核临界安全标准与历史事故分析

描述美国核管会核临界安全监管结构的示意图。(图片来源：Oak Ridge美国国家实验室)

上个月，美国核学会的风险指引、性能导向原则与政策委员会(RP3C)在其月度实践社区系列活动中举办了另一场报告会。RP3C主席Steven Krahn在会议开始时简要介绍了风险指引、性能导向决策的重要性，以及超越传统和确定性方法对核设计的必要性。

随后他介绍了本月的演讲嘉宾：Douglas Bowen，他报告的题目是“风险指引、性能导向方法论与ANS-8核临界安全标准”。Bowen是Oak Ridge美国国家实验室核临界安全项目的主任。他曾在多个岗位支持ANS-8标准，并将很快接任核临界安全共识委员会主席，该委员会是更广泛的美国核学会标准委员会的一部分。

定义临界安全：Bowen首先通过呈现对核临界安全定义的两种不同观点开始了他的报告。虽然他在Oak Ridge美国国家实验室的许多同事强烈认为临界安全是支持先进反应堆验证的反应堆物理分支，但Bowen将临界安全视为预防非预期临界的手段。

他解释说，简单来说，临界安全就是要确保正在处理的裂变材料不会意外达到可能导致其达到临界状态（自持裂变反应）的条件（如数量、几何形状、慢化或反射）。在Bowen看来，该领域的主要目的是保护工作人员和公众免受核反应堆外处理的材料可能带来的特殊辐射危害。这种保护确保核材料能够被加工、运输和贮存而不会发生意外临界。

临界事故：自核研究开始以来，全球已记录22起临界事故。其中13起发生在俄罗斯，7起发生在美国，1起发生在英国，1起发生在日本。

这些事故的特点是快速释放大量中子和伽马射线，有时还伴有切伦科夫辐射，表现为可见的蓝色闪光。通常，这种辐射释放对15英尺范围内的人员可能是致命的。

已知的第一起事故于1953年发生在苏联前Mayak钚后处理厂。虽然大多数事故发生在20世纪50年代和60年代，但最近一起已知事故于1999年发生在日本东海村的后处理设施。

在这22起事故中，21起涉及液体，“因为它们很难控制，”Bowen说，“它们可能从我们认为安全的几何形状（如细长容器）泄漏到更大且从临界安全角度看更不利的几何形状中。”1978年发生在俄罗斯的一起事故涉及金属。总共有18起事故发生在有人值守、无屏蔽的设施中，导致严重的辐射照射和9人死亡。虽然每起事故都存在多重失误，但发现人为错误（而非设备故障）是每起事故的根本原因。

监管结构：在人为错误与未来事故之间设置障碍是核临界安全共识委员会大部分工作的核心，该委员会负责ANS-8系列标准。这些标准得到了美国能源部和美国核管会的认可，并为当今临界安全的面貌奠定了基础。要了解更多关于这些标准的详细信息，请在此处查看Bowen的完整报告。