核電廠三項基本安全功能

　　核電廠的三項基本安全功能指：

　　A 反應性控制；

　　B 余熱排出；

　　C 包容放射性物質(zhì)。

　　英文關(guān)鍵詞是Control、Cool和Contain，這三個單詞都是以字母C開頭的，所有也稱為3C安全準則。

　　要保證核電廠的安全運行，就是在各種設(shè)計工況下（包括設(shè)計基準工況和設(shè)計擴展工況）下，保證這三項基本安全功能能夠?qū)崿F(xiàn)。與安全功能相關(guān)的系統(tǒng)稱為安全系統(tǒng)。

　?。?）反應性控制

　　1942年，核物理學家費米率領(lǐng)的團隊在芝加哥大學體育場看臺下建成了世界上第一座“核反應堆”（項目代號為PILE，英文單詞pile具有“文件堆成山”的意思，故此前輩們把Nuclear Reactor翻譯成了反應堆）芝加哥1號，當時費米特別關(guān)注的是“一旦鏈式反應觸發(fā)，是否能夠得到控制？”。

　　核反應堆是實現(xiàn)可控鏈式裂變反應的裝置，若鏈式裂變反應失去控制，就有可能發(fā)生瞬發(fā)臨界而使功率驟升。雖然不會發(fā)生像原子彈那樣的核爆炸，但是會發(fā)生堆芯熔毀，放射性物質(zhì)釋放。

　　所以可靠的反應性控制是首先被關(guān)注的基本安全功能之一。

　?。?）包容放射性物質(zhì)

　　1950年代美國建造反應堆采用的是在反應堆和公眾之間保持足夠的距離，即“遠距離廠址”政策。

　　由于那時的反應堆主要是服務于軍事領(lǐng)域的研究堆或生產(chǎn)堆，多位于偏遠地區(qū)，例如新墨西哥沙漠這樣的地區(qū)，所以“遠距離廠址政策”是可以實現(xiàn)的。

　　后來，原子能和平利用，用核反應堆來發(fā)電向大城市供電，核反應堆所處的位置就不能滿足遠距離廠址政策了。此時所想到的方法是采用一個“安全殼”（Containment），將放射性物質(zhì)“包容”起來。

　　所以“包容放射性物質(zhì)”也成為了“基本安全功能”之一。

　?。?）余熱排出

　　核裂變反應的一個重要特點是，即使鏈式反應中止，已發(fā)生的裂變反應所產(chǎn)生的裂變產(chǎn)物會繼續(xù)衰變，衰變產(chǎn)生的阿爾法、貝塔、伽馬等射線會在燃料棒里釋放出熱能，稱為衰變熱。衰變熱加上反應堆結(jié)構(gòu)材料、冷卻劑等所含的顯熱之和被稱為反應堆的余熱。

　　在1960年代中期，為了改善核電廠的經(jīng)濟性，防止反應堆堆芯熔毀，設(shè)計上重點關(guān)注在“應急堆芯冷卻系統(tǒng)”上。應急堆芯冷卻系統(tǒng)的作用就是在反應堆發(fā)生事故，如喪失堆芯冷卻劑時，向堆芯緊急注入冷卻劑，排出堆芯的衰變熱，以防止堆芯的熔化。

　　為了在不同的事故情景下都能向堆芯注入足夠的冷卻劑，在壓水堆核電廠中通常設(shè)有高壓安注、中壓全注和低壓安注系統(tǒng)。

　　由于反應堆衰變熱的積累可能導致多道放射性包容屏障的破壞，所以排出堆芯余熱也成為基本安全功能之一。

　　目前核電廠安全所集中關(guān)注的問題是三項基本安全功能的實現(xiàn)。核電廠的安全相關(guān)構(gòu)筑物、系統(tǒng)和設(shè)備主要是圍繞實現(xiàn)三項基本功能設(shè)計的，核安全監(jiān)管的重點也是集中在承擔三項基本安全功能的構(gòu)筑物、系統(tǒng)和設(shè)備上。

　　出于對核電廠安全相關(guān)構(gòu)筑物和設(shè)備可靠性的高度重視，對其提出了以一系列嚴格甚至苛刻的要求，如特殊的質(zhì)量保證措施、特殊的抗震要求，以及能夠承受事故工況下環(huán)境條件的“環(huán)境鑒定”要求等（通常又被稱為“安全級”構(gòu)筑物或設(shè)備）。舉個例子，對反應堆冷卻劑系統(tǒng)壓力邊界而言，規(guī)范要求其質(zhì)量應該達到“現(xiàn)有工業(yè)能力能夠達到的最高標準”。安全相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計也要滿足多重性、多樣性和獨立性等要求。

　　但是三項基本安全功能的設(shè)立并不平衡，可以用這樣的話來概括，即反應性控制是基礎(chǔ)，包容放射性物質(zhì)是目的，而余熱排出是關(guān)鍵?？梢哉f余熱排出是核電廠最關(guān)鍵的安全功能，實際上目前核電廠的大部分安全系統(tǒng)都是圍繞排出余熱設(shè)計的，余熱排出的可靠性也在很大程度上決定了核電廠的安全水平。

　　也有一些人認為，目前的三項基本安全功能還不夠完善。例如核電廠運行人員在處理核電廠事故時，需要對核電廠的狀態(tài)有清晰的了解，所以核電廠狀態(tài)監(jiān)測也應列入基本安全功能。事實上，雖然在許多安全標準中沒有將核電廠狀態(tài)監(jiān)測作為基本安全功能，但核電廠的設(shè)計已經(jīng)把他作為實踐，將負責事故后重要參數(shù)監(jiān)測的系統(tǒng)設(shè)計為“安全相關(guān)”。