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。

　　英文關鍵詞是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，就是在各種設計工況下（包括設計基準工況和設計擴展工況）下，保證這三項基本安全功能能夠實現(xiàn)。與安全功能相關的系統(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，放射性物質釋放。

　　所以可靠的反應性控制是首先被關注的基本安全功能之一。

　?。?）包容放射性物質

　　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“包容”起來。

　　所以“包容放射性物質”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構材料、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，設計上重點關注在“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)。核電廠的安全相關構筑物、系統(tǒng)和設備主要是圍繞實現(xiàn)三項基本功能設計的，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筑物、系統(tǒng)和設備上。

　　出于對核電廠安全相關構筑物和設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”構筑物或設備）。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”。安全相關系統(tǒng)的設計也要滿足多重性、多樣性和獨立性等要求。

　　但是三項基本安全功能的設立并不平衡，可以用這樣的話來概括，即反應性控制是基礎，包容放射性物質是目的，而余熱排出是關鍵?？梢哉f余熱排出是核電廠最關鍵的安全功能，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)設計為“安全相關”。