压水堆核电厂严重事故与对策浅析

摘要：文章以我国普遍的压水反应堆堆型为例，对核电厂严重事故的初因、发展过程、破坏形式及严重事故管理等方面的内容进行了简要分析，进而分析了核电厂严重事故的预防和缓解措施，讨论了加强核电厂严重事故应对能力的相关问题。

关键词：核电厂；严重事故；预防和缓解；事故管理

中图分类号：TL364 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）23-0137-03

世界核电及我国核电多年的运行经验表明，核电是一种清洁、安全的能源。但美国三哩岛、前苏联切尔诺贝利和日本福岛核事故也告诉我们，尽管核电厂发生严重事故的概率极低，但依然会发生，而且后果非常严重。因此，有必要对核电厂严重事故管理方面的内容进行研究，采取对策防止严重事故的发生，缓解严重事故的后果，从而确保人员、公众和环境的安全。

1 严重事故定义

核电厂严重事故指超出设计基准事件之外，导致核电厂反应堆堆芯严重损坏，并危及多层或所有用于防止放射性物质释放的屏障的完整性，从而造成环境放射性污染，产生巨大损失的事故。

2 三起严重核事故

2.1 切尔诺贝利核事故

1986年4月26日前苏联切尔诺贝利核电厂4号机组在进行汽轮机惰走维持堆芯强迫循环冷却能力试验时，反应堆功率失控急剧增加并爆炸，高温的反应堆燃料和石墨引发大火，大量高辐射物质散发到大气中。

2.2 美国三哩岛核事故

1979年3月28日，美国三哩岛核电站2号机组反应堆冷却剂系统失去热阱压力上升。稳压器卸压阀开启，因故障未能回座，反应堆冷却剂持续排放，导致堆芯。燃料包壳与蒸汽发生锆水反应产生氢气，堆芯熔化并坍塌。

2.3 日本福岛核事故

2011年3月11日下午，日本东部海域发生9.0级地震并引发海啸，导致福岛核电站若干机组失去全部电源，堆芯应急冷却系统停止运行。由于无法进行冷却，反应堆在衰变热的作用下迅速升温，堆芯融化，燃料包壳与蒸汽发生锆水反应，释放大量氢气并发生爆炸，多处反应堆厂房被摧毁，大量放射性物质释放到环境中。

2.4 三起严重核事故的启示

切尔诺贝利事故之前，其他同类型的反应堆也暴露过堆芯的设计缺陷，也发生过燃料破损，但除了非常有限的改进之外，并未采取进一步的纠正行动和补救措施，相关教训也没有在运行电站间传达。

图1

从安全的角度看，切尔诺贝利反应堆设计本身就存在不稳定因素。事故中运行人员对核安全缺乏足够的敏感，没有遵守已制定的规程、技术规格书和试验程序，关闭了重要的保护系统，使反应堆失去控制而发生严重事故。

三哩岛事故前，同类型其他电站也发生过类似的事件，但没有从中吸取教训及采取必要的纠正行动。三哩岛事故由运行人员的一系列失误及错误操作引起，造成事故的原因，除了设计和运行管理外，人员培训也存在着很大的问题。

福岛事故发生后，虽然有机会，但直到发生爆炸也没有向堆芯注入硼水。一方面是不希望反应堆就此报废，另一方面也是对反应堆的承受能力抱有侥幸心理，由此丧失了初始的缓解时机，这说明正确的运行决策的重要性。

福岛事故前，没有针对严重事故进行充分有效的培训。电站的严重事故管理导则早在1992年起草，却没有通过审核，使人们在面对突然而至的灾难时缺乏相应的

手段。

因此，预防和缓解严重事故，除了完善运行规程、局部的系统优化、建立完善的经验反馈体系、形成有效的核安全监管机制及加强安全文化建设之外，还应该加强严重事故管理的工作。

3 严重事故始发事件

现有核电厂基于纵深防御原则，设置了多道屏障及专设安全设施，只有连续发生多重故障及操作失误，才会导致堆芯严重损害，相应的假设始发事件主要包括：（1）失水事故后失去应急堆芯冷却；（2）失水事故后失去再循环；（3）全厂断电后未能及时恢复供电；（4）蒸汽发生器传热管破裂后失去热阱；（5）失去公用水或失去设备冷却水；（6）意外硼稀释、安全壳旁路等；（7）地震和火灾等自然灾害。

假设始发事件本身并不直接导致严重堆芯损坏，始发事件发生后一系列的堆芯热阱的失效才会导致严重堆芯损坏的后果。

4 严重事故破坏形式

严重事故工况下，电厂的破坏形式主要包括：（1）严重堆芯损坏。严重事故工况下，堆芯失去冷却而熔毁。（2）蒸汽发生器传热管蠕变失效。蒸汽发生器传热管温度升高，内外压差增大，使传热管发生蠕变失效。（3）高压堆芯熔融物的喷射。高压熔融物喷射可导致安全壳内压力、温度迅速升高，造成安全壳失效。（4）压力容器融穿。堆芯熔化后向下降落，可继续熔穿反应堆压力容器，造成第二道安全屏障失效。（5）安全壳内氢爆。安全壳氢气浓度达到一定值，将发生氢爆，造成安全壳损坏失效。（6）压力容器及安全壳内蒸汽爆炸。压力容器和安全壳蒸汽压力持续升高，蒸汽大量积聚将导致蒸汽爆炸，损坏压力容器和安全壳。（7）堆芯熔融物与混凝土的相互作用。堆芯熔融物熔穿压力容器后，与安全壳底板混凝土相互作用，释出不凝气体，造成安全壳超压失效及底板熔穿。（8）安全壳超压失效。安全壳失去热量排出能力，可导致安全壳温度升高超压失效，丧失密闭性。（9）安全壳负压失效。在严重事故期间，安全壳喷淋动作可使安全壳内蒸汽降温冷凝产生一定程度的真空，导致安全壳负压破坏。（10）放射性外泄。安全壳损坏泄漏及安全壳旁路均会引起放射性物质直接释放到环境。

5 严重事故堆芯融化机理

严重事故堆芯熔化可分为高压熔化和低压熔化两种

情况。

低压熔化一般以冷却剂丧失为特征。由于冷却剂不断丧失，燃料元件升温，燃料包壳与蒸气发生锆水反应放出热量与氢气。堆芯熔化，向下将压力容器底部熔穿。熔融物随后与安全壳底板混凝土相互作用，释出不凝气体，造成安全壳晚期超压失效及底板熔穿。