认识核技术的特殊性和独特性(“卓越安全文化的原则”之五).doc

 “卓越安全文化的原则”之五
——认识核技术的特殊性和独特性
与常规电厂比较，由于核电厂潜藏着放射性风险。因此，它就存在着特殊的核安全问题。员工熟练掌握适合于工作岗位的反应堆及核电厂的基础知识，可以为可靠决策和良好行为打下坚实的基础。 
1. 核电机组可能产生比设计功率高很多的能量
核反应堆是利用易裂变物质，使之发生可控的自持裂变链式反应的一种装置。 
裂变反应是可裂变重核裂变成两个中等质量核并放出能量的反应，包括用中子轰击引起的裂变和自裂变。
如果每次裂变产生的中子数目大于引起核裂变所消耗的中子数目，那么有可能在没有外中子源的情况下，使得裂变不断持续下去。这样的裂变反应称为自持链式裂变反应。
根据裂变时释放中子的快慢程度不同，一般将放出的中子分为瞬发中子（在裂变后10的负14次方秒内放出，占全部裂变中子的99.35%，瞬发中子的平均寿命约2×10-4秒）和缓发中子（在裂变后一直持续几分钟的时间内陆续放出，占全部裂变中子的0.65%，缓发中子的平均寿命约13秒）。 
因为长周期的缓发中子的存在，使得实现反应堆内链式反应可控成为可能。 
如果仅仅由于瞬发中子就能使反应堆达到临界的状态，叫瞬发临界。假设增殖系数为1.001，则每秒内功率增长约140倍，这样，反应堆就无法控制了，因此，在设计中要求提棒或其他因素引入的正的增值系数不能过大。 
电厂实施可能引起堆芯反应性变化的活动时应格外谨慎。切尔诺贝利事件后，通过计算得到的堆功率值在40秒内达到满功率的100倍！
2. 在核电厂换料或停堆期间，堆芯内仍然存在着大量的余热还需要进行长期冷却
燃料功率的大部分（93%的满功率）是由中子裂变产生的，其余部分（7%）则来自裂变产物的衰变。在裂变停止后瞬间，大约还有7%燃料功率（以AP1000为例，接近238MWth）主要来自裂变产物的衰变。这部分功率缓慢下降（在3小时后，大约保持在1%，即34 MWth）。
238MW=158，666×1.5KW（普通热得快功率）
34MW=22，666×1.5KW 
由于衰变热，对核级设备提出了高要求（要求在全寿期内能够承受最苛刻的环境和最恶劣的工况组合）； 
由于衰变热，福岛核事故发生了氢爆；
由于衰变热，三哩岛核电站堆芯融化。
3. 核电厂堆芯裂变反应释放能量的过程也是放射性释放的过程
燃料包壳中可能泄漏的放射性元素：UO2在堆芯内吸收中子产生裂变反应，其裂变产物中有部分是以气体形态存在，如87Kr（氪）、131I（碘）、135Xe（氙）及222Rn（氡）等。另有碱金属元素（如Cs）等。 
冷却剂中（慢化剂）中可能泄漏的的放射性元素：N-16（半衰期为7秒）， O-19 （半衰期为27秒）， H-3（半衰期为12. 3年），Co-60（半衰期为5.3年）。
根据纵深防御的设计原则，核电厂在放射性产物与人所处的环境之间，设置了多道屏障，力求最大限度地包容放射性物质，尽可能减少放射性物质向周围环境的释放。
第一道屏障：二氧化铀陶瓷芯块。裂变产物有固态的、也有气态的，它们中的绝大部分都被容纳在二氧化铀燃料芯块内。
第二道屏障：燃料元件包壳。气态的裂变产物能部分地扩散出芯块，进入芯块和包壳之间的间隙内。 
第三道屏障：一回路压力边界。包壳一旦破损，裂变产物就将穿过包壳进入一回路冷却剂中。一回路压力边界将放射性产物包容在一回路冷却剂内。
第四道屏障：安全壳。安全壳即包容一回路的主厂房。它将反应堆、冷却剂系统的主要设备和主管道包容在内。它能阻止放射性产物向环境的释放。构成了反应堆与环境之间的最后一道屏障。
4. 核电厂在运行过程中会产生大量的放射性废物和乏燃料元件
核电厂在运行过程中会产生大量的放射性废物和乏燃料元件，必须对它们加以妥善处理。不然这些废物也会对人员和环境造成很大的危害。
乏燃料在后处理前，贮存期限为0.5~7年。经冷却后，运输到后处理厂，通常需要进行以下处理：
后处理准备，将核燃料与结构部件分离，破坏燃料包壳； 
以硝酸处理核燃料使其转入溶液状态；
水-溶剂萃取处理，提取可裂变核素U和Pu同位素； 
用化学方法将低放核素和高放核素分离； 
高放核素浓集在较小体积的高放废液中，并用化学方法将其固化(如玻璃类结构)，并采用地层永久埋藏方法使其与生物圈隔离。
5．思考、讨论：根据以下特征，探讨对核技术的特殊性和独特性认识。
所有的决策和行动都要考虑核技术的特殊性。反应性控制、持续堆芯冷却、核裂变产物屏障的完整性是核电厂有别于其它常规电厂的重要特性。其特征为：
① 实施可能引起堆芯反应性变化的活动时应格外谨慎。
② 对专设安全设施功能的维持给予特别关注。
③严守设计和运行的安全裕度，只有慎重考虑后方可改变。特别关注维持裂变产物屏障的完整性和纵深防御的功能。
④ 精心维护设备，使其性能在设计要求范围内。
⑤ 核电厂的日常活动和变更要考虑概率风险分析的结论。
⑥ 核电厂活动受全面的高质量的过程和程序控制。
⑦ 员工熟练掌握适合于工作岗位的反应堆及核电厂的基础知识，为可靠决策和良好行为打下坚实的基础。
⑧ 工程建设，今天的工程质量就是明天的核安全。

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