环境监测准备与响应探讨

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摘要: 核电厂发生堆芯融化事故后，就进入严重事故状态。严重事故情况下，核电厂会发生堆芯失去冷却、堆芯融化、压力边界失效、放射性物质向环境释放的情况。由于期间环境烟羽扩散方向不稳定，污染区域扩散广，核电厂需要开展快速响应。本文介绍了 IAEA 推荐的应急行动分区和防护行动 , 并详细介绍了事故早、中、晚期时段的污染风险、应急环境监测任务和行动，对严重事故情况下核电厂应急环境监测工作准备与响应进行了详细探讨。严重事故情况下，核电厂应基于堆芯状况，减少对评价系统和会议决策的依赖性，优先在所有周边区域采取防护行动，降低人员辐射危害，尽可能保证公众的健康和安全。

关键词：严重事故；应急环境监测；应急防护行动

一、严重事故进程分析

目前世界上核电厂类型主要是轻水堆，压水堆占 60%，沸水堆占 20%。核电厂运行阶段分为运行状态（正常运行、预期事件运行）和事故状态（设计基准事故、超设计基准事故），堆芯融化即进入严重事故情形。堆芯严重事故一般发生在 2 个位置：反应堆堆芯和乏燃料水池。核电厂燃料事故进程分为 4 个阶段，分别为初始燃料损坏、堆芯融化迁移、一回路压力边界失效、反应堆失控。随冷却剂失效，温度上升，堆芯发生了很大的变化。设计基准和超设计基准事故阶段，堆芯温度为～ 300℃ -1200℃，危害局限于燃料芯块破裂，燃料包壳氧化率低，800℃时控制棒发生融化，这个阶段堆芯几何依旧维持；严重事故阶段，堆芯温度大于1200℃，此时燃料芯块破裂氧化产生的热量大于衰变热，产生高能氢气，堆芯发生融化；温度高于 1400℃时，发生锆水反应；温度大于 1800℃时，堆芯与反应堆底部混凝土反应，融化并穿透反应堆。从堆芯失去冷却剂开始，大约 20 ～ 40 分钟，即可发生堆芯融化，压力边界失效，放射性物质大量向环境释放的事故发生。因此，严重事故情况下，进程发生时间快、破坏影响力大，需要尽快执行应急防护行动。

二、严重事故情况下应急环境监测工作准备和响应

（一）严重事故情况下环境和应急行动特性环境烟羽扩散方向不稳定。IAEA 对烟羽扩散和风向跟踪进行了一定研究，在扩散过程中，烟羽难于探测和跟踪。同一时间不同高度的风向是动态变化的，因此烟羽扩散没有固定的下风向，见图 1。而且 IAEA 对福岛核事故不同方位，不同距离和时间剂量率的变化，进行了调查，沉降区域剂量率水平影响也证实了这一点。在烟羽沉降过程中，降雨是最大的影响因素，沉积易造成当地剂量水平的升高。核事故污染扩散区域广。切尔诺贝利核事故污染扩散区域远达 300km，食品、牛奶和饮用水需要在大范围的面积内进行限制（降雨因素影响严重）。IAEA 食入限制区范围为300km，并建议此范围内进行食物的全面控制。热点不断出现和行动。在屋槽、低洼、排水沟、树叶上等会出现高剂量率的热点，而且同一个监测位置，监测数据差别可能会很大，具有很高的不确定性。需要仔细监测并识别潜在热点，超出控制标准的地区，需要进行地区出入限制，并对人员开展防护行动。应急防护行动的全方位开展。IAEA 对福岛核事故影响区域的分析得到，由于风向变化和烟羽沉积的不可预测性，剂量预测模型与实际沉积剂量数据会有很大差别，因此事故后果等相关评价，仅可作为应急行动建议参考。早期应急防护行动，应该尽早阻止确定性效应的发生和降低随机效应的风险，因此需要尽快在核电厂的全部方位的地区（除海域）开展紧急防护行动（服碘、撤离、隐蔽、食物限制等）。（二）IAEA 应急行动分区和防护行动推荐严重事故情况下，IAEA 应急行动区划分为 4 类，分别为预防行动区（PAZ-Precautionary Action zone）、紧急防护行动计划区（UPZ-Urgent protective action planning zone）、扩展严重事故情况下，应急防护行动过程有：第一阶段：PAZ 和 UPZ 区域人员在厂 / 家服用碘片；PAZ人员撤离到 UPZ 之外；ICPD 区域内进行食物和商品控制；通知 UPZ 人员准备撤离；第二阶段：UPZ 人员撤离到 UPZ 之外；病人撤离到 EPD之外；此时烟羽扩散沉降，EPD 部分区域需要进行人员撤离；第三阶段：对 EPD 区域进行监测和取样分析，验证超标准区域并执行人员撤离；第四阶段：监测和取样分析结果，若超过 OIL2 操作干预水平，验证超标准区域并执行人员撤离。（三）严重事故下应急环境监测工作探讨核电厂事故按照辐射风险来源和监测任务，分为早中晚三个阶段。①事故早期为从出现明显的放射性物质释放的先兆到开始释放后的几个小时。该阶段主要环境辐射风险来源于放射性烟羽外照射和放射性吸入内照射，监测范围一般不超过核电厂 5km。事故早期应急环境监测任务如下：确定烟羽特征，如方向、放射性水平以及随时间和空间的变化；核实辐射后果评价结果；关键区域的污染评价。②事故中期为从放射性物质开始释放后的几小时到几天或几周。在中期阶段，大部分的放射性物质已经沉积于地面，同时放射性释放可能仍在持续，该阶段辐射危害主要来自烟羽放射性外照射、地面沉积外照射、放射性物质的吸入以及污染食品和水的摄入造成的内照射。该阶段环境监测任务的重点对下风向污染区空气、水、食物进行监测。事故后期（恢复阶段）为从事故中期以后可能延伸几周甚至几个月或若干年。③事故后期阶段核电厂放射性释放已经停止，但照射途径基本同于事故中期，主要是地面沉积外照射和食入、吸入放射性造成的内照射。事故后期应急环境监测任务在于确定整个事故释放所造成的污染水平及范围，事故后期环境监测数据为决定去污范围、是否采取避迁或永久再定居等中长期防护措施、或是否解除防护措施、恢复到正常状态等提供依据。严重事故情况下，事故进程快、严重且复杂，应急环境监测工作，需要针对性的进行相关调整：①严重事故早期，在机组不可控制和预测情况下，核电厂应优先由运行操作员，根据堆芯状况等级决定应急防护行动。早期环境监测工作应在机组状态可控情况下全方位开展；重点参考核电厂气象与辐射监测系统和核电厂监督性监测系统的实时监测数据，以及 DCS（数据采集系统）/KNS（实时信息监控系统）实时显示机组状态参数，为应急行动提供相应建议。②严重事故中期，要全方位开展取样监测工作。特别要关注车载巡测、航测、环境取样监测过程中发现的热点，并根据现场情况和操作干预水平修正采取紧急的防护行动。③严重事故后期，也要全方位开展取样监测工作。环境监测数据为决定去污范围、是否采取避迁或永久再定居等中长期防护措施、或是否解除防护措施、恢复到正常状态等提供依据。本阶段需要对热点区域进行去污，还应重点关注和跟踪核辐射对陆地、海洋的污染影响。④严重事故中，还可能叠加海啸、地震等自然灾害，造成部分监测站点故障失效，环境实验室不可久留无法开展监测等。此时，则需要应急环境人员布放移动组网系统替代监测，并由事故协议核电厂开展支援监测分析。

三、结论及建议

严重事故情况下，核电厂需要针对严重事故情况事故进程、环境和应急行动特性，做好应急准备和响应，以降低辐射危害可能性，尽可能保证公众的健康和安全，相关结论与建议有：（一）核电厂严重事故情况下，由于堆芯损失状态、源项释放途径、释放时间、释放距离和烟羽扩散方向都是无法预测的，因此核电厂应优先由运行操作员，根据堆芯状况优先在所有周边区域采取防护行动。同时建议国家核应急相关部门，参考 IAEA 严重应急事故应急行动分区，统筹考虑合适严重事故情况下的应急行动分区，以便事故时及时开展防护行动。（二）严重事故情况下，由于评价系统的不可模拟性，获取数据的有限性和时间的急迫性，核电厂应尽快采取应急防护行动，减少对评价系统和会议决策的依赖性。（三）严重事故情况下，事故早期烟羽扩散期间环境监测工作应在机组状态可控后再稳妥开展。此期间，主要依据核电厂辐射与气象监测系统和核电厂监督性监测系统的监测数据，为应急防护行动提供参考建议。（四）严重事故中后期，需要开展全面的应急环境取样、监测分析工作，并进行操作干预水平修正，为决定去污范围、是否采取避迁或永久再定居等中长期防护措施、或是否解除防护措施、恢复到正常状态等提供依据。

参文文献

[1]IAEA.Regionaltrainingcourseonemergencypreparednessandresponseinsevereaccidents[G].IAEA-WORKINGMATERIAL,2014.

[2] 刘刚 , 应急环境监测 .012-AB-P-MC-L19-103, 宁德核电有限公司 .2016.

[3]GB/T17680.8, 核电厂应急计划与准备准则 -- 场内应急计划与执行程序 [S].

[4]IAEA-TECDOC-1092, 核或辐射应急时通用监测程序 [S].

作者:刘刚 孙伟 单位:福建宁德核电有限公司