第四代反應(yīng)堆技術(shù)中立管理框架下的風(fēng)險指引和業(yè)績基準(zhǔn)方法

1、New Insights on Risk-Informed Performance-Based Approaches to Technology-Neutral Regulatory Framework for Generation IV Reactors目前核電廠的管理大都關(guān)注的是輕水反應(yīng)堆，對于那些非輕水反應(yīng)堆(比如第四代反應(yīng)堆)來講，這些管理的方法、經(jīng)驗(yàn)之類是不可以直接照搬的。因此，現(xiàn)在世界范圍內(nèi)對于先進(jìn)反應(yīng)堆運(yùn)營執(zhí)照申請體系的研究十分關(guān)注。鑒于近年來綜合的安全評價和管理技術(shù)有明顯的進(jìn)步，新的執(zhí)照申請體系是在吸收了風(fēng)險指引和業(yè)績基準(zhǔn)管理方法優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。1 背景介紹現(xiàn)在核電廠管

2、理依據(jù)的規(guī)程，大都參照USNRC發(fā)布的一些文獻(xiàn)和標(biāo)準(zhǔn)，比如10CFR50和General Design Criteria(GDC)。這些標(biāo)準(zhǔn)大都是為了指導(dǎo)美國商用輕水反應(yīng)堆運(yùn)行而制定的，不適用于許多第四代反應(yīng)堆，包括極高溫反應(yīng)堆(Very High Temperature Reactor, VHTR)，鈉冷快堆(Sodium-Cooled Fast Reactor, SFR)。舉個例子，對于球床反應(yīng)堆(pebble bed reactor)來講就沒有可以和堆芯損傷(Core Damage, CD)相比擬的狀態(tài)。新的執(zhí)照申請體系研究中出現(xiàn)的代表成果有：Ø USNRC提出的技術(shù)中立框架(

3、Technology Neutral Framework, TNF)；Ø 南非PBMR, Pty. LTD公司給模塊式球床反應(yīng)堆(Pebble Bed Modular Reactor, PBMR)提出的風(fēng)險指引、業(yè)績基準(zhǔn)執(zhí)照申請方法；Ø IAEA制定的技術(shù)中立安全需求(Technology-neutral safety requirements)；Ø 韓國核安全研究所(Korea Institute of Nuclear Safety, KINS)為韓國設(shè)計的第四代反應(yīng)堆提出的新執(zhí)照申請方案。這一領(lǐng)域的上述研究大都圍繞兩個主題：1) 怎樣確定風(fēng)險可接受準(zhǔn)則，2)

4、怎樣為新反應(yīng)堆執(zhí)照申請選擇執(zhí)照基準(zhǔn)事件(Licensing Basis Events, LBEs)。此處Licensing Basis Events (LBEs)用來代替Design Basis Events (DBEs) 或者 Design Basis Accidents (DBAs)。文章主要介紹了：USNRC提出的TNF和南非PBMR, Pty. LTD公司提出的風(fēng)險指引、業(yè)績基準(zhǔn)執(zhí)照申請方法。并對于上述兩個主題，可接受風(fēng)險準(zhǔn)則和執(zhí)照基準(zhǔn)事件發(fā)表了著者的觀點(diǎn)。2.1 TNF中風(fēng)險可接受準(zhǔn)則TNF中風(fēng)險可接受準(zhǔn)則的代表形式是一條風(fēng)險后果曲線(Frequency-Consequence Cu

5、rve)。這條曲線用頻率值的大小以及他們相關(guān)的后果(劑量值的大小)描繪出預(yù)計運(yùn)行事件或者非正常事件的可接受限度。圖片如下：F-C曲線可以用在第四代核電站的設(shè)計階段，基于完整的PRA，對比每一個發(fā)生頻率較明顯的事故序列(比如，大于1E-7/堆年)，看他們的后果劑量是否在圖中可接受范圍之內(nèi)。另外，這個F-C曲線也用在確定執(zhí)照申請基準(zhǔn)事件中。2.2 TNF中執(zhí)照申請基準(zhǔn)事件NRC的TNF中執(zhí)照申請基準(zhǔn)事件的選取步驟如下：1) 修正PRA，只相信那些被認(rèn)為有明顯安全功能的緩解系統(tǒng)；(Modify the PRA to only credit those mitigating functions tha

6、t are to be considered safety significant)2) 根據(jù)修正的PRA確定每一條后果序列發(fā)生頻率的點(diǎn)估計值；(Determine the point estimate frequency for each resulting event sequence from the quantification of the modified PRA)3) 對于那些發(fā)生頻率點(diǎn)估計值大于或等于1E-8的序列，計算他們的平均值和95%區(qū)間估計上限值；(For sequences with point estimate frequencies equal to or gre

7、ater than 1E-8, determine the mean and 95th percentile frequency)4) 找出所有事故序列中95%區(qū)間估計上限頻率值大于1E-7的；(Identify all PRA event sequences with a 95th percentile frequency > 1E-7 per year)5) 對第 4) 中找出的那些事故序列分組，分為各事件類型；(Group the PRA event sequences with a 95th percentile frequency > 1E-7 per year into

8、 event classes)- (similar initiating events and similar accident behavior in terms of system failures and/or phenomena; similar source terms)6) 從每個類型的事件中選擇一個能代表邊界后果的序列；(Select an event sequence from the event class that represents the bounding consequence)7) 對每一個給出的事件類型確定一個LBE頻率；(Establish the LBEs

9、frequency for a given event class)8) 驗(yàn)證每一個LBE符合可接受準(zhǔn)則；(Verify that each LBE meets the acceptance criteria)9) 對所有類型的事件重復(fù)上述過程。(Repeat these steps for all event classes)所有的LBE確定之后，不僅要驗(yàn)證他們是否符合F-C曲線中的可接受準(zhǔn)則，而且還需要驗(yàn)證他們是否符合“附加的確定論準(zhǔn)則”以及“附加的劑量準(zhǔn)則”。3.1 PBMR方法中的風(fēng)險可接受準(zhǔn)則為PBMR執(zhí)照申請?zhí)岢龅娘L(fēng)險指引方法中，風(fēng)險可接受準(zhǔn)則用一個風(fēng)險后果圖(Frequency-

10、Consequence Chart，F(xiàn)-C Chart)表示。3.2 PBMR方法中的LBE選擇PBMR方法中考慮有3種不同類型的LBE：預(yù)期運(yùn)行事件(Anticipated Operational Occurrences，AOOs)，設(shè)計基準(zhǔn)事件(Design Basis Events，DBEs)，超設(shè)計基準(zhǔn)事件(Beyond Design Basis Events，DBEs)。這3種類型的LBE是按照序列發(fā)生頻率的均值來區(qū)分的：在上面的F-C圖中也可以看出三種LBE各自的頻率范圍。4 對NRC和PBMR方法的觀點(diǎn)著者從上面提到的兩個關(guān)鍵問題的角度來發(fā)表看法，對風(fēng)險可接受準(zhǔn)則和LBEs分別做

11、了剖析。4.1 關(guān)于風(fēng)險可接受準(zhǔn)則NRC方法中的F-C曲線和PBMR方法中的F-C圖都基于一個基本的理念：“the higher the expected dose consequences, the lower should be the allowed event frequency”。NRC方法和PBMR方法在解釋現(xiàn)有的規(guī)程上存在明顯的不同，因?yàn)镹RC的方法中雖然定義了明確的后果劑量，但是卻不像PBMR方法一樣明確說明相關(guān)的頻率。NRC方法的F-C曲線和PBMR方法的F-C圖都主要在于輔助確定每一單個事件序列或者事件序列組滿足風(fēng)險后果的定量化標(biāo)準(zhǔn)。換言之，在反應(yīng)堆設(shè)計中需要考慮的事件序列總的累積風(fēng)險限值在他們上面沒有直接的表示。正如NRC在一份關(guān)于這種框架方法(TNF)的聲明中說到的一樣，基于CCDF(Complementary cumulative distribution function)的設(shè)計可接受準(zhǔn)則需要繼續(xù)研發(fā)。4.2 關(guān)于LBEsNRC的TNF方法和PBMR的執(zhí)照申請方法，兩者的LBEs確定過程過于復(fù)雜：需要詳細(xì)的考慮不確定性分析的結(jié)果，還需要對事件序列分組，等等。更糟糕的是，這個過程中好多工作需要不斷迭代的進(jìn)行。除了方法的復(fù)雜和需要迭代工作的特點(diǎn)之外，LBE的確定過于依賴設(shè)計階段的全局PRA。然而設(shè)計和執(zhí)照申請階段的P