臨界裝置和試驗安全管理探索

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【摘要】通過對臨界裝置及其所開展的應用和試驗相關管理情況介紹，總結了臨界裝置相關的應用和試驗流程及安全管理工作經驗，對提高臨界裝置的安全管理水平與安全運行具有參考意義。

【關鍵詞】臨界裝置；應用和試驗；安全管理

中國核動力研究設計院反應堆工程研究所的臨界裝置獲得了國家核安全局頒發的臨界裝置運行許可證。該裝置從建立以來安全地完成了各種堆芯裝載的物理試驗，為多種堆芯校核了物理設計與計算，并提供了大量重要物理參數試驗數據。該臨界裝置使用反應性儀及脈沖中子源法進行反應性測量，利用活化法開展中子注量率照射試驗。本文主要對多次物理試驗中的安全管理工作進行經驗總結，為提高同類型臨界裝置的試驗安全運行水平提供參考和借鑒。

1臨界裝置簡介

臨界裝置又稱零功率物理試驗裝置，是核反應堆堆芯設計研發階段重要的試驗設施，為堆芯核設計和物理計算校核提供有力保障。臨界裝置一般由核測量系統、控制保護系統、堆芯及堆內構件、水回路系統、控制棒驅動系統及棒控棒位系統、操作控制臺、及其他專設安全設施、輻射監測系統等輔助系統組成。核測量系統包括功率測量裝置和啟堆中子計數裝置等。保護系統包括功率保護裝置和周期保護裝置等。水回路系統包括回路系統、造水系統、凈化系統等。控制棒驅動機構分安全棒驅動機構和手動棒驅動機構。堆芯及堆內構件是臨界裝置的核心，其堆芯裝置結構和形式可根據試驗需要形成不同裝載，靈活多變，從而滿足各種不同的應用和試驗需求。根據冗余性和獨立性的設計原則，臨界裝置堆芯一般都設有兩套獨立的核測及保護系統，從而保障裝置具有足夠的安全性能。臨界裝置堆芯及探測器布置示意圖見圖1。

2臨界裝置應用和試驗的主要類型

根據不同試驗需求以及臨界物理試驗任務書和試驗方案的規定，臨界裝置開展的物理試驗內容一般包括冷態臨界試驗、控制棒和可燃毒物棒微積分價值測量、停堆深度測量、卡棒次臨界度、堆芯中子注量率分布及對稱性測量等試驗。這些試驗內容均屬于《臨界裝置最終安全分析報告》中應用和試驗范圍之內。歸納起來可分為三類：a）堆芯臨界試驗；b）堆芯反應性物理參數測量試驗；c）堆芯中子注量率分布測量試驗。

3臨界裝置應用和試驗的管理流程

在臨界裝置上開展物理試驗，首先建立嚴格的試驗審批、安全分析的程序和流程，其流程圖見圖2。工作及步驟主要如下：a）制定完整的試驗和運行方案或試驗程序，并組織專家進行審評；b）根據試驗申請和審批的管理程序進行試驗的申請，在試驗申請得到批準后方可開始試驗的準備；c）在準備過程中，凡涉及臨界裝置堆芯的變更以及其它試驗部件的安裝及準備等所有活動都嚴格按運行手冊中相關的規程和規定執行；d）試驗準備工作完成后，由所項目管理部門組織，主管總師、質量部門、安防環保部門等共同進行試驗前的狀態檢查，狀態檢查通過后方可開始試驗；e）試驗過程中嚴格遵守有關法律法規要求，遵守臨界裝置運行限值和條件，按照程序內的有關要求逐步完成所有任務。f）試驗完成后應進行臨界裝置的恢復工作，拆除附加試驗設施，并做好臨界裝置的維護和保養工作。

4臨界裝置應用和試驗的安全管理

在臨界裝置上開展物理試驗的過程中，嚴格遵守最終安全分析報告、運行手冊以及運行質量保證大綱中的有關規定，確保試驗的安全，圓滿完成堆上各項試驗的運行任務。

4.1制定完善的程序制度

在臨界裝置上進行物理試驗時，需要根據試驗任務書的要求，編制試驗大綱、試驗程序及試驗的安全分析報告，還需針對每種堆芯試驗編制試驗操作卡，在操作卡中明確每項試驗的目的、內容及試驗條件、試驗步驟、安全措施及注意事項，使操作更加明確與規范，反應堆安全能進一步得到保證。需要在臨界裝置的管理程序中專門編制“臨界裝置應用與試驗大綱”，并對臨界裝置的應用與試驗活動進行具體規定，作為臨界裝置應用與試驗管理的依據。從管理上更加直接與規范，執行上也更加具備可操作性，使得臨界裝置的應用與試驗運行管理進一步得到加強。針對物理試驗，還需編制“堆芯物理試驗裝置反應性事故預防與應對措施”，對可能發生的反應性事故進行分析，制定應對措施。

4.2嚴格進行試驗審批及安全監督

臨界裝置的試驗審批嚴格按照“臨界裝置運行限值與條件”執行。對運行限值與條件中所規定的特殊試驗，除按常規臨界試驗的審批程序執行外，下述特殊情況也需要進行特殊審批：a）對于要求功率倍增周期小于15s的特殊試驗，須事先制定出具體安全措施，報本單位安全主管部門審查，并報國家核安全監管部門批準。b）對于試驗樣品反應性當量超過200pcm且小于1βeff的試驗，需事先制定具體的安全措施和詳細的操作步驟，報本單位安全主管部門批準；對于試驗樣品反應性超過1βeff的特殊試驗，須事先制定出具體安全措施，報本單位安全主管部門審查，并報國家核安全監管部門批準。依據“臨界裝置運行監督大綱”與“物理試驗運行計劃”，安全主管部門也需要每年年初制定年度反應堆運行安全監督計劃，按計劃對臨界裝置運行、試驗、維修、在役檢查等活動進行安全監督檢查。除了要加強日常的監督檢查，還要針對物理試驗中的關鍵節點進行專項監督檢查。

4.3加強人員培訓

由于臨界裝置應用的靈活性，物理試驗過程中控制棒提升和下降頻繁，人因行為對裝置安全運行帶來極大挑戰。因此，提高運行人員的素質，規范運行人員的行為，是保證物理試驗安全的首要任務。按照試驗任務及反應堆運行人員的培訓要求，制定培訓計劃，由運行室組織實施培訓，單位監管部門進行監督檢查。人員培訓工作職責明確，有人負責，有人監督，有效地實施運行人員的培訓管理。參加臨界裝置物理試驗運行的人員需經過嚴格培訓和再培訓，考核合格，其運行操作人員需取得國家核安全局批準的操縱人員相應執照，各試驗崗位人員需取得本單位相應崗位授權，并明確崗位職責。

4.4嚴格執行安全運行限制條件

在臨界裝置進行上進行物理試驗，必須嚴格執行核安全局批準的“臨界裝置運行限值和條件”進行相關物理試驗，必須遵守的運行限制條件包括且不限于以下方面：a）在進行改變堆芯的操作時，安全保護系統應投入工作，并提起安全棒，主控室應有運行人員值班；b）在運行試驗期間，控制、保護和核測量系統中任一套系統發生故障，臨界裝置應轉為次臨界狀態，直至檢修正常后，才能繼續進行試驗；c）臨界裝置的事故保護和警告信號整定值，經批準后，不得隨意更改；d）每天運行試驗結束后，臨界裝置應處于停閉狀態，使堆芯keff值<0.95，且不再進行堆芯內的任何操作；e）每天零點到早上6:00，不進行試驗運行或變更堆芯的操作；f）物理試驗堆芯反射層水的水質要求：電導率≤2.0×10-6s/cm，pH值為5.0~6.0，Cl-濃度≤0.1mg/L。

4.5加強試驗前檢查及試驗后的總結

每次開堆試驗前均要求進行反應堆狀態檢查，對控制、保護系統，緊急停堆系統等進行功能性驗證及傳動試驗，確保反應堆各系統處于正常狀態。并要求試驗完成后及時總結，按要求完成階段報告，試驗用儀器和設備及時清理、歸位，做好試驗場地的管理。

4.6重視輻射安全

輻射安全是臨界物理試驗安全工作的重要組成部分。對涉及輻射劑量較大的作業活動，如：中子注量率分布測量試驗中活化片的取出操作、脈沖中子源試驗中中子管的拔出和脈沖中子束的發射等，均嚴格按規程操作，采取穿戴伽馬蔽服及中子屏蔽服等隔離防護措施，從時間、距離、有效隔離等方面盡可能地減免運行人員和試驗人員受到的輻射劑量。同時，為及時準確地進行個人劑量監測，除熱釋光個人劑量計外，工作人員還需配備電子式個人劑量計和便攜式巡測儀。

5結束語

臨界裝置運行功率低、堆芯靈活多變、運行操作頻繁復雜，各項應用和試驗活動的管控過程中，人因因素對安全運行影響較大，在臨界裝置上進行物理試驗時，需嚴格遵守批準的試驗方案、試驗大綱及規程，在試驗過程中要注重安全分析與加強安全管理，確保萬無一失。同時，試驗的安全管理是一項需要持續改進與完善的工作，本文總結了我單位在臨界裝置上安全運行幾十年的經驗，涉及到的試驗流程及安全管理等對其它類似裝置的運行具有借鑒意義。

作者:牛 江 黃禮淵 代啟東 單位:中國核動力研究設計院反應堆工程研究所

【參考文獻】

［1］核安全導則HAD202/02.臨界裝置運行與實驗管理[S].國家核安全局.

［2］核安全導則HAD201/01.研究堆安全分析報告的格式與內容[S].國家核安全局.