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第45卷第19 期2023年10 月舰船科学技术SHIP SCIENCEANDTECHNOLOGYVol.45,No.19Oct.,2023海上核应急技术分析张多飞!，张博洋，李晓玲，贾靖轩，安然1，徐晓辉1，陈祥磊!（1.武汉第二船舶设计研究所，湖北武汉430 2 0 5；2.海军装备部驻青岛地区第二军事代表室，山东青岛2 6 6 0 0 1）摘要：海上核应急相对于陆上核应急难度更大，并且无成熟的标准法规参考，可借鉴经验少。本文梳理了海上核应急工作特点，分析海上核设施自身核应急设备装备情况，提出海上核应急救援初步方案，分析研究海上应急辐射监测方法、监测设施设备配置，为建立完善海上核应急救援体系提供参考。关键词：核动力船舶；核事故；核应急；应急辐射监测中图分类号：U676.8文章编号：16 7 2-7 6 49(2 0 2 3)19-0 143-0 4ZHANG Duo-fei,ZHANG Bo-yang,LI Xiao-ling,JIA Jing-xuan,AN Ran,XU Xiao-hui,CHEN Xiang-lei(1.Wuhan Second Ship Design Institute,WuHan 430205,China;2.The Second Military Representative Office ofAbstract:Maritime nuclear emergency is more difficult than on the road.There is no mature reference to standards,regulations and little experience to learn from.This paper sorts out the characteristics of the maritime nuclear emergencywork,analyzes the nuclear emergency equipment and equipment ofthe maritime nuclearfacilities,puts forward the preliminaryplan of the maritime nuclear emergency rescue,analyzes and studies the maritime emergency radiation monitoring methodsand the configuration of monitoring facilities and equipment,and provides a reference for establishing and improving themaritime nuclear emergency rescue system.Key words:nuclear-powered ship;nuclear accident;nuclear emergency;emergency radiation monitoring0引言核动力船舶、海上核动力平台等海上核设施的数量逐年增加，海上核动力设施的增多对海上核应急救援提出了新的要求和挑战。海洋不同于陆地，陆上核设施从国家到地方再到核设施运营单位每级都有成熟的核应急体系和应急救援方案。海上核设施受制于设施自身特殊性、所处环境条件及气候等因素影响，使得海上核应急开展更具难度和挑战。本文结合海上核设施特点和现有海上核应急装备对海上核应急救援技术进行研究，提出海上核应急系统建设初步方案，重点分析海上核应急辐射监测方法。1海上核应急救援特点由于特殊的条件和环境限制，海上核应急相对于陆上核应急有更大的难度，国内外也少有健全的海上核应急救援方案和成熟的标准、法规。与陆上核应急收稿日期：2 0 2 2-0 7-12作者简介：张多飞（1991），男，工程师，研究方向为辐射监测及核应急。文献标识码：ATechnical analysis of maritime nuclear emergencyNaval Equipment Department in Qingdao,Qingdao 266001,China)doi:10.3404/j.issn.1672-7649.2023.19.025相比，海上核应急存在特殊性。1.1移动性海上核设施在执行任务过程中会根据任务目标不断移动，发生核事故的地点无法预知，具有不确定性，并且核设施发生事故后动力系统可能受损，会随着海洋活动不断改变方位。因此很难像陆上核设施一样在可能发生事故的地点提前做好相应准备，很难对事发现场的环境、气象、交通等信息做出预判。1.2复杂性海上环境复杂、条件恶劣，海上核设施在发生事故后部分功能丧失，更加难以应对恶劣的海上环境，外部应急救援工作也会受海洋复杂多变的气候条件影响。另外海上核设施除部分民用核设施外很多是非民用核动力设施，其性能、运行状况、活动范围等都是保密信息，事故后的应急救援行动往往局限在特定范围以内，应急救援力量受到制约。另外如果非民用144核动力设施发生核事故，其自身携带的作战装备可能会由于已发事故诱发更大的威胁，大大增加了应急救援工作的复杂性。1.3局限性海上核设施一般是一个独立的系统，携带能源、装备和物资有限。既要实现自身的功能作用，同时也是船员和工作人员生活的场所，空间利用率比较高，很少有空余的地方为应急救援提供便利。受限于船舶的载荷能力，海上核设施不可能装备与陆上核设施一样完善的应急救援系统。此外，关于运行操作人员，陆上核电站工作人员工作环境相对较好，并且学习培训系统完善，专业性较强，工作稳定性高，还有大量的后备力量，而海上核设施使用人员流动性相对较大，工作环境相对恶劣，并且编制人员有限，这不仅增加误操作导致事故发生的概率，也限制了海上核事故自身应急救援工作的开展。1.4紧迫性海上核设施自身救援和保障能力有限，空间相对狭小，一旦发生核事故放射性物质会在较短时间内扩散到全船舱室，甚至附近海域，船员撤离困难会严重危及船员生命健康。应急救援物资和备用水、电有限，可维持时间较短；外部应急救援力量前往事故现场花费时间较多，综合以上因素事发后需要外部应急救援力量快速采取行动，及时开展应急救援工作，应急救援相对陆上更为紧迫。综上所述，海上核设施相对陆上核设施要面对更为严苛的主观及客观条件，这些严苛环境和限制因素极大地增加了海上核应急的难度。2海上核设施现有核应急装备介绍2.1海上核动力设施自身核应急能力海上核设施是一个独立的系统，相对于陆上核设施，自身可携带的辐射防护、核探测及核应急设备有限，一般海上核设施配备辐射监测、辐射防护及核应急救援等设备。2.1.1辐射监测与防护设备海上核设施一般只配备必须的工艺辐射监测设备，满足核设施运行情况监测要求；环境监测方面只在人员活动频繁的舱室配备一定数量的放射性监测装置，实时监测环境放射性水平和舱室空气放射性水平，确保工作环境安全；部分岗位工作人员配备有个人剂量计和便携式辐射监测仪表作为辐射监测补充手段。受海上核设施空间和电力供给等因素限制，很少有海上核设施配备事故后辐射探测设备。受载荷能力限制，海上核设施的屏蔽与防护设备无法与陆上核设施相比，当发生严重的核事故时海上核设施处于较高的剂量场内，船员无法找到有效的屏舰船科学技术蔽掩体，必须通过外界救援将损失降到最低。2.1.2、核应急救援设备一般海上核设施都装备有相应数量的辐射防护服，个人剂量监测仪以及救生艇等应急救援设备。当发生核事故后上述设备对于控制事故态势，挽救事故船能发挥的作用非常有限。2.2外部核应急救援现状当发生严重的核事故时海上核设施的自救能力非常有限，必须借助外部应急救援力量才能最大程度降低事故影响。目前国内外很少有专门针对海上核应急救援的方案和标准，海上核应急工作也没有详细规定，这与海上核应急的重要地位并不相符2 。3海上核应急方案3.1海上核设施应急状态等级划分国际上核设施应急状态等级划分一般依据美国核能研究所技术文件NEI99-01-2008（REV 5）和NEI99-01-2012（REV 6），该技术文件将应急状态等级分为应急待命、厂房应急、场区应急和场外应急4个等级3-4。海上核设施相对陆上核电站体积较小，舱室边界和船体边界距离较近，不需要像陆上核电站一样区分厂房和场区，因此可参照NEI99-01-2008（REV 5）和NEI99-01-2012（REV 6）技术文件，将应急状态划分为应急待命、船上应急和船外应急3个等级。应急状态等级确定主要依据不同工况下核设施发生的事件或现象，一旦核设施发生异常现象，达到某应急等级标准，应立即进人相应等级的应急状态。文献5 根据核动力设施的运行工况（可分为功率运行、启动、热备用、热停堆、冷停堆、换料和卸料共7类）及可能发生的事故现象，总结了海上核动力设施应急行动水平表征的事件和现象，如表1所示，3.2应急计划区划分应急计划区的大小受核设施的堆功率、应急防护措施、公众可能受到的预期剂量和可防止剂量等诸多因素影响，文献6 7 给出了小型核反应堆应急计划区的计算方法。当海上核动力设施停靠在码头或港口时，可根据码头港口具体情况如，停靠船舶数量，堆功率、周围居民密度、气候特性等等因素，估算出相应的应急计划区，在应急计划区域内进行应急监测，实时掌握放射性物质释放对周围环境的影响，部署应急救援工作。当核动力设施在海上航行发生核事故时，放射性物质对公众影响较小，无确定的应急计划区，需在发生事故周围海域划分警戒海域，开展应急救援工作。3.3海上核应急系统组成由于海上核动力设施无固定作业地点，事发地点不确定，很可能在距离陆地较远的海域，因此海上核第45卷第45卷类别类别1运行所有工况气载/液态放反应堆冷却剂装量丧失；事件射性流出物现象异常；辐射升：交流电源丧失：直流水平异常电源丧失：通信能力丧失应急救援主体必须依托应急救援船舶，以救援船舶为依托形成水面、水下和空中三维应急救援力量。图1为海上应急救援力量示意图，图2 为外部应急系统框架图，要安全有效的开展海上核应急救援工作，应急救援系统必须具备应急救援总指挥、核辐射监测、辐射防护、洗消、救援和气象监测这6 项基本功能。应急救援总指挥作为海上核应急工作的指挥中枢，可以与救援现场时时通信，综合显示各系统运行状态；实现辐射态势分析评估、应急救援方案决策、资源调配、决策部署等功能。辐射监测是评价分析事故等级的有效手段，也指导应急救援工作的前提条件，因此海上核应急也必须装备有完善辐射监测系统。辐射防护系统应包括：保障在事故现场特定区域水面辐射监测核应急救援（取样）设备指挥平台水下辐射监测设备图1海上核应急救援力量示意图Fig.1 Schematic diagram of maritime nuclear emergencyrescueforce核应急救援总指挥水面辐射监测设备水下辐射监测解射监测设备空中辐射监测护设备个人计量监测设备图2 海上核应急系统框架图Fig.2 Frame diagram of maritime nuclear emergency system张多飞，等：海上核应急技术分析表1海上核设施应急行动水平表征的事件或现象5Tab.1 Events or phenomena characterized by emergency action level of maritime nuclear facilities类别2冷停堆、换料卸料反应堆冷却剂系统温度上空中辐射监测设备浮标类辐射监测设备S辐射防护掩体设备洗消人员洗消洗消系统解射防舱室防护个人防护:145.类别3类别4功率运行、启动、所有热备用、热停堆燃料包壳屏障潜在丧失或丧失；反应堆冷却剂系统压力边界屏障潜在丧失或丧失；反应堆舱屏障潜在丧失或丧失开展相关工作的屏蔽掩体；特殊舱室（如指挥室、人员救助室等）应设计为正压舱室，并进行中子、辐射屏蔽设计；个人防护用具等。文献8 9 介绍了相关研究内容。洗消系统包括：设备洗消、人员洗消和废物处理系统。救援系统包括医疗救援，设备抢修，事故控制等，涉及核应急医疗、船舶工程等专业知识。气象监测系统也是应急救援中必不可少的部分，因为海洋环境多变，必须实时监测海洋气候，防止海上复杂环境气候对应急工作造成二次伤害。以上各系统是开展海上核应急救援工作需要具备的基础条件，各个系统必须相互配合，协同作业才能有效完成海上核应急工作。4海上核应急辐射监测内容及要求海上核事故应急辐射监测应由两部分组成：1）海上核动力设施自身工艺、环境辐射监测；2）依赖于外部应急救援提供的事故区域环境辐射监测。海上应急辐射监测方案应明确其监测目的、监测任务、监测范围等，需要根据事故的阶段和等级确定具体方案。因此，海上应急辐射监测应当明确不同事故场景和事故发展阶段的具体应急监测要求。4.1事故初期应急监测4.1.1监测目的和任务受条件和环境限制，海上核事故初期应急监测只能依托核设施自身辐射监测设备，因此初期应急辐射监测的任务应该是判断事故类型，定位辐射泄漏发生具体位置。为遇制事故进一步发展提供依据，为下一步应急工作开展赢取时间，为核动力设施运行人员提供行动指南。气救拨系废液处理系统统固体废物处理系统类别5功率运行、启动、热备用、热停堆停堆失败：控制室显示丧失；反地震、风、海啸等自然灾应堆冷却剂放射性活度超限：反害：火灾、爆炸、有害气应堆冷却剂泄漏；反应堆舱失压/体等内部事故：敌对行隔离丧失：交流电源丧失：直流为：控制室撤离电源丧失：通信能力丧失4.1.2监测范围系统事故初期，由于外部应急救援力量还无法到达事故地点，因此监测范围主要是海上核动力设施舱室内部和核动力设施周围有限区域。4.1.3监测方案事故初期监测方案只能依靠核动力设施自身辐射:146监测设备，因此监测项目、监测设备以及监测方法应该在核动力设施建造时期就应当考虑。核动力装置自身应急监测设施应当至少包括关键工艺辐射监测设备、舱室环境中子、辐射监测设备、舱室气溶胶辐射监测设备、舱室空气13I监测设备以及便携式辐射监测设备。为保证事故工况下应急辐射监测设备正常工作，上述应急监测设备，应当具有较大的辐射监测量程和一定的耐辐照性能，在事故工况下能有效工作一段时间。4.2事故中期应急监测4.2.1监测目的和任务事故中期应急监测应确定放射性污染水平和区域，获取事故周围环境水域、空气放射性水平，进行放射性核素识别及比活度测量，为源项评价、事故等级确定、后果评价提供数据支持，为应急救援行动提供决策依据，为应急救援人员安全作业提供支持。4.2.2监测范围事故中期，外部应急救援力量已经介入，此时监测范围应扩展到事故船舶所在海域一定范围内。4.2.3监测方案海上应急辐射监测应与海上核应急救援同步进行，应急辐射监测必须依托于应急救援船舶。中期应急监测项目应当包括：环境剂量率测量、空气放射性水平测量、水体污染水平测量、表面污染水平测量、食品饮用水监测、人员及车辆放射性沾染检查、环境介质样品采集等。通过上述监测项目可以监测事故区域放射性烟羽水平，空气中放射性气体、易挥发污染物和微尘的浓度及核素种类。具体监测方案见表2。4.3事故后期应急监测4.3.1监测目的和任务事故后期应急监测的主要目的是为恢复行动的决策提供支持，为残存污染物的长期照射预测提供依据。4.3.2监测范围事故后期的监测范围应包括事故海域，以及临近事故海域的人员聚居地，根据事故特点可扩大监测范围。4.3.3监测方案事故后期以定期采样监测和巡逻监测为主，主要监测放射性物质扩散范围、事故海域放射性物质活度浓度以及事故临近区域人员聚居地放射性水平。事故后期的应急监测项目应能比较全面评估事故周围辐射环境质量状况和变化，应关注辐射剂量率和各类环境介质，包括气溶胶、水体、水生物、临近居民区地下水等，根据事故污染特性应有所侧重。5结语海上核应急难度大、涉及专业广、现实经验少，舰船科学技术表2 海上事故中期应急辐射监测方案Tab.21Medium term emergency radiation monitoringplan for maritime accidents监测对象监测项目应急救援船舱室剂量率舶舱室放射舱室气体、性水平气溶胶、浮标搭载水面监测无人机搭载空中巡测环境辐射寸辐射剂量率船舶搭载巡测水下拖电巡测个人剂量计空气中无人机搭载采样监测空气中气溶胶核素无人机搭载采样监测核素、表面表面污染污染、食品、饮用水核素人员车辆放核素、表面射性沾染污染、环境介核素质样品通过分析海上核应急工作的特殊性和海上核动力设施自身核应急救援能力局限性，提出海上核应急工作初步方案，分析了海上核应急辐射监测方法，为海上核应急能力建设提供参考。参考文献：1】马晓林，寿宇强，魏余东，等.核动力潜艇核应急救援中的若干问题研究J.辐射防护通讯，2 0 0 3(3):10-13.2张德兵,王军.海上核应急工作探讨.世界海运,2 0 0 7(5):30-33.3 NEI 99-01 Rev.5.Methodology for development of emergencyaction levelsS.2008.4 NEI 99-01 Rev6.Development of emergency actionlevels fornon-passive reactorsS.2012.5 于红.核动力船舶应急准备与响应关键技术研究.核动力工程,2 0 15(6):10 5-10 8.6陈文军，姜胜耀，梁漫春。小型核反应堆应急计划区的研究1.核动力工程,2 0 16(2):10 2-10 5.7王伟，陈力生,张帆，等.小型堆应急计划区划分研究.核动力工程,2 0 14(6):8 0-8 3.8周平，张忠良，康健，等.海军舰艇核生化集体防护发展概况.舰船科学技术,2 0 16,38(7):1-5.9王英，廉成强，齐岩磊.水面平台核生化防护系统的构建与实现.舰船科学技术,2 0 2 1,43(6):17 5-17 7.第45卷监测或采样方法监测点位连续监测救援船舶各工作舱室连续监测救援船舶各工作舱室事故边界定点区域事故空中区域事故水面不定点巡逻事故水下不定点巡逻工作人员佩戴事故空域不定点巡逻事故空域不定点巡逻就地监测救援船舶、被救援船舶船载食品水源、事故采样附件区域水源作业进出口事故区域水样、采样空气、微尘等