核事故如何應急

第11章核事故應急

任何人類實踐活動都存在著發(fā)生事故的可能性，必然存在相應的事故應急問題。核反應堆事故事故地點和時間對環(huán)境的影響人員傷害情況溫茨凱爾(英國)1957.10.10向環(huán)境釋放的放射性核素為：740TBq的

131I、1.2PBq的133Xe、12TBq的106Ru和44TBq的137Cs。氣載放射性物質的擴散影響到歐洲大陸。反應堆周圍10～50km范圍短時間γ輻射水平達50μGy·h-1，部分地區(qū)牧草受污染?，F(xiàn)場居民最大劑量10mGy，倫敦兒童甲狀腺劑量0.8mGy。當?shù)鼐用窦谞钕偌w劑量當量負擔約為1.8×104人·Sv。26年后，當局認為可能有約260人因核事故誘發(fā)甲狀腺癌，有33人可能死于與事故有關的癌癥或引起先天遺傳性疾病或導致子女死亡。三里島（美國）1979.3.28向環(huán)境釋放的放射性核素為：2257TBq的88Kr、307000TBq的133Xe、500TBq的135Xe、1TBq的131I、90Sr和137Cs極小。152個空氣樣品中，8個樣品有微量放射性碘。牛奶樣品中的131I最高濃度為0.6～1.5Bq·L-1。土壤樣品與河水樣品未測出放射性碘。核電站周圍80km范圍內居民集體劑量負擔約為16～35人·Sv。個人平均劑量約15μGy，外照射個人最大劑量約0.85mGy。事故過程中，261名電站職工受到大于1mSv的全身照射，最高受照劑量38mSv；255名外來支援者中23人受照劑量大于1mSv，其中最高者為10mSv。切爾諾貝利（前蘇聯(lián)）1986.4.26熱氣團將堆芯中的大量放射性物質拋向1200m空中，然后水平傳輸。事故釋放出的放射性物質總量約12×1018Bq，放射性核素成分復雜，主要是碘和銫。事故釋放量的地區(qū)分配比例大致為：事故現(xiàn)場12%，20km范圍內51%，20km以外37%。在歐洲造成復雜的煙羽彌散徑跡，放射性物質沉降在前蘇聯(lián)西部廣大地區(qū)和歐洲國家，并有全球性沉降。在白俄羅斯16500km2、烏克蘭4600km2和俄羅斯8100km2的土地上，137Cs的污染水平超過185kBq/m2。在前蘇聯(lián)因核事故撤離的人員中，受照劑量超過50mSv的約10%，超過100mSv的約5%。生活在污染區(qū)的公眾其總的待積劑量(1986-2056年)估算值為80～160mSv。除前蘇聯(lián)外的北半球國家，事故后第一年的最高平均劑量為0.8mSv。參加應急處理的人員平均受照劑量約100mSv，最高達500mSv。事故中被認為患急性放射病而送入醫(yī)院的共237人，確診為不同程度急性放射病者134人，有28人死于急性放射病。事故遠期輻射效應表現(xiàn)為甲狀腺癌增加，在兒童中尤為明顯。放射性廢物貯存事故事件發(fā)生地和時間事件原因對環(huán)境的影響對公眾的影響烏拉爾南部克什特姆鎮(zhèn)，1957.8.29廢物儲存罐冷卻系統(tǒng)失靈，液體廢物干化，失控的物理化學反應引發(fā)嚴重爆炸事故，1m厚的混凝土廢物罐頂蓋被炸飛。大量放射性物質外流，嚴重污染了環(huán)境，釋放的放射性物質約54PBq，主要成分90Sr、137Cs、106Ru、144Ce，還有Pu和氚。放射性微塵污染面積達23000km2。事故發(fā)生后20天，居民區(qū)已收割的糧食、牧草及飲用水中放射性物質污染水平為：谷物29.6kBq/kg～4.44MBq/kg，青草59.2～740kBq/kg，牛奶0.37～96.2kBq/kg，水3.7～533.3kBq/kg。受影響人口達27萬(90Sr污染水平3.7GBq/km2)。事故最初8個月內每天隨口糧攝入體內的放射性裂變產物總量為：成年人74kBq～2.3MBq，7歲以下兒童(含幼兒)2.2kBq～1.1MBq。在污染區(qū)內未撤離的居民，在事故后12a內，其胃腸道累積受照劑量約0.021～21Gy，已撤離的居民，事故后30a的平均有效劑量為：胃腸道7～1500mSv，紅骨髓5～38mSv，肺1～27mSv。核武器事故

名稱地點和時間后果核武器試驗事故美國比基尼島，1954.3.11500萬t氫彈試驗，爆炸高度偏低及風向預報失誤，使核武器在距珊瑚礁表面7m處爆炸，造成爆區(qū)和下風向嚴重放射性污染。爆后96h內，能使人受到1Gy以上劑量照射的污染區(qū)長470km，寬100km，總面積達37000km2。海域內4個島上的239名居民和28名美軍受到0.14～1.75Gy的全身外照射，體內放射性核素污染量達28～110MBq。在比基尼島東側一艘日本漁船上的23名漁民受到持續(xù)5h的早期落下灰的污染，全身外照射劑量為2.7～4.4Gy，體內放射性核素污染量約56～463MBq，引起了中度和重度放射病。核武器運輸事故西班牙上空1966.1.172架攜帶核武器的飛機與加油機相撞，核彈墜落未發(fā)生核爆炸。1號核彈輕度受損，無放射性物質泄漏，2號核彈烈性炸藥爆炸，武器部件分散在6m深的彈坑內，地面有α放射性污染，3號核彈烈性炸藥爆炸，核彈碎片散落在457m范圍內，有明顯的放射性钚污染，4號核彈事故后在地中海找到，無損壞。兩枚化爆的核武器形成的放射性污染總面積為263hm2，有22300m2的土壤需刮除表層土壤，由西班牙運出的受放射性污染的土壤和蔬菜共1147m3。核電安全1、防止放射性物質外泄的四道屏障：

1）第一道屏障：燃料芯塊；核裂變產生的放射性物質98％以上滯留在二氧化鈾陶瓷芯塊中,不會釋放出來。

2）第二道屏障：燃料元件包殼管；燃料芯塊密封在鋯合金包殼內,防止放射性物質進入一回路水中。

3）第三道屏障：壓力容器和一回路壓力邊界；由核燃料構成的堆芯封閉在壁厚20厘米的鋼質壓力容器內,壓力容器和整個一回路都是耐高壓的,放射性物質不會漏到反應堆廠房中。

4）第四道屏障：安全殼。反應堆廠房是一個高大的預應力鋼筋混凝土構筑物,壁厚近1米,內表面加有6毫米厚的鋼襯,防止放射性進入環(huán)境.2、可靠的冷卻系統(tǒng)

該系統(tǒng)可保證反應堆在正常工作狀態(tài)或發(fā)生事故時將燃料發(fā)生的熱量帶走，避免燃料元件燒毀。燃料芯塊壓水式反應堆的核電站

切爾諾貝利核電站示意圖大功率壓力管式石墨反應堆

壓水反應堆核電站與切爾諾貝利核電站比較壓水堆核電站切爾諾貝利核電站在世界核電站中有一半以上使用，反應堆性能好，堆內無易燃物質。在低功率下性能不穩(wěn)定，堆內有大量的石墨，高溫時易燃。采用壓力容器結構，焊接和密封接頭較少。采用壓力管結構，堆內有1663根壓力管，接頭多。如一回路發(fā)生破裂，實現(xiàn)堆芯緊急冷卻較簡便。如一回路發(fā)生破裂，較難實現(xiàn)堆芯緊急冷卻。保護反應系統(tǒng)快保護反應系統(tǒng)慢有防止放射性物質外泄的堅固安全殼，它能承受設計事故硬壓力。只有部分一回路設備放在混凝土屏蔽層后，反應堆廠房不能承受內壓，不能防止放射物質外泄。11.1核事故與核應急11.1.1國際核事故分級制

IAEA和經(jīng)濟合作與發(fā)展組織核能機構(NEA/OECD)提出的國際核事件分制，依據(jù)場外影響、場內影響和縱深防御降級等三項準則，將核事故分為七個等級。

場外影響準則則適用于造成放射性核素向場外環(huán)境釋放的事件，其涉及的最高級(7級)相當于造成廣泛的公眾健康與環(huán)境影響的特大事故；最低級(3級)意味著極少最放射性核素釋放的事件。場內影響準則涉及的最高級(5級)意味著反應堆芯嚴重損壞；最低級(3級)意味著場內存在嚴重污染，工作人員受到過量照射。11.1.2核應急和應急狀態(tài)

為了有效地實施應急，必須對應急狀態(tài)作必要的分級，我國和IAEA將核電廠應急狀態(tài)分為以下四級。1、應急待命有關人員得到通知，進入準備應急的狀態(tài)。目的是提供執(zhí)行必要的應急響應的基礎，使運行人員作好準備。2、廠房應急應急狀態(tài)只限于場內部分區(qū)域，這些區(qū)域內的人員進入應急狀態(tài)，并通報場外有關應急機構。3、場區(qū)應急應急狀態(tài)僅限于場區(qū)內，場內人員進入應急狀態(tài)，并通報場外有關應急機構，必要時亦將部分進入應急狀態(tài)。4、場外應急應急狀態(tài)已超出場區(qū)邊界，執(zhí)行全部場內、外應急響應計劃。輕水堆核電廠應急狀態(tài)等級描述11.1.3核應急管理的方針和政策

我國核事故應急的方針：常備不懈，積極兼容，統(tǒng)一指揮，大力協(xié)同，保護公眾，保護環(huán)境。

政策：我國已批準的《及早通報核事故公約》、《核事故或輻射緊急提助公約》。同時積極采取有關國際組織提出的關于核事故應急的標準、導則和建議。11.2干預原則和防護措施11.2.1干預和干預原則

核事故對公眾造成的照射是一種具有發(fā)生概率但又不一定會發(fā)生的潛在照射，潛在照射發(fā)生前，應按實踐的防護體系預防和緩解其危害。核事故的干預應符合正當性和最優(yōu)化的原則。

11.2.2事故分期和照射途徑

為確定應急防護措施和干預水平，可將事故過程分為三個階段。

事故初期：從出現(xiàn)明顯的放射性核素釋放的先兆到釋放開始后的最初步幾個小時。

事故中期：從開始釋放放射性物質后的最初幾小時起，直至事故發(fā)生后幾天至幾星期。

事故后期：從事故釋放開始后幾天至幾星期起直至正常生活條件的恢復。

對核設施事故可能具有危害的一些放射性核素核電廠乏燃料后處理設施Kr-85Ru-106Xe-133Ce-144Sr-89Cs-137Cm-244Krm-85Tc-132Xe-135Np-239Sr-90Ce-144Kr-87I-131Cs-134Pu-239I-131Pu-238Kr-89I-132Cs-137Ru-103Pu-239Sr-89I-133Ba-140Ru-106Am-241Sr-90I-135La-140Cs-134Cm-24211.2.3應急防護措施

核事故一旦發(fā)生，可供選擇采用的保護公眾免受或少受輻射的帶有強制性的應急防護施有：

隱蔽、服用碘片、撤離、避遷；進出通道控制、個人呼吸道和體表防護；人員去污、區(qū)域環(huán)境去污；食物和飲水控制及醫(yī)學處理等。各類建筑物的平均屏蔽因子建筑物屏蔽因子煙羽外照射地面沉積物外照射木房木房地下室磚房磚房地下室高大辦公樓高大辦公樓地下室0.90.40.60.050.60.20.40.050.20.02-0.01隱蔽不同事故階段的防護措施防護措施事故階段早期中期后期隱蔽高優(yōu)先使用低優(yōu)先使用不或有限使用服用碘片高優(yōu)先使用高優(yōu)先使用不或有限使用撤離高優(yōu)先使用低優(yōu)先使用不或有限使用避遷不或有限使用高優(yōu)先使用低優(yōu)先使用進出通道控制高優(yōu)先使用高優(yōu)先使用低優(yōu)先使用呼吸道和體表防護低優(yōu)先使用低優(yōu)先使用不或有限使用人員去污低優(yōu)先使用低優(yōu)先使用低優(yōu)先使用區(qū)域去污不或有限使用低優(yōu)先使用高優(yōu)先使用食物和飲水控制低優(yōu)先使用高優(yōu)先使用高優(yōu)先使用使用貯存的動物飼料低優(yōu)先使用高優(yōu)先使用高優(yōu)先使用醫(yī)學處理低優(yōu)先使用低優(yōu)先使用不或有限使用11.2.4干預水平和導出干預水平1、干預水平的建立

確定一個適當?shù)膭┝克?，當預期個人劑量達到或超過這一水平時，就應當進行干預，這一劑量水平為干預水平。

ICRP在推薦干預水平劑量范圍時，提出了三項基本原則：

1）以對公眾成員的年有效劑量限值作為干預水平劑量的下界值，當預期劑量低于此下界值時，可認為干預是不正當、不必要的；

2）以發(fā)生確定性效應的劑量閾值為干預水平劑量的上界值，當預期劑量達到或超過此上界時，干預是必要的；

3）考慮各種防護措施的代價與風險大小，代價和風險的撤離的干預水平明顯高于代價和風險小的隱蔽的干預水平。我國采用放寬后的公眾年有效劑量限值為5mSv為低風險防護措施的下界劑量，以發(fā)生確定性效應的閾值500mGy為高風險防護措施的上界劑量。早期防護措施的干預水平中期防護措施的干預水平2、導出干預水平的建立及應用

干預水平是以劑量表示的，而導出干預水平則以環(huán)境物質中核素的活度水平或環(huán)境輻射水平的監(jiān)測結果或預估值表示，它是干預水平的實際表達。

如以IL代表干預水平(單位為劑量)，以DIL為代表導出干預水平(單位為環(huán)境物質中核素活度水平或環(huán)境輻射水平)，有：

DIL=IL/DF

式中DF為廣義的劑量轉換因子。

相應于各種照射途徑及防護措施的導出干預水平相應于隱蔽和撤離的導出干預水平，

來自煙羽的皮膚外照射3、導出干預水平的應用國家核安全局和國家環(huán)境保局聯(lián)合發(fā)布的安全法規(guī)《核事故輻射應急時對公眾防護的導出干預水平》詳細介紹了單個核素、單一途徑導出干預水平的計算方法和相應的DIL值，利用其給出的公式，代入反映場址局部地區(qū)環(huán)境條件和受照個人生活習性的具體參數(shù)，可由預先確定的劑量干預水平估算出反映場址特征的導出干預水平。4、應急照射的控制

實際參與應急響應行動的應急工作人員有營運單位的職業(yè)性放射工作人員，也有地方應急組織的非職業(yè)照射工作人員，這些人員一旦參與應急響應行動，受到的照射均按應急照射加以控制。

應急人員在照射和搶救過程中接受的應急劑量按職業(yè)照射的劑量限值加以控制，對于需要立即為控制事故和緊急搶救的應急行動，可暫時放寬，除搶救生命必需之處，應急照射的有效劑量不得超過0.5Sv(皮膚不超過5Sv)，緊急狀態(tài)一過，即應按正常情況下職業(yè)照射限值控制。11.3應急組織、計劃和準備11.3.1應急組織與指揮1、核事故應急組織體系

我國對核事故應急實行中央、地方政府和核設施營運單位三級管理體系。

中央設立國家核事故應急委員會，核設施所在省、市、自治區(qū)政府設立地方核事故應急委員會，營運單位設立應急指揮部。11.3.2應急計劃

應急計劃又稱應急響應計劃。其規(guī)定了核設施營運單位和地方向國家和公眾承擔的應急準備和響應任務，確定起動應急的基礎，提出應急執(zhí)行程序的目標和為此而建立的管理組織及其職責。1、應急計劃的內容和執(zhí)行程序營運單位和地方政府的應急計劃應包括的內容有：

對計劃中有關術語的說明；制訂計劃的目的、適用范圍和負責單位；核設施的建設、運行和發(fā)展、隸屬關系、地理位置等。

執(zhí)行程序：應急計劃中應包括具體的實施細則。其使應急組織和人員在應急中便于操作并協(xié)調一致，也可作為應急培訓的操作規(guī)程。核電廠營運單位應急計劃執(zhí)行的程序清單（IAEA）11.4應急環(huán)境輻射監(jiān)測11.4.1應急監(jiān)測的目的

應急監(jiān)測的目的：盡可能及時、詳細地提供有關事故對環(huán)境和公眾可能帶來的輻射影響的測量數(shù)據(jù)，為劑量評價及防護行動決策提供核技術依據(jù)。

事故早期：很難進行充分可靠的場外監(jiān)測，防護行動決策的主要依據(jù)是營行單位提供的釋放源項和氣象數(shù)據(jù)，采用擴散、沉積及劑量計算模式估算公眾的預期照射劑量。中后期：通過對整個受事故影響的區(qū)域內的環(huán)境輻射監(jiān)測，了解煙羽及沉積所至的劑量場及地面污染水平、核素成分及隨距離的變化。11.4.2早期應急監(jiān)測

事故早期場外應急監(jiān)測的主要任務：

盡可能多地獲取有關煙羽特性，地面輻射水平，來自煙羽及地面沉積的β-γ和γ外照射劑量率，空氣中放射性氣體、易揮發(fā)污染物和微塵濃度及其核素成分等方面的數(shù)據(jù)。

11.4.3中后期應急監(jiān)測事故中期的場外監(jiān)測應從地域范圍及詳細程度兩方面擴展早期已經(jīng)開展的地面和水體污染監(jiān)測，并測定食用牛奶、水和食物的污染水平。后期則作必要的補充測量，為恢復行動的決策和對潛在長期照射的預測提供依據(jù)。中期重點監(jiān)測的核素是放射性碘和鍶，后期還應包括钚等超鈾元素。3、應急計劃區(qū)

應急計劃區(qū)：指為保證事故發(fā)生后能迅速采取有效行動保護公眾，在核設施周圍需要實施應急計劃的區(qū)域。

確定計劃區(qū)范圍大小的原則：對應急計劃所應考慮的事故進行分析，估計場外的預期劑量，并與干預水平相比較，使應急計劃區(qū)的預期劑量不超過相應的干預水平。應急計劃區(qū)示意圖11.4個人應急監(jiān)測

對公眾及應急工作人員應進行必要的個人外照射劑量監(jiān)測，對應急人員應配備個人劑量計，對公眾一般依據(jù)環(huán)境劑量率測定值及其在各處的停留時間估算外照射劑量。

反應堆事故情況下，所監(jiān)測的核素有134Cs、137Cs、90Sr和239P