核安全

核安全

廣義的核安全是指對核設施、核活動、核材料和放射性物質採取必要和充分的監控、保護、預防和緩解等安全措施,防止由于任何技術原因、人為原因或自然災害造成事故發生,並最大限度減少事故情況下的放射性後果,從而保護工作人員、公眾和環境免受不當輻射危害。

狹義的核安全是指在核設施的設計、建造、運行和退役期間,為保護人員、社會和環境免受可能的放射性危害的所採取的技術和組織上的措施的綜合。該措施包括:確保核設施的正常運行,預防事故的發生,限製可能的事故後果。

  • 中文名稱
    核安全
  • 外文名稱
    nuclear safety
  • 所屬領域
    國防
  • 所屬學科
    政治

社會議題

社會議題的核安全主要是指防核擴散及核裁軍等。

2010年4月12日至13日有美國總統歐巴馬召集舉行了核安全峰會,提出目前的核安全問題主要是針對恐怖主義的防核擴散。

中國政策

國務院原則同意《核安全與放射性污染防治"十二五"規劃及2020年遠景目標》(以下簡稱《規劃》),由環境保護部會同有關部門認真組織實施。

國務院指出,核安全與放射性污染防治關系經濟社會發展全局和人民民眾的切身利益,是全民關註的重大問題。做好我國核安全與放射性污染防治工作要按照安全第一、質量第一的根本方針,不斷健全法規標準和政策措施,加強科技支撐和基礎能力建設,強化質量保證,完善監管機製和應急體系,嚴格安全管理,不斷提高我國核安全與放射性污染防治水準,推動核能與核技術利用事業安全、健康、可持續發展。

通過實施《規劃》,到2015年,我國核設施、核技術利用裝置安全水準進一步提高,輻射環境安全風險將明顯降低,基本形成綜合配套的事故防御、污染治理、科技創新、應急回響和安全監管能力,保障核安全、環境安全和公眾健康;到2020年,核電安全保持國際先進水準,核安全與放射性污染防治水準全面提升,輻射環境質量保持良好。

國務院要求,各省(區、市)人民政府和有關部門切實加強組織領導和溝通協調,將《規劃》確定的目標要求納入年度工作計畫,製定具體實施方案,加大投入力度,健全工作機製,落實工作責任。環境保護部要會同有關部門對《規劃》實施情況進行檢查評估,確保《規劃》目標如期實現。

機構

在國際上,國際原子能機構致力于提供安全的、保險的和和平的使用核科學與核技術。很多套用了核能的國家都有專門的部門來監督和控製核安全。

在美國,民用核安全由核管理委員會控製。而由美國政府控製的用于研究、生產武器和驅動海軍核動力船的核電站和核物質不受核管理委員會監督控製。

在英國,核能安全由核設施監察局和國防部核安全監管負責。

澳大利亞,澳大利亞輻射防護與核安全機構是負責監督和鑒別太陽能輻射和核輻射風險的聯邦政府機構。它的主要職責是處理電離輻射非電離輻射and publishes material regarding radiation protection.。

其他的機構還有

位于奧地利維也納的國際原子能機構總部大樓位于奧地利維也納的國際原子能機構總部大樓

加拿大核安全委員會

愛爾蘭輻射防護研究所

俄羅斯聯邦原子能機構

巴基斯坦核管製局

德國聯邦輻射防護局

印度原子能管理委員會

復雜性

核電站是人類曾經設計的最復雜的能源系統。不論如何設計如何測試,任何復雜系統都不能保證永不出錯。史蒂芬尼·庫克報告說:

核反應堆自身是非常復雜的機器,其中可能出錯的零件更是無法計數。當1979年三哩島的核泄漏事故發生時,核世界中的錯誤鏈條也被曝光了。一個錯誤會帶來另一個錯誤,然後接連引發一系列錯誤,一直到反應堆堆芯開始熔化,而這時世界上最訓練有素的核工程師也都束手無策。這個事故暴露了系統沒有考慮到保護公眾健康和安全的不足之處。

關于核能發電系統的另一個有關復雜性的根本問題是,核電站的生命周期非常長。從建造一個商業用核電站開始,一直到安全回收它最後的放射性廢物,可能需要100到150年的時間。

核危險

核電防護

第一層是二氧化鈾自身的惰性,和它類似陶瓷的質量。

第二層是氣密封閉包裹在燃料棒外的合金。

第三層是核反應堆的反應爐壓力槽,這個容器由鋼製成,厚達十餘釐米。

第四層是核反應堆耐壓、氣密封閉的圍阻體。

第五層是核反應堆建築,在新的核反應堆設計中,這是第二層的圍阻體。

人為錯誤與機械故障混在一起,就會造成非常嚴重的後果,對人和環境都會有極大的傷害:

工作中的核反應堆包含有大量地放射性裂變物質,如果這些物質發生擴散,將會導致直接的輻射傷害,污染土壤和植物,同時可能被人和動物吸收。如果人暴露在足夠強的輻射中,可能引起短期的疾病甚至致死,也有可能引起長期的癌症和其他疾病導致死亡。

核反應堆在很多方面都有可能出現故障。如果核反應堆中核物質的不穩定性產生了無法預料的行為,就可能出現無法控製的功率異常。正常情況下,根據設計,核反應堆的冷卻系統會處理並帶走異常產生過多的熱量。然而,如果核反應堆同時發生[冷卻劑的故障,燃料就可能熔化,甚至是包容燃料的容器過熱並熔化。這就叫做反應堆熔毀。由于反應堆中產生的熱量非常巨大,可以對反應堆的容器產生巨大的壓力,從而導致反應堆發生蒸汽爆炸。切爾諾貝利核事故就是這個原因引起的。然而,在切爾諾貝利的核反應堆在很多方面都是獨一無二的。設計中使用了正的空泡系數(en:void coefficient),這意味著冷卻系統故障會導致核反應堆功率迅速上升。蘇聯以外的所有的反應堆都使用了負的空泡系數,這是一種被動安全的設計。更重要的是,切爾諾貝利核電站缺少圍阻體。西方的反應堆都有這個結構,這樣在發生事故的時候可以包容輻射。根據設計,圍阻體是人類建造的最結實的結構之一。

核電站出現事故也很有可能是核恐怖主義的結果。

危害性

核物質如果不進行適當的處理,可能會有很大的危害性。根據實驗,接近臨界質量的核物質具有發生臨界事故的危險。大衛哈恩說,想要在家製造一個核反應堆的放射性男童軍就是一個很好的例子,這些核實驗者沒能按照正確的安全步驟形式。實驗導致的失敗增加了放射性污染的危險。

即使裂變的副產物被適當的封裝,當他們不在有用時依然會產生放射性廢物。這些放射性廢物必須使用適當手段進行處理。另外,核反應堆中暴露在中子輻射下的物質可能含有放射性,或者被其他放射性廢物污染。還有,在核電站的運行過程中,可能會需要一些有毒的危險化學物質,這些物質也必須用適當的手段處理。

新的核技術

下一個將要建造的核電站可能是第三代核反應堆,在日本已經有一些這樣的核反應堆正在運行了。第四代核反應堆將會更加安全。這些新的設計可能是被動安全的,自身也更加安全。這些安全方面的進展包括三套緊急情況下的柴油發電機和附加的緊集核心冷卻系統,而不僅僅是兩個,在反應堆堆芯的上邊有裝滿了冷卻劑的大水箱可以在需要的時候自動開啟,將冷卻劑傾入堆芯,遏製建築之外另有一幢遏製建築等等。

然而,如果操作新的核電站系統的工作人員缺少經驗,那麽新的核電站的安全風險可能會更大。核工程師解釋說,幾乎所有的嚴重的核事故都發生在新技術剛剛採用的時候。他認為,新反應堆和事故之間的問題是兩面的:實際運行中可能會出現仿真中無法預計的問題,人也會犯錯誤。一位美國研究實驗室的領導者這樣說,"設計、建造、運行和維護心反應堆會面對這非常陡峭的學習曲線,先進的技術會使發生事故和錯誤的風險增加。

核電站的弱點

核電站在一般人的眼中都是非常堅固的目標。在美國,核電站由使用電子監控的兩排高高地圍牆包圍,在核電站附近還有許多武裝警衛巡邏。核管理委員會對核電站設計時所考慮到的威脅級別是保密的,因此無法確切知道核電站能夠防守多大的攻擊力量。而且核電站緊急關閉僅須少于五秒鍾,而重啓過程則需要若幹小時,這也可以嚴重牽製以釋放放射性物質為目的的恐怖力量。

在九一一襲擊事件以後,對核電站的空中打擊成為了一個重要問題。但是,其實在1972年,就有三名劫機者劫持了沿美國東海岸飛行的南部航空49號航班,並威脅要將飛機追毀于位于田納西州的橡樹嶺核武器工廠。在劫機者的要求得到滿足以前,這架飛機距離工廠高度隻有約2.5千米了。

如果核電站被空中打擊,能夠防止放射性物質泄露的最重要的保護就是它的遏製建築和飛彈防御系統。目前的核管理委員會主席戴爾·克萊恩表示,"核電站自身擁有結實的結構,根據我們的研究,可以在假想的空中打擊中提供足夠的保護。核管理委員會也要求核電站操作員有能力處理大火或爆炸事件,不論事件的起因是什麽。"[14]

另外,美國電力科學研究院進行了一項大性研究,對核反應堆和核廢料儲存設備的堅固性進行了測試,測試結果表明,他們可以承受類似九一一襲擊事件強度的恐怖攻擊。核電站產生的乏燃料經常儲存在核電站內部的某個受保護的區域 或者是乏燃料運輸桶中,將他們竊取並用于骯髒彈中也是非常困難的。如果嘗試竊取乏燃料的人暴露在強輻射下,很快就會失去行動能力,甚至失去生命。

2010年9月,對震網電腦蠕蟲的分析表明它的主要目的是破壞核電站。這種網路攻擊可以越過物理上的保全人員,直接對控製核電站的系統進行攻擊,因此這個發現暴露了核電站的一個新的弱點。

安全文化與人為錯誤

核安全討論中一個比較流行的概念是安全文化。國際核安全咨詢小組將安全文化定義為所有人在任何對核電站安全有影響的活動中所做出的個人奉獻和問責製。這個目標是設計一個系統,使得這個系統能夠適當使用人的能力來保護系統不被人的弱點影響,同時保護人類不受系統的危險性的威脅。同時,也有證據表明,操作習慣很難改變。工作人員幾乎從來沒有準確的按照指示和書面條例工作,在操作人員完成工作所必需的正常工作負擔和時間約束下,違反規則是非常常見的行為。大多數嘗試增進核安全文化的努力都被工作人員以一種難以預料的方式調整到另一個方向去了 ,因此需要使用訓練模擬器。

法國原子能委員會領導的一個評估活動表明,沒有任何技術創新能夠消除核電站運行中人為的錯誤,其中,有兩類錯誤被人為是最嚴重的,在運行過程中的錯誤,如維護和測試,還有人在小的事故中犯下一系列錯誤,最終導致整個系統崩潰。

核事故與輻射事故

嚴重的核事故于輻射事故包括切爾諾貝利核事故、吉斯亭災難、蘇聯K-431核潛艇事故、蘇聯核潛艇K-19事故、白堊河核反應堆事故、溫德斯格爾火災、三哩島核泄漏事故、哥斯大黎加放療事故、薩拉戈薩放療事故、戈亞尼亞事故、教堂岩鈾礦石泄露、SL-1和福島第一核電站事故等等。

風險評估

國際核事件規模

可比較風險評估

概率風險評估

嚴重事故奉獻:美國五個核電站的評估NUREG-1150 1991

反應堆事故後果計算CRAC-II 1982

拉斯穆森報告:反應堆安全研究 WASH-1400 1975

布魯克黑文報告:大型核電站大型事故理論概率與後果 WASH-740 1957

AP1000認為反應堆堆芯損毀的最大頻率是每年損毀5.09 x 10−7個反應堆。進化功率反應堆的最大堆芯損毀頻率是每年4 x 10−7個反應堆。通用電氣對它生產的核反應堆的堆芯損毀頻率計算如下:

BWR/4 -- 1 x 10-5

BWR/6 -- 1 x 10-6

ABWR -- 2 x 10-7

ESBWR -- 3 x 10-8

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