近年来, 随着我国经济社会的高速发展, 能源需求正在迅速增长。核能作为一种清洁高效的能源, 对于保障我国能源安全有重要意义。根据国家《核电中长期发展规划(2011-2020年)》, 到2020年我国核电总量将达到建成5800万kW, 在建3000万kW; 届时将约有50余个机组, 装机容量占全国发电总装机总量的5%[1]。然而, 核能是一把"双刃剑", 它在造福人类的同时, 时有发生的核事故威胁着人民的生命健康和安全[2]。为避免和减少核事故对场外公众的危害, 最大限度的减少核事故造成的损失, 保护场外公众的健康和安全, 减小或避免公众受到过量辐射的危害, 根据国家相关规定, 需要在核电厂外围建立应急计划区, 以便在核事故发生时能及时有效实施救援和防护行动。
应急计划区是指在核电厂周围建立的, 制定有核事故应急计划、并预计采取核事故应急对策和应急防护措施的区域[3]。我国在1999年颁布的国家标准中就规定, 在核电厂周围应建立烟羽应急计划区和食入应急计划区[4], 2008年对该标准进行了修订[5], 维持了设置这两种应急计划区的规定。世界范围内, 随着近些年来核能核技术利用的快速发展, 核和辐射事故时有发生[6], 国际上对核事故应急处置方面的研究也在不断深化。国际原子能机构(IAEA)为此颁布了一系列安全标准和一套名为"应急准备与响应"(EPR)的技术丛书, 用于指导各国加强核和辐射事故应急准备与响应能力。其中IAEA安全系列No.GS-G- 2.1《核和辐射应急准备安排》[7]和IAEA EPR系列《建立核和辐射应急响应安排的方法》[8]等文件中规定, 需在核设施外围建立预防行动区和紧急防护行动计划区等场外应急计划区, 以便在紧急情况发生时可以迅速作出决定并有效实施场外防护行动。2013年国际原子能机构在总结以往事故(特别是2011年福岛核事故)应急响应经验教训的基础上, 发布了名为《轻水堆严重工况应急中保护公众的行动》[9]的技术文件, 增加和细化了对核和辐射事故场外应急计划区设置的要求。本文根据国际原子能机构的最新技术报告并结合我国的具体情况, 分析核事故场外应急计划区的类型和设置方法, 为我国今后对相关标准的修制订工作提供参考。
1 国内、国际相关标准进展1999年我国颁布了核电厂场外应急计划区的划分标准-GB/T 17680.1-1999核电厂应急计划与准备准则应急计划区的划分。该标准规定在场外需设置烟羽应急计划区和食入应急计划区。烟羽应急计划区是指针对烟羽照射途径而建立的应急计划区。这种应急计划区又可以分为内、外两区; 在内区做好能在紧急情况下立即采取撤离等紧急防护措施的准备, 大小一般为半径3~5 km; 外区大小一般为半径7 ~10 km。食入应急计划区是针对食人照射途径而建立的应急计划区。但食品和饮水控制通常不属于"紧急"防护对策, 一般情况下允许根据事故释放后所进行的监测与取样分析来确定该区的实际范围与具体对策。2008年, 我国对GB/T 17680.1进行了修订, 发布了GB/T 17680.1-2008核电厂应急计划与准备准则第1部分:应急计划区的划分。修订后的标准大部分继承了原标准中对应急计划区设置的规定, 但丰富和细化了在应急计划区内应采取的应急防护措施等规定。
2003年国际原子能机构发表了属于"应急准备与响应"系列中的《建立核和辐射应急响应安排的方法》 (EPR-METHOD)[8]的文件。该出版物建议在核设施外围设立预防行动区、紧急防护行动计划区和食品限制计划半径。对于功率大于1000 MW的反应堆, 该出版物建议的三种计划区的半径分别为3~5 km、25 km和300 km; 对于功率为100~1000 MW的反应堆, 该出版物建议的三种计划区的半径分别为0.5~3 km、5~25 km和50~300 km。
2007年国际原子能机构又发表了安全标准系列No.GS-G-2.1出版物[7]。在这份名为《核和辐射应急准备安排》的安全导则中, 再次明确在核设施场外需设置预防行动区(针对热功率大于100 MW的反应堆)和紧急防护行动计划区。作为一份安全标准, 它所规定的两种应急计划区的半径值与上述技术手册(《建立核和辐射应急响应安排的方法》)中所推荐的半径值相同。
2013年, 国际原子能机构在总结包括2011年福岛核事故在内的以往事故应急经验的基础上, 发布了名为《轻水堆严重工况应急中保护公众的行动》[9]的技术手册。相比以前发表的导则和文件, 这份文件增加和细化了对核或辐射紧急情况场外应急计划区设置的要求, 与IAEA安全标准系列No.GS-G-2.1出版物以及EPR-METHOD文件相比, 该出版物调整了设置预防行动区和紧急防护行动计划区的大小要求, 增加了"扩展计划距离"以及"食入和商品计划距离两类应急计划距离。这些调整是基于新的采取预防性紧急防护行动和早期防护行动的剂量通用准则[10]、更加完善的模拟计算结果以及以往紧急情况应急中的实际经验。
2 场外应急计划区的类型及设置设置场外应急计划区和应急计划距离是为了用来确保在核或辐射紧急情况发生时可以迅速有效地在场外开展防护行动和其他响应行动以尽可能避免或减少公众的受照剂量。在核设施场外应设置四类区域:预防行动区、紧急防护行动计划区、扩展计划距离以及食入和商品计划距离。
2.1 预防行动区设置该计划区的目的是在烟羽释放开始前就启动防护行动和其他响应行动, 以避免场外人员出现严重确定性效应。预防行动区的边界设置应考虑可以在最短时间内完成撤离。除此以外, 应事先做出安排来保护在此区域内不能立即完成撤离的特殊设施(如医院、护理机构和监狱等)。
2.2 紧急防护行动计划区设置该计划区的目的是在烟羽释放开始前或开始后很短的时间内启动防护行动和其他响应行动, 但注意这些行动不应影响在预防行动区内采取的紧急防护行动。如果紧急防护行动计划区内人员的撤离与预防行动区内人员的撤离存在冲突, 应首先撤离预防行动区内的人员, 紧急防护行动计划区内的人员可先采取隐蔽等措施, 再行撤离。
2.3 扩展计划距离该区域在应急准备阶段就应做出安排, 当核设施宣布进入总体应急(场外应急)时: ①指导公众减少意外摄入; ②对地面沉积物进行剂量率监测以确定"热区"(放射性物质浓度较高的区域), "热区"内的人员应在1天内撤离或在1周到1月内进行避迁。从预防行动区和紧急防护行动计划区内撤出的需特殊照料的人员(如病人)应撤离到扩展计划距离以外, 以免需要二次撤离。
2.4 食入和商品计划距离该区域在应急准备阶段就应做出安排, 当核设施宣布进入总体应急(场外应急)时:①将该区域内放牧动物的饲料替换为受保护(有覆盖物)的饲料; ②保护直接收集使用雨水的饮用水供应(如切断雨水收集管道); ③限制消费当地产的非必需食品、野生产品(如蘑菇)、放牧动物的奶以及动物饲料; ④在进行进一步评估前停止经销当地商品; ⑤收集和分析当地产品、野生产品(如蘑菇)、放牧动物的奶、动物饲料和商品的样品, 以确定限制措施是否适当。
各类应急计划区和应急计划距离的半径推荐值见表 1。注意该表内的推荐值只作为初始值, 应根据特定核设施的设计、应急情况和当地条件对其进行调整。确定这些应急计划区的范围大小是根据:①可能释放的放射性物质种类; ②各种防护措施的有效性; ③释放的放射性物质在大气中的扩散行为。表 1中推荐的半径值是根据国际原子能机构No.GSG-2出版物[10]中规定的避免或减少确定性效应以及减少随机性效应风险的剂量通用准则制定的。
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表 1 应急计划区半径推荐值 |
表 2列出了计算预防行动区和紧急防护行动计划区初始半径值的剂量准则。这一准则考虑了公众中最敏感的成员(如孕妇)。由于预防行动区设置的目的是实质减少确定性效应的发生, 所以它所使用的剂量准则是防止确定性效应发生的预期剂量值。在进行预防行动区半径大小计算时, 要考虑吸入、烟羽外照射和1日内由地面沉积物造成的外照射三种照射途径。对于孕妇, 还要考虑由于吸入放射性核素造成胎儿所受的内照射剂量。由于紧急防护行动计划区设置的目的是实质减少随机性效应的风险, 所以它所使用的剂量准则是防止随机性效应发生的预期剂量值。在进行紧急防护行动计划区半径大小计算时, 主要考虑由吸入造成的放射性内污染所致剂量。两类计划区半径的计算结果[9]即为表 1中所列值。
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表 2 确定应急计划区半径的剂量准则 |
表 3列出了实施避迁以及对食品和水的消费进行干预等早期防护行动的剂量通用准则。制定扩展计划距离半径和食入和商品计划距离半径时主要依据这些准则。设置扩展计划距离主要是为了在这一区域内进行监测并确定"热区", 从而开展避迁行动, 防止生活在其中的人员受照剂量超过表 3中所列通用准则。设置食入和商品计划距离主要是为了对食品和商品进行监测并限制消费, 防止公众由于消费当地产品而受到的剂量超过表 3中所列通用准则值。福岛核事故经验表明, 当堆芯有3%的放射性碘[11]释放到大气以后, 需要限制食品消费的距离可能超过200 km[9]。计算结果[9]表明, 假设消费的食品中有10%是受污染的本地产绿叶菜或本地放牧动物的奶, 则距离事故核设施300公里处的居民所受的内污染剂量有可能超过表 3中所列通用准则值。基于这些计算结果和应急经验, 食入和商品计划距离根据反应堆功率不同推荐为100~300 km (见表 1)。
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表 3 为减少随机性效应实施早期防护行动的剂量通用准则 |
我国现行的关于核电厂场外应急计划区划分的国家标准GB/T 17680.1-2008[5]中规定:计算事故通过烟羽照射途径使公众可能受到的预期剂量和采取特定防护行动后可防止的剂量, 估计可能被污染的食品和饮用水的污染水平, 将所得到的剂量数据和污染水平与GB 18871所规定的通用优化干预水平或行动水平进行比较, 确定应急计划区的范围大小。这里提到的国家标准GB 18871-2002《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》[12]是2002年发布的, 它制定的主要依据是1996年国际原子能机构发布的安全系列No. 115号出版物《国际电离辐射防护与辐射源安全基本标准》[13]。国际原子能机构的这一基本标准已被其2011发布的IAEA安全系列No.GSR part 3《国际电离辐射防护与辐射源安全基本标准(暂行版)》[14]所取代, 但是目前我国尚未对GB 18871标准进行修订。GB 18871中规定的通用优化干预水平或剂量行动水平(依据IAEA安全系列No.115号出版物中的规定制定)在IAEA最新的标准中已被剂量通用准则所取代, 其具体规定的剂量限值存在差异。例如在新的剂量通用准则中增加了胎儿10小时内受照的剂量限值0.1 Gy。再比如, 撤离的通用优化干预水平是一周时间内可防止的剂量为50 mSv, 但是剂量通用准则中是一周时间内预期剂量为100 mSv。需要指出的是, 目前国际原子能机构最新技术手册中给出的确定应急计划区范围的依据是2011年新基本标准中给出的剂量通用准则。而我国现行确定应急计划区划分的国家标准还没有采用这一新的剂量通用准则。所以建议尽快对GB 18871进行修订, 采用国际上最新的剂量通用准则, 以使确定应急计划区范围的方法更加科学。
在国际原子能机构IAEA的最新技术手册中, 将应急计划区或应急计划距离划分为四类。我国的国家标准GB/T 17680.1-2008则将应急计划区分为两类。对比两种划分方法, 可以看出, 我国标准中的烟羽应急计划区大致相当于IAEA文件中的预防行动区和紧急防护行动计划区, 其中我国规定的烟羽应急计划区内区半径为3~5 km, 与IAEA规定的预防行动区半径3~5 km一致, 我国规定的烟羽应急计划区外区半径7~10 km, 比IAEA规定的紧急防护行动计划区外区半径15~30 km要小。这可能是考虑到我国的实际情况(人口稠密), 应急计划区设置的范围不宜过大, 否则会带来不合理的经济负担。但是从日本福岛核事故应急的经验来看, 其实施撤离的范围是距离核电站半径20 km的区域[15], 实施稳定碘预防的范围也为距离核电站半径20 km的区域[16]。为保护公众免受过量辐射的危害, 同时避免由于烟羽应急计划区设置的范围过大而造成不合理的经济负担, 折中方案是可以设置类似IAEA文件中建议设置的扩展计划距离这样的区域。在这一区域内可先不采取撤离、服用稳定性碘等紧急防护措施, 而是对地面沉积物开展监测, 以确定其是否超过操作干预水平[10], 如果超过, 再实施撤离等紧急防护措施。
在我国的《国家核应急预案》中规定食入应急计划区的半径为30~50 km, 而IAEA发布的文件中建议食品限制计划距离或食入和商品计划距离的半径为50~300 km[8]或100~300 km[9]。这是考虑了切尔诺贝利核事故最终造成由于食入核电厂外300 km处放牧动物的奶而使甲状腺癌发病率出现可探测到地增加[17]。此外, 福岛核事故也造成在核电厂外200 km处采取食品限制措施[8]。鉴于以上事故应急经验, 建议我国可以根据核电厂反应堆功率和核电厂周围地理环境(人口密度和分布特征等), 基于代价利益分析, 适当扩大食入应急计划区的半径, 以避免核事故后辐射诱发癌症的发病率有统计学意义上的增加。
综上所述, 为确保在核事故应急中最大程度地减少公众受到过量辐射的危害, 需在核设施周边设置不同类型的应急计划区。本文通过对国际、国内关于应急计划区设置标准的研究, 特别是对2013年国际原子能机构发布的最新应急技术手册《轻水堆严重工况应急中保护公众的行动》的分析, 并结合我国的实际情况, 探讨核事故场外应急计划区的类型和设置目的与方法, 为我国今后对相关标准的修制订工作提供参考。
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