2020科技”创新计划——“严重事故特性、预防、缓解及管理技术研究”专项正式启动。该专项由中核集团投入上亿元,旨在进一步提升三代自主核电技术(如“华龙一号”)的安全性,并应用于现役核电厂的技术改造和安全性提升。
项目首席科学家、国家“千人计划”专家马卫民博士认为:“核电厂严重事故的研究将为‘从设计上实际消除大规模放射性释放’提供科学保障。”马卫民也向记者科普了核电厂严重事故。
记者:核电厂严重事故是什么?
马卫民:众所周知,安全是核电发展的生命。核电厂的事故一般可以分为设计基准事故和严重事故(超设计基准事故)。具体来说,严重事故指的就是由于堆芯大面积熔毁而导致放射性物质从核燃料组件中逸出的事故。严重事故的特点是发生概率极低,但后果极其严重,可能会对公众和环境产生重大影响。
从人类开始和平利用核能至今,全世界的核电厂一共发生过三起严重事故,分别是:1979年的美国三哩岛核事故、1986的前苏联切尔诺贝利核事故以及2011年的日本福岛核事故。
我们对严重事故开展研究,主要有两个目的:第一是掌握严重事故的科学规律,了解事故的发生、演变过程,为反应堆安全评价提供知识和工具;第二是开发严重事故预防与缓解的技术措施,为“从设计上实际消除大规模放射性释放”提供工程技术保障。
记者:对严重事故的研究具体是如何提升核电安全性的?
马卫民:严重事故的过程通常是:反应堆堆芯温度过高,核燃料组件几何形态遭到破坏,堆芯大面积融毁,放射性物质从损坏的组件包壳中逸出……这个过程有三层物理屏障保护,分别是核燃料组件包壳、压力容器和安全壳。即使发生核事故,如果三层保护相继起到作用,核电厂仍然是安全的。
安全
从历史上三次严重事故的对比也可以看出端倪。最早发生的三哩岛核事故,虽然堆芯已经熔毁,但是近20吨的熔融物都留在了安全壳内的下封头部位,安全壳仍然完整有效,虽然造成了经济损失,但没有对公众和环境产生重大影响。而切尔诺贝利根本没有安全壳,发生爆炸后,放射性物质到处散落;福岛虽然采取了一些措施,但最后一道屏障安全壳的完整性已经损坏,也造成严重后果。
对严重事故开展研究,终极目的就是在发生核事故甚至演变为严重事故时,确保三层保护的最后一层——安全壳的完整性,从而在这里卡住事故的进度,不让事故继续演变。这样核电厂不会发生大规模放射性释放,也不会影响公众和环境,实现事故后果最小化。这也就是所谓的“从设计上实际消除大规模放射性释放”。
目前来看,这个目标是可以实现的,因为严重事故的研究可以极大地推动了核电的安全性;实践证明,我们不但可以掌握严重事故的主要过程和现象,而且也知道怎么将研究成果反馈到现有安全技术的改进和促进新安全技术的开发上。
预防+缓解 切实消除风险
记者:当前的核电技术在抵御严重事故方面情况如何?
马卫民:三次核电严重事故,每次都推动了研究工作的开展。比如,在福岛核事故后,业内就开展了一系列工作,包括对在运机组进行压力测试,审查在建机组的安全措施,对旧有堆型进行安全评价和改进,还有开展了乏燃料水池严重事故的研究、严重事故管理导则验证等。目前,新建机组基本采用的都是二代加或三代核电技术,并已经针对福岛核事故的教训进行了相应改进。
当前核电技术在抵御严重事故方面的安全性,应该从预防事故和缓解事故两个方面来说:
预防
现在的三代核电技术普遍具备非能动安全系统,发生堆芯熔毁的概率大幅降低(由原来的10-5降低到10-6)。对在运核电机组改进的研究也很多,比如,瑞典的核安全当局就要求本国核电站加装独立的不受外部事件影响的紧急注水系统。
缓解
现在的三代核电技术万一发生严重事故,也有专门措施来保证安全壳完整性,比如,AP1000和“华龙一号”的堆内熔融物滞留(IVR)技术,俄罗斯的VVER、法国的EPR和美国通用电气的ESBWR(沸水堆)的堆外熔融物滞留(EVR)技术。同时,各国也在研究对在运机组进行改造,比如,欧盟一些国家决定给部分反应堆加装IVR措施,日本为了重启核电也正在抓紧研究各种各样的安全改进方案。
由于我国核电机组都比较新,采用的压水堆技术的安全壳更大更厚,新建的三代机组也具备非能动安全系统,发生严重事故的概率已经极低,相应的缓解措施也比较到位。应该说,现有的核电安全技术水平应该已经具有了应对类似福岛核事故挑战的能力。
记者:我国在这一领域的研究 情况如何?
马卫民:目前,国内对严重事故的研究比较重视,也取得了很多成绩。但是,我们应该看到,国内研究的规模与深度与国际先进水平还有不少的距离。
跟跑
当年美国是核电发展的先驱,它在严重事故研究方面的投入也是世界第一的,包括我们今天所用的核安全标准以及严重事故安全分析软件,几乎全部源于美国。欧洲、日本和韩国曾经大规模发展核电,这些地区人口密度高,公众对核电的关注度高,对核电安全性的要求也很高,所以在严重事故研究方面也开展了很多工作,俨然有后来居上之势。
中国要实现由核大国向核强国迈进,核电技术要实现从跟跑、并跑到领跑的转变,而目前的严重事故研究水平与跟我们的目标还有不少距离。中国想领导新的核电发展浪潮,严重事故预防与缓解技术的自主研究能力的提升是避不开的门槛。
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