核電廠概率安全分析

核電廠概率安全分析1975年美國拉斯莫森教授發(fā)表的研究報告01概率安全分析的發(fā)展基本思想的程序我國的概率安全分析政策、法規(guī)和規(guī)范概率安全分析的三個等級PSA應(yīng)用展望目錄0305020406基本信息核電廠概率安全分析（Probabilisticsafetyassessmentfornuclearpowerplants）:概率安全分析方法起源于20世紀70年代。1975年美國拉斯莫森教授發(fā)表的研究報告《反應(yīng)堆安全研究》（WASH-1400）是全世界公認的第一份完整的核電廠概率安全分析報告。該報告選取了薩利壓水堆和桃花谷沸水堆核電廠作為典型研究對象，利用事件樹和故障樹相結(jié)合的方法系統(tǒng)地研究了可能導(dǎo)致堆芯熔化的事故序列，完成了定量化計算并得到最終堆芯損壞頻率（CFD）風(fēng)險值，由此形成了一套相對完整的核電廠概率安全分析技術(shù)。概率安全分析（ProbabilisticSafetyAssessment，PSA）是一種系統(tǒng)工程方法。它采用系統(tǒng)可靠性評價技術(shù)（即故障樹和事件樹分析）和概率風(fēng)險分析方法對復(fù)雜系統(tǒng)的各種可能事故的發(fā)生和發(fā)展過程進行全面分析。從它們的發(fā)生概率以及造成的后果綜合進行考慮。概率安全分析的發(fā)展概率安全分析的發(fā)展美國在1975年發(fā)表了《反應(yīng)堆安全研究》（WASH-1400）。自從這次具有里程碑意義的研究以來，在概率安全分析方法上已經(jīng)有了實質(zhì)性的發(fā)展，概率安全分析已經(jīng)成為核電廠安全分析的一個標準化工具。1979年美國三里島核事故發(fā)生后，人們發(fā)現(xiàn)這種事故的整個發(fā)生發(fā)展過程在WASH-1400中已有明確預(yù)測。從此以后，概率安全分析得到廣泛承認，許多工業(yè)發(fā)達國家和一些發(fā)展中國家先后組織了專門小組來研究這一方法，并在各方面得到廣泛應(yīng)用，以此分析設(shè)計中的薄弱環(huán)節(jié)、改進設(shè)計、診斷故障、指導(dǎo)運行、制定維修策略等，并逐步發(fā)展為進行安全評價和安全決策的重要工具

。我國的概率安全分析政策、法規(guī)和規(guī)范我國的概率安全分析政策、法規(guī)和規(guī)范國家核安全局作為我國的核安全監(jiān)管機構(gòu)一直致力于推動我國概率安全評價技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，從20世紀80年代中期就組織國內(nèi)相關(guān)單位開展概率安全評價研究工作。我國政府在中華人民共和國《核安全公約》國家報告中明確表示“中國核行業(yè)主管部門、核安全監(jiān)督部門都非常重視并努力推廣概率安全評價技術(shù)在核安全領(lǐng)域中的應(yīng)用”。國內(nèi)一些核電廠已開始嘗試概率安全評價技術(shù)在電廠運行管理中的應(yīng)用，比如在維修中采用風(fēng)險評價來優(yōu)化大修策略、在運行中采用風(fēng)險監(jiān)測器來實時監(jiān)測核電廠風(fēng)險等，同時國內(nèi)的有關(guān)設(shè)計院也初步應(yīng)用了概率安全評價技術(shù)來評價核電廠的設(shè)計方案。這些工作為概率安全分析在核領(lǐng)域中的進一步應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)。2004年4月國家核安全局頒布HAF102《核動力廠設(shè)計安全規(guī)定》和HAF103《核動力廠運行安全規(guī)定》?！逗藙恿S設(shè)計安全規(guī)定》提出了必須在安全評價中采用確定論和概率論分析方法的要求；針對嚴重事故，結(jié)合概率論、確定論和工程判斷，確定嚴重事故重要事故序列的要求。《核動力廠運行安全規(guī)定》規(guī)定核動力廠營運單位必須收集和保存運行經(jīng)驗的數(shù)據(jù)，以用作核動力廠老化管理、核動力廠剩余壽期評價、概率安全評價和定期安全審查的輸入數(shù)據(jù)，必須考慮使用概率安全評價作為定期安全審查的輸入等要求。2006年6月國家核安全局批準發(fā)布核安全導(dǎo)則HAD102/17《核動力廠安全評價與驗證》，對概率安全評價的方法、范圍以及需要滿足的目標給出了明確的指導(dǎo)

?；舅枷牖舅枷敫怕拾踩治龇椒☉?yīng)用概率風(fēng)險理論對核電廠安全性進行評價，認為核電廠事故是個隨機事件，引起核電廠事故的潛在因素很多，核電廠的安全性應(yīng)由全部潛在事故的數(shù)學(xué)期望值表示。對核電廠這樣復(fù)雜的系統(tǒng)作系統(tǒng)的分析思考，以嚴格的數(shù)理邏輯推理和概率論為理論基礎(chǔ)，提供一種綜合的結(jié)構(gòu)化的處理方法，找出可信的事故序列，評價相應(yīng)的發(fā)生概率和描繪造成的后果

。概率安全分析的三個等級概率安全分析的三個等級概率安全分析包括的內(nèi)容很廣，它可以是單個部件或系統(tǒng)的可靠性分析，也可以是對整個核電廠進行總的風(fēng)險評價。但是，用概率論的方法對一座核電廠的安全性進行全面評價，這是個既復(fù)雜又龐大的計劃，需要相當(dāng)多的人力和物力。為此，核電廠的PSA可劃分成幾種不同的范圍，人們可以根據(jù)對核電廠進行概率安全評價的目的，以及具備的人力和物力，選擇其中一部分內(nèi)容進行分析，在國際的實踐中已經(jīng)形成了三個級別的PSA：一級PSA：系統(tǒng)分析。對核電廠運行系統(tǒng)和安全系統(tǒng)進行可靠性分析，確定造成堆芯損壞的事故系列，并做出定量化分析，求出各事故序列的發(fā)生頻率，給出反應(yīng)堆每運行年發(fā)生堆芯損壞的概率。該級分析可以幫助分析核電廠設(shè)計中的薄弱環(huán)節(jié)，指出防止堆芯損壞的途徑。二級PSA：一級PSA結(jié)果加上安全殼響應(yīng)的評價。分析堆芯熔化物理過程和安全殼響應(yīng)特性，包括分析安全殼在堆芯損壞事故下所受的載荷，安全殼失效模式，熔融物質(zhì)與混凝土的相互作用，放射性物質(zhì)在安全殼內(nèi)釋放和遷移。結(jié)合一級PSA結(jié)果確定放射性從安全殼釋放的頻率。該級分析可以對各種堆芯損壞事故序列造成放射性釋放的嚴重性作出分析，找出設(shè)計上的弱點，并對減緩堆芯損壞后事故后果的途徑和事故處理提出具體意見。三級PSA：二級PSA結(jié)果加上廠外后果的評價。分析放射性物質(zhì)在環(huán)境中的遷移，求出核電廠廠外不同距離處放射性濃度隨時間的變化。結(jié)合第二級分析的結(jié)果按公眾風(fēng)險的概念確定放射性事故造成的廠外后果。三級概率安全分析能夠?qū)蠊麥p緩措施的相對重要性作出分析，也能對應(yīng)急響應(yīng)計劃的制定提供支持

。的程序初始信息的收集系統(tǒng)分析安全殼分析放射性在環(huán)境中的遷移和后果評價外部事件的分析不確定性分析010302040506的程序初始信息的收集所需信息與分析的范圍有關(guān)，可以分為以下3類：（1）電廠設(shè)計、廠址和運行的信息；（2）一般性數(shù)據(jù)和電廠具體數(shù)據(jù)；（3）關(guān)于PSA方法的文件報告。系統(tǒng)分析（1）形成事件樹。該項任務(wù)就是要分析由始發(fā)事件與各系統(tǒng)成功或失效的組合而形成的各種事故序列，包括：確定所要分析的各類始發(fā)事件，說明響應(yīng)始發(fā)事件所涉及的系統(tǒng)或采取的行動。最后，對每一始發(fā)事件或者具有同一事件樹結(jié)構(gòu)的一類始發(fā)事件，形成各自的事件樹。（2）系統(tǒng)建模。這項任務(wù)是對PSA中所涉及的電廠系統(tǒng)進行可靠性分析。（3）人因可靠性和規(guī)程的分析。（4）數(shù)據(jù)庫的形成。事故序列定量分析需要有部件的數(shù)據(jù)庫。PSA中所使用的數(shù)據(jù)可以有兩個來源：現(xiàn)有的通用的數(shù)據(jù)；電廠運行所累積的特有數(shù)據(jù)。（5）事故序列定量分析。該項任務(wù)是根據(jù)始發(fā)事件的發(fā)生頻率和相應(yīng)各電廠系統(tǒng)失效概率或人因可靠性，利用計算機程序算出事件樹中各事故序列的發(fā)生頻率。安全殼分析安全殼分析由兩項分析任務(wù)組成。（1）物理過程分析。堆芯熔化事故將會引起堆芯、壓力容器、反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)和安全殼內(nèi)許多物理過程。已經(jīng)發(fā)展了一些計算機程序來分析這些物理過程。其計算結(jié)果可幫助人們了解與事故序列有關(guān)的各物理現(xiàn)象和預(yù)計安全殼是否失效。對每個所討論的事故序列建立安全殼事件樹，如果預(yù)計安全殼會失效，則要分析何時發(fā)生失效，何處發(fā)生失效以及釋放出的能量。（2）放射性核素釋放和輸運的分析。對每一種可能造成安全殼破裂的堆芯熔化事故，必須估計釋放到環(huán)境中去的放射性核素總量。利用計算模型分析事故期間從反應(yīng)堆燃料釋放出的放射性核素總量，并估計安全殼失效之前放射性核素在安全殼內(nèi)的輸運和沉積。該分析的結(jié)果是預(yù)計每個事故序列下安全殼失效時釋放到環(huán)境中去的放射性核素總量。放射性在環(huán)境中的遷移和后果評價根據(jù)安全殼分析提供的從安全殼釋放出來的源項，利用廠址處具體的氣象數(shù)據(jù)和局部地形信息，分析放射性核素在環(huán)境中的輸運和彌散，計算核電廠周圍居民受到的放射性劑量和造成的健康效應(yīng)。最后給出核電廠放射性釋放造成的各種后果：早期死亡、晚期癌癥死亡和財產(chǎn)損失。外部事件的分析在PSA分析中通常不包括外部事件。外部事件包括有火災(zāi)、地震和水淹。這項任務(wù)利用電廠系統(tǒng)分析中建立起的模式，可以從外部事件的觀點獨立地對模式進行分析，或者是對模型加以修正，以明確反映外部事件的影響。為了描繪所分析的外部事件序列，要建立一些附加的事件樹。不確定性分析核電廠概率安全評價的內(nèi)容和程序不管分析的范圍如何，不確定性分析都是PSA中的一個必要的組成部分。在PSA分析的每一步都有不確定性問題，有些不確定性可能還很大，不管是定性還是定量分析，都要考慮數(shù)據(jù)庫的不確定性、模型化時假設(shè)的不確定性以及分析的完整性

。PSA應(yīng)用展望PSA應(yīng)用展望現(xiàn)在，PSA作為一項重要的必不可少的安全分析與評價技術(shù)，其在核電廠安全管理與監(jiān)管中的應(yīng)用越來越廣泛，取得的成效越來越大，因此越來越受到各國核監(jiān)管當(dāng)局以及核電業(yè)界的重視，發(fā)展前景廣闊。自1995年NRC頒布PSA應(yīng)用的政策聲明以來，美國核安全監(jiān)督和核電廠安全決策更加有效、監(jiān)督部門和電廠的資源得到更合理的利用、不合理的負擔(dān)得到減輕。盡管PSA已經(jīng)為美國核電廠提升其安全水平和經(jīng)濟效益做出了顯著貢獻，但NRC和工業(yè)界并不因此而滿足，而是要進一步推廣風(fēng)險指引型理念，實施更多的PSA應(yīng)用?；谶@種共識，2000年10月，NRC攜手工業(yè)界共同制定了全面而且詳細的風(fēng)險指引型安全管理實施計劃（RIRIP）。這個計劃每半年更新一次，新的計劃中總結(jié)過去半年的研究成果和計劃的落實情況，同時明確未來半年的具體活動。RIRIP幾乎囊括了所有正在進行的風(fēng)險指引型研究以及相關(guān)的支持性研究，2005年10月更新版共有37項專題?？梢灶A(yù)見，風(fēng)險指引型方法在美國核電廠將會得到更加廣泛的應(yīng)用。IAEA對PSA應(yīng)用也相當(dāng)重視，在2000年頒布的《核動力廠安全：設(shè)計安全要求》中明確提出“安全評價過程包括確定論安全分析和概率安全評價這兩種互為補充的技術(shù)”。在2001年頒布的安全導(dǎo)則《核動力廠安全評