2011年3月11日日本福岛第一核电站发生核事故后, 次日日本经济产业省原子能安全保安院按《国际核和辐射事件分级表》 (简称INES) ^[1]将此次事故初步定为4级。3月18日上调至5级, 相当于1979年美国三哩岛核电站事故的等级。4月11日日本原子能安全委员会发布的初步数据表明, 某些监测点的放射性强度已达到7级国际标准, 4月12日日本经济产业省原子能安全保安院宣布将此次事故等级上调至INES的最高等级-7级, 相当于1986年前苏联切尔诺贝利核电站事故的等级^[2]。本文的目的是介绍INES的有关内容。

1 历史背景

1990年国际原子能机构(IAEA)和经济合作及发展组织核能机构(OECD/NEA)开发了一份《国际核事件分级表》 (简称INES), 旨在就核设施发生的事件安全方面的意义进行信息交流。1992年扩展用于由放射性物质和/或辐射引起的任何事件。2001年发表了INES用户手册^[3], 以澄清INES的用途并改进与运输和核燃料循环有关的事件的分级。按照INES成员国的要求, 2008年IAEA和OECD/NEA秘书处共同编制了一份完整的手册, 名称扩展为《国际核和辐射事件分级表》 (仍简称INES) ^[1], 为与辐射源和放射性物质运输有关的任何事件提供补充指南, 提供了55个实例。此外, IAEA还建立INES信息交流网, 可从60多个会员国的INEA官员获得和转播关于发生的事件和相应的分级信息。

2 适用范围和一般描述

INES(2008)的内容含包括射线照相等工业应用、辐射源在医院中的应用、核设施的活动, 以及放射性物质的运输等广泛的实践。其目的是以协调、前后保持一致的方式迅速向公众通报有关核和辐射事件的安全意义, 它有利于在科技界、媒体和公众之间就民用事件的安全意义取得共同的理解。在国际交流方面, 它可利用IAEA非正式的报告系统就2级或2级以上的事件、或引起国际公众兴趣的事件进行交流。可以先给出临时定级, 日后再提供最终定的级别。

INES不用于保安相关事件或故意使人受到辐射照射的恶意行为的定级, 不交流监管控制系统必须包括的范围, 不用于要求用户就事件向监管部门或公众报告, 不取代在任何国家正式的应急安排中已使用的良好准则, 不应与应急状态分级系统相混淆, 不应作为确定应急响应行动的基础, 也不适合用于比较设施、组织或国家之间的安全实绩。它仅用于迅速向公众通报有关辐射源事件的安全意义。

事件共分为7级。4~7级为"事故", 1~3级为"事件", 没有安全意义的事件为"分级表以下或0级", 与辐射或核安全方面无关的事件不在其中分级。为了与公众就事件进行信息交流, 按严重程度, 对INES每一级均给予一个明确的词头, 它们依次是: "异常"、"一般事件"、"重大事件"、"具有范围有限的事故"、"具有范围较大的事故"、"重大事故"和"特大事故", 每增加一级, 严重程度将增加大约一个数量级。

确定每个事件的级别, 需要从三个方面来考虑, 它们是:人和环境、设施的放射屏障和控制、纵深防御。从"人和环境"考虑, 涉及2~7级; 从"设施的放射屏障和控制"考虑, 涉及2~5级; 从"纵深防御"考虑, 涉及1~3级。事件的最终定级要综合考虑这三个方面的情况。

3 主体内容 3.1 人和环境 3.1.1 一般准则

由"人和环境"确定级别的一般准则如下。7级-放射性物质大量释放, 具有大范围健康和环境影响, 要求实施所计划的长期的应对措施; 6级-放射性物质明显释放, 可能要求实施所计划的应对措施; 5级-放射性物质有限释放, 可能要求实施部分所计划的应对措施; 或者, 辐射造成多人死亡; 4级-放射性物质少量释放, 除需要局部采取食物控制外, 不太可能要求实施所计划的应对措施; 或者, 至少有1人死于辐射; 3级-受照剂量超过工作人员法定年限值的10倍; 或者, 辐射造成非致命确定性健康效应(例如烧伤); 2级-1名公众成员的受照剂量超过10mSv; 或者, 1名工作人员的受照剂量超过法定年限值。

3.1.2 基于放射性物质释放量

对人员造成实际后果进行分级最简单的方法是根据受照剂量, 但对于事故, 它并不适合于解决后果方面的全部问题。对INES 4~7级, 它的分级是基于事件所释放的放射性物质的量; 此处, 引入了"放射学当量"的概念, 这是以¹³¹I的太贝可(TBq, 即10¹²Bq)为当量并利用转换因子来确定其他同位素将产生同等水平有效剂量的当量水平。INES用户手册给出了³H、³²P、⁵⁴Mn、⁶⁰Co、⁹⁰Sr、¹⁰⁶Ru、¹³²Te、¹³⁴Cs、¹³⁷Cs、¹⁹²Ir、²³⁵U、²³⁸U、U_天然、²³⁹Pu、²⁴¹Am等核素的转换因子, 最小是³H-0.02, 最大是²³⁹Pu-10 000;惰性气体可忽略不计, 转换因子为0。

基于向环境释放的活度(相当于1 TBq ¹³¹I的倍数)来确定事件级别的准则是: 7级: > 30 000, 6级: 3000~30 000, 5级: 300~3000, 4级: 30~300。

从放射源分散释放的同位素活度> 2500倍D₂值的事件被定为5级, 释放的同位素活度为250~2500倍D₂值的事件被定为4级。D₂值是指"源中某一种放射性核素的活度, 如果不加控制并且已扩散, 很可能导致引起严重确定性健康效应的紧急情况。" INES用户手册的附件III给出了33种放射性核素的D₂值。D₂值也可自文献[4]查到。

3.1.3 基于个人受照剂量

当有1个人受到照射时, 评定最低级别的准则是:发生或可能发生致命的确定性效应-4级; 发生或可能发生非致命的确定性效应, 或者有效剂量超过工作人员年剂量限值10倍-3级; 1名公众成员有效剂量超过10 mSv, 或者1名工作人员超过年剂量限值-2级; 1名公众成员有效剂量超过年剂量限值, 或者1名工作人员超过剂量约束值, 或1名工作人员或公众成员累积照射超过年剂量限值-1级。

当考虑受到照射人数时, 对不会造成或不大可能造成确定性效应的照射, ≥10人或≥100人, 则分别提高1个或2个级别; 已经造成或很可能造成确定性效应的照射, ≥3人或≥30人, 则分别提高1个或2个级别。

3.2 设施的放射屏障和控制 3.2.1 一般准则

以下准则适用于经批准的有场区边界的设施内发生的事件, 它见于有可能(但是可能性不大)发生5级或更高级别的放射性物质释放事件的大型设施。这类事件或是由于防止大量释放的主要屏障发生严重损坏, 或者是, 此主要屏障完好无损, 但在处理大量放射性物质的设施内发生了重大的放射性物质溢出或剂量率剧增事件。污染的严重程度可用放射性散布的数量或现场的剂量率来衡量。

由"设施的放射屏障和控制"确定INES级别的一般准则如下。5级-反应堆堆芯严重损坏, 或者由于重大临界事故或火灾使放射性物质在设施范围内大量释放, 公众受到明显照射的可能性大; 4级-燃料熔化或损坏造成堆芯放射性总量释放超过0.1%, 或者放射性物质在设施范围内明显释放, 公众受到明显照射的可能性高; 3级-运行区中的照射剂量率超过1Sv/h, 或者设计中未考虑的区域内严重污染, 公众受到明显照射的可能性小; 2级-运行区中的辐射水平超过50mSv/h, 或者设计中未考虑的区域内的设施受到显著量放射性物质的污染。此处, "显著量"解释为: ①相当于10TBq⁹⁹ Mo的液态放射性物质泄漏量; ②除了表面和空气污染水平超过运行区允许水平的10倍外, 固态放射性物质泄漏量相当于1 TBq ¹³⁷Cs; ③厂房空气中气态放射性物质泄漏量相当几十GBq¹³¹ I。

3.2.2 设施内污染物放射学当量的换算

不同物态(空气、固体、液体)污染物的放射学当量是基于不同的放射性核素来换算的, 空气基于¹³¹I, 固体基于¹³⁷Cs, 液体基于⁹⁹Mo。INES (2008)给出了³H、³²P、⁵⁴Mn、⁶⁰Co、⁹⁰Sr、⁹⁹Mo、¹⁰⁶Ru、¹³¹I、¹³²Te、¹³⁴Cs、¹³⁷Cs、¹⁹²Ir、²³⁵U、²³⁸U、U_天然、²³⁹Pu、²⁴¹Am等17种核素的放射学当量乘数。类同于3.1.2节放射性物质释放量的放射学当量转换因子, 最小是³H-0.002 (空气)~0.03 (液体), 最大是²³⁹Pu-3000(空气)~57 000(液体)。3种物体中, 固体的放射学当量乘数居中, 约为空气的1.5~2.0倍。

3.3 在运输和辐射源事件中的纵深防御

确定此类事件的最大可能后果是依据源的类别和所处的情况。当源为1类(1 000 ≤ A/D)、2类(10≤ A/D < 1000)、3类(1 ≤A/D < 10)、4类(0.01≤ A/D < 1)时, 对情况一(一种实践的所有安全措施失效), 其最高级别依此为5、4、3、2级; 对情况二(使用纵深防御准则), 其最高级别依此为3、2、2、1级。此处, A是放射源的活度, D是被视为"危险源"的某一核素的最小活度。INES用户手册的附件III给出了33种放射性核素的D值。D值也可自文献[4]查到。

在此基础上, 依据安全措施的有效性, 对上述的最高级别加以调整。所谓"安全措施的有效性"是从三方面考虑, 计:安全文化的意义, 涉及的放射源、装置或运输货包是否找到, 以及安全措施功能减退的情况。

3.4 动力堆带功率运行事件中的纵深防御

纵深防御是大型核设施设计和运行的根本, 它可提供多层保护, 以防止放射性物质释入环境。核电厂的基本安全功能有三个方面, 一是控制反应性或工艺条件, 二是冷却核燃料, 三是用安全壳控制放射性。INES的定级程序分三步, 第一步确定已发生的始发事件, 第二步确定该始发事件所属的频度类别, 第三步确定应对该始发事件的安全系统功能的可运行性类别。

"始发事件"是指挑战安全系统并要求它们发挥作用的一种偶发事件, 它可导致偏离正常运行状态并挑战一项或多项安全功能。在安全分析中, 它被用于评价所安装的安全系统的适当性。按发生的频度将始发事件分为4类, 即: 1类-预期的(在电厂运行寿命期间预期会发生一次或多次, 即> 10^-2/a)、2类-可能的(没有预料到、但在电厂寿命期间预期频度在10^-4~10^-2/a)、3类-不大可能的(在设计电厂时考虑过的、其频度可能≤10^-4/a)、4类-超设计基准的(频度非常低的, 通常不包括在电厂的常规安全分析中)。INES(2008)给出了5种类型动力堆(压水反应堆、沸水堆、CANDU加压重水堆、RBMK反应堆、气冷堆) 1~3类始发事件的情景, 各类情景数为2~ 16。

按满足要求的程度, 将安全系统功能的可运行性分为4类: A类-完全满足要求, B类-满足运行的最低要求, C类-刚刚满足要求, D类-不满足要求。依据始发事件频度类型和安全系统功能可运行性的满足要求程度, INES(2008)对真实的始发事件或不真实的始发事件分别给出了它们各自的INES级别。然后考虑附加因素调整原级别。

3.5 特定事件中的纵深防御

此处的"特定事件"是指发生在燃料循环设施、研究堆和加速器中的所有事件, 发生在涉及生产和配送放射性核素或使用1类源的设施中与安全措施失效相关的事件, 以及发生在反应堆厂区内的许多事件。

对这类事件分3步来确定事件的级别, 第1步根据最大的可能放射学后果确定事件级别的上限, INES(2008)给出了7种情况的最大可能后果的INES级别, 它们是: ①有入口联锁装置的小室; ②小型研究堆(≤1 MW); ③动力堆停堆期间; ④后处理设施和加工处理钚化合物的其他设施; ⑤铀燃料制造和浓缩设施; ⑥加速器; ⑦辐照装置。第2步考虑可用的安全措施(硬件和行政管理措施)数目及其有效性, 即剩余的安全层数, 由此来确定基本定级。第3步考虑是否根据附加因素(共因故障/规程不完备/安全文化问题)来提高基本定级后最终定级; 此时, 应注意, 考虑所有的附加因素后也只能提高1级, 不要重复计入, 不能将级别提高到超过3级。

4 实例

INES(2008)共给出了55个实例来讨论上述5个方面分级的依据和步骤。此外给出了2类真实事件的定级实例。

4.1 真实的核设施事件 4.1.1 人和环境

7级-1986年前苏联切尔诺贝利(Chernobyl)事故, 广泛的健康和环境影响, 向外界释放了相当大份额的反应堆堆芯存量。6级-1957年前苏联克什特姆(Kyshtym)事故, 高放废物罐发生爆炸导致向环境释放了大量的放射性物质。5级-1957年英国温茨凯尔(Windscale)反应堆事故, 堆芯起火后向环境释放了放射性物质。4级-1999年日本东海村(Tokaimura)核设施临界事件, 工作人员受到致命照射。2级-阿根廷阿图查(Atucha)。动力堆工作人员受到超年限值的过量照射。

4.1.2 放射性屏障和控制

5级-1979年美国三哩岛(Three Mile Island)反应堆事故, 堆芯遭到严重破坏。4级-1980年法国圣洛朗(Saint Laurent des Eaux)反应堆事故, 堆内的一个燃料通道发生熔化, 未向厂区外部释放放射性。3级-2005年英国塞拉菲尔德(Sellafield)装置释放大量放射性物质。2级-1993年法国卡达拉奇(Cadarache)核设施, 污染扩散到一个设计未考虑的的区域中。

4.1.3 纵深防御

3级-1989年西班牙班德洛斯(Vandellos), 由火灾引起的险发事故, 导致核电站安全系统失效。2级-2006年瑞典福什马克(Forsmark), 由于核电厂应急供电系统出现共因故障, 导致安全功能减退。

4.2 真实的辐射源相关事件 4.2.1 人和环境

5级-1987年巴西戈亚尼亚(Goiȃnia), 1个破裂的高放¹³⁷Cs废弃源导致4人死亡, 6人受到几Gy吸收剂量的照射。4级-2006年比利时弗勒吕斯(Fleurus), 1座商业辐照设施的1名工作人员受到高剂量照射出现严重健康效应。3级-1999年秘鲁亚南戈(Yanango), 射线照相源发生事件, 造成人员严重的辐射烧伤。2级-2005年美国。1名射线照相师受到超年限值的过量照射。

4.2.2 纵深防御

3级-1999年土耳其伊其特里(Ikitelli), 一枚高放⁶⁰Co源丢失。2级-1995年法国, 加速器设施的出入控制系统发生故障