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国际原子能机构对福岛第一核电站ALPS处理水安全评估的综合报告(原文翻译中...)


原文网址https://www.iaea.org/topics/response/fukushima-daiichi-alps-treated-water-discharge-comprehensive-reports

个人英语水平有限,语法和单词特别是专有名词翻译不到位或不正确的,欢迎指正。

1. 介绍

1.1. 背景

福岛第一核电站的事故

2011年3月11日,发生了里氏9.0级的东日本大地震,随即引发了一场海啸,袭击了包括东北沿海地区在内的广大日本沿海地区,其中有几波海啸达到了超过十米的高度。该地震和其引起的海啸在日本导致大量丧生并造成大范围的破坏,大约有20000居民死亡和超过6000人受伤,并且在日本东北地区有大量的建筑和基础设施遭受了严重损坏。

在由东京电力公司(以下简称TEPCO或东电)运营的福岛第一核电站(以下简称FDNPS)中,地震导致了电力供应线路受损,而海啸则对站点的运营和安全基础设施造成了严重破坏。这两种因素的结合作用导致了站点内外电力的丧失。这导致了三个运行中的反应堆单元以及废燃料池的冷却功能丧失。沿海地区的其他四个核电站也受到了地震和海啸的不同程度影响。然而,这些核电站的所有运行中的反应堆单元都已安全停机。

尽管福岛第一核电站的运营人员努力维持控制,但1号、2号和3号反应堆的堆芯过热,核燃料融化,三个容器被破坏。氢气从反应堆压力容器中释放出来,在1号、3号和4号反应堆建筑内引发了爆炸,损坏了结构和设备,还造成了人员受伤。放射性核素从核电站释放到大气中,并沉积在陆地和海洋中。也有直接排放到海洋中。站点周围20公里范围内的人们以及其他指定区域的人们被疏散,而20至30公里范围内的人们被要求避难,后来又被建议自愿撤离。对食品的分配和消费以及饮用水的消费也受到了限制。

在稳定了福岛第一核电站反应堆的状况后,拆除工作开始进行并持续进行中。从2011年开始,也在努力恢复事故影响区域的工作,包括整治以及社区和基础设施的复建。

福岛第一核电站污染水的管理

事故发生前,从福岛第一核电站山腰流向站点后方的地下水,以每天约850m3的速率从1号至4号建筑周围的副排水口抽取,以控制地下水位并避免局部涝灾。由于此次事故,阻止地下水进入建筑物的副排水口和水泵停止运行。自从反应容器受损,并且核心中的核材料也不再被阻止在反应堆容器内之后,进入反应堆建筑物的地下水可能与放射性废料混合,导致污染水产生。此外,进入反应建筑的地下水也被用来冷却燃料残骸以此来保持反应堆的稳定。最终由于反应堆建筑的情况恶化,雨水进入了反应建筑并和燃料残骸混合。

这些具有高放射性的污染水被东电收集,并储存在站点上的专用储罐中,防止其以当前的状态流入环境(参见图1.2)。然而,由于这些核污染水具有很高的放射性并且大量储存在站点导致现场工人受到的辐射剂量增加,而且对于东电达成每年1mSv的站点边界辐射剂量造成了困难。这些难点促使东电开发了先进液体处理系统(ALPS),该系统用于从水中去除大部分放射性污染物,从而减少存储水对工人的辐射剂量。此外,东电也在尽量减少每天产生的污水量,各种水管理技术也已经部署实施,包括安装额外的处理系统和储罐,亚排水系统,以及安装海边的不透水墙(参见图1.1)
图1.1. 地下水流过FDNPS
图1.2. FDNPS的污染水储罐

ALPS以及其他处理系统的描述

正如前面提到的,存储在站点的污染水经过处理可以去除除氚以外的大部分放射性物质。ALPS系统或任何其他工业规模的系统(根据现有技术)都无法去除氚,因为涉及的水量很大且氚的浓度很低。处理流程涉及多个步骤,如图1.3所示。在经过ALPS系统处理之前,污染水会定期通过KURION和SARRY系统去除铯和锶;铯和锶占了污染水中大部分放射性物质。之后,当这些水不再用于冷却燃料残骸时,就会被送入ALPS系统处理去除另外的62种放射性核素(参见图1.4)。需要注意的是ALPS处理流程并未去除所有的放射性物质即使在处理后,水中仍会残留少量不同的放射性核素(尽管它们远低于监管限值),而氚则根本无法被ALPS系统去除。
图1.3. ALPS处理流程
图1.4. ALPS处理流程中移除放射性核素的细节

日本政府关于处理水的处置

在2013年12月,污染水处理对策委员会起草了一份文件,标题为《东京电力公司福岛第一核电站污染水处理的预防性和多层次措施,利用强化综合风险管理》翻译待定。该文件指出即使采取各种应对措施包括“移除”污染源,“重定向”污染源的地下水和“防止泄漏”由于ALPS处理水储存而导致的污染水泄漏,仍会存在有关处理ALPS处理水的问题。这将增加需要管理的储罐数量,从而增加了更多泄漏事件可能发生的可能性。

另外,在2013年12月,国际原子能机构的一次审查任务就ALPS处理水的处理提供了一条咨询意见,即“应该审查所有选择”。因此,为了评估处理ALPS处理水的多种选择,由日本政府外的技术专家组成的氚化水任务组在污染水处理对策委员会下成立。氚化水任务组于2013年12月开始审查,并于2016年6月发布了一份报告。2016年9月,污染水处理对策委员会决定成立一个ALPS小组,由来自日本政府外的技术专家组成,以从各种角度,包括社会角度,讨论处理ALPS处理水的问题。ALPS小组的目的是为日本政府提供一个独立的观点,以便在决定如何处理ALPS处理水时使用,并考虑到各方的广泛意见。

氚化水任务组和ALPS小组在六年多的时间里对这个问题进行了全面的讨论。ALSP小组组织了许多解释性会议和公开听证会,以听取关于ALPS处理水处置途径和担忧的意见。小组分析的主要议题包括:对ALPS处理水当前状况的审查,包括污染水管理和生成、储存的进展;ALPS处理水的特性;包括氚在内的放射性废物在日本国内外的处置状况;处理途径、持续时间、数量、时机和释放监测的审查;在处理ALPS处理水的情况下的声誉损害和对策。

在2020年2月,发布了一份ALSP小组的报告[3]。这份报告总结说,在详细分析了五种处置方法(在考虑了更多理论选项后)之后,考虑到安全问题、现有可用技术和时间限制,蒸发排放和控制性海洋排放是最实际的选项。报告还得出结论,相对于减轻环境和人类健康影响而言,排放到海洋中的方法“在全球范围内核电站中普遍使用;排放设施在安全方面具有良好的记录;控制性海洋排放可以被最准确地监测”。

作为对ALSP小组报告的回应,同年4月,IAEA的一个退役任务的报告指出[4]“ALPS小组提出的建议基于足够全面的分析和坚实的科学技术基础”,并指出这两个选择(蒸发排放和排放到海洋中)是“技术可行的”。

2021年4月,日本政府宣布了对于处理东电控股的福岛第一核电站ALSP处理水的基本政策,该政策包含日本政府的基本前提、相关背景以及要求将ALPS处理水排放到海洋中的概要。在基本政策中日本政府指出:“为了安全、稳步地推进福岛第一核电站的退役和污染水、处理水的管理,基于ALPS小组报告和来自相关各方的意见,将在完全遵守法律法规的条件下,实施最大限度减少声誉不良影响的措施的前提下,排放ALPS处理水。”

基本政策进一步指出:“在严格控制的条件下,将在福岛第一核电站实施ALPS处理水排放到海洋中,前提是要根据ALARA原则采取净化和稀释等措施,尽最大努力最小化风险。”为了支持这一决定,基本政策提供了背景和积极的理由,如风险减少的重要性,保护人民和环境,确保福岛重建得以支持等。此外,基本政策还强调了跨部门委员会评估其他技术方案,以处理和管理存储在福岛第一核电站的ALPS处理水方面的工作。基本政策中概述的当前方法是在约30年的时间内,进行一系列控制性的措施将ALPS处理水排放到海洋中(批量排放)。

用于排放ALPS处理水的设施

排放ALPS处理水到海洋的设施示意图(图1.5)。这些设施由四个主要组件组成。以下是简要概述,更详细的描述包含在本报告的第3部分(第3.2节)中。

  • 测量和确认设施:待排放的水被接收并由测量和确认设施中的搅拌器均匀混合。然后,东京电力公司取样并将水送到现场分析实验室。水样会被分析以检测各种放射性核素,并且东京电力公司会验证储罐中的ALPS处理水是否可以排放(即,水中留下的少量放射性物质,氚除外,是否符合国内法规限值)。
  • 转移设施:一旦通过分析验证,水将通过泵和管道从测量和确认设施转移到稀释设施。与此步骤相关的泵、管道、阀门和其他工程控制设施被认为是转移设施。
  • 稀释设施:在下游更远的地方,ALPS处理水与海水在一个称为集水管的大型管道部分中混合。海水集水管从三条管道线接收海水,每条管道线都连接到一台海水泵。5号机组的进水渠道被用作海水的来源。
  • 排放设施:由排放垂直井、排放隧道和排放出口组成。ALPS处理水的排放通过一条位于海床下约一公里海岸外的隧道进行。
    图1.5. 一个排放ALPS处理水到海洋的设施示意图

日本政府的请求和IAEA的回应

2021年4月,日本宣布了其基本政策,不久之后,日本当局请求国际原子能机构协助监测和审查与排放处理水相关的计划和活动,以确保它们将以安全透明的方式实施,并且与国际原子能机构的国际安全标准保持一致。国际原子能机构根据其法定责任,接受了日本的请求。

2021年7月,国际原子能机构和日本政府签署了有关国际原子能机构协助审查东电控股的福岛第一核电站ALPS处理水安全方面的工作任务的文件。这些工作任务文件规定了国际原子能机构用于实施审查的大致框架。这样的请求和国际原子能机构的接受,符合国际原子能机构法规中第III.A.6条所描述的国际原子能机构职能。

2021年9月,国际原子能机构派遣了一个团队前往东京,进行会议和讨论,以最终确定国际原子能机构审查的范围、关键里程碑和大致时间表的协议。团队还前往福岛第一核电站与现场专家讨论技术细节,并确定了国际原子能机构审查的关键活动和关注点。

为了以完全透明和包容的方式实施国际原子能机构的审查工作,国际原子能机构总干事成立了一个特别工作组。这个工作组在国际原子能机构的授权下运作,由一名高级国际原子能机构官员担任主席。该特别工作组包括国际原子能机构秘书处的专家,以及来自阿根廷、澳大利亚、加拿大、中国、法国、马绍尔群岛、韩国、俄罗斯联邦、英国、美国和越南等国家的广受认可的独立专家,他们在各种技术领域拥有丰富的经验。这些独立专家为国际原子能机构提供意见,并以个人专业能力在特别工作组中任职,以确保国际原子能机构的审查工作全面,充分受益于最佳国际专业知识,包括多种技术观点。

国际原子能机构主要通过分析东京电力公司、日本核安全局和经济产业省提供的文件,以及进行审查任务来进一步澄清问题并索取额外材料来开展审查。国际原子能机构还定期在2021年、2022年和2023年对福岛第一核电站进行现场访问。在2022年2月至2023年6月之间,共进行了五次对日本的审查任务,并且相应的技术报告详见附件1。在前四次审查任务之后发布的报告作为进展报告,最终结论仅在这份综合报告中首次提出。

在审查开始时,日本政府和东京电力公司提供了有关排放ALPS处理水的背景资料。随后,特别工作组根据要求或在东京电力公司准备好向相关日本政府部门(如日本核安全局)提交时,提供了额外的材料。这些信息由特别工作组成员进行审查,并成为与相关当局一起进行审查任务的基础。审查任务的目的是审查由日本政府或东京电力公司提交的参考材料,就技术问题寻求澄清,请求额外信息,并根据情况观察现场活动。

国际原子能机构已经审查了日本计划的关键安全要素,包括以下内容:

  • 待排放的处理水的放射性特性描述。
  • 处理水排放过程中与安全相关的方面,包括将要使用的设备以及用于操作的标准和准则。
  • 与保护人类和环境相关的放射性环境影响的评估。
  • 与排放相关的环境监测。
  • 监管控制,包括排放计划的授权、检查和持续评估。

国际原子能机构的审查(如图1.6所示)分为以下三个主要部分,以确保所有关键的安全要素得到充分考虑:

  • 保护和安全评估 —— 该部分重点审查实施计划、放射性环境影响评估(REIA)等由东京电力公司作为其排放ALPS处理水的监管批准提交的一部分准备的支持材料的技术方面。该部分主要涉及东京电力公司和经济产业省,着眼于东京电力公司在整个过程中的预期行动,符合相关的国际原子能机构国际安全标准。
  • 监管活动和流程 —— 该部分重点评估核安全委员会(NRA)的审查和批准过程是否符合相关的国际原子能机构国际安全标准。该部分主要涉及NRA作为负责日本核安全的独立监管机构;它只关注与NRA审查从福岛第一核电站排放ALPS处理水相关的监管方面。
  • 独立采样、数据协作和分析 —— 该部分包括所有与国际原子能机构进行独立采样和分析有关的活动,这些活动将用于协作与东京电力公司和日本政府有关排放ALPS处理水的数据。样品将由国际原子能机构实验室以及独立的第三方实验室进行分析。此外,该部分还包括对职业暴露的协作。
    图1.6. 国际原子能机构的审查组成部分
    关于国际原子能机构的审查,以及背景信息、文件、报告和其他出版物的额外信息可以在国际原子能机构福岛ALPS审查专用网站[5]上找到。

1.2. 综合报告

本综合报告的目的是呈现IAEA的最终结论和调查结果,以以评估在未来几十年将ALPS处理水排放到海洋的计划是否与IAEA的国际安全标准保持一致。

这份报告的范围与IAEA的安全审查范围相符,但还包括有关福岛第一核电站事故历史和其他相关细节的额外背景材料。IAEA的安全审查侧重于评估东京电力公司和日本政府在未来几十年内排放ALPS处理水的行动是否与国际安全标准保持一致。此外,IAEA的审查还侧重于评估日本选择的处理ALPS处理水的方法(即控制性排放到海洋)是否与国际安全标准保持一致,不评估其他潜在方法的可行性。最后,必要时,报告中还包括了有关更广泛的停用工作的解释;然而,总体而言,现场的全面停用活动被认为超出了IAEA的整体安全审查范围。

报告包含五个部分:

  • 第一部分介绍并提供一些关于污染水源、ALPS处理过程、排放ALPS处理水的设施、日本处理ALPS处理水的基本政策以及国际安全标准的背景材料。
  • 第二部分涵盖了与国际原子能机构安全基本原则中所阐述的十项安全原则的一致性评估。
  • 第三部分涵盖了排放ALPS处理水到海洋是否与国际安全标准中相关的安全要求保持一致的评估。审查涵盖了七个主题:
    • 排放和源项特征描述。
    • 控制排放系统和过程的安全相关方面。
    • 放射性环境影响评估。
    • 排放的监管控制和授权。
    • 源头和环境监测计划。
    • 利益相关方的参与。
    • 职业辐射防护。
  • 第三部分以技术语言编写,描述了国际原子能机构的审查和评估,并列出了对每个主题的评估结论。
  • 第四部分涵盖了国际原子能机构的协作活动,以评估东电和日本政府提供的数据的准确性。国际原子能机构的独立采样、数据协作和分析活动在第四部分中进行了描述。
  • 第五部分包括有关IAEA和任务组在IAEA的安全审查下多年间采取的整体下一步行动的额外信息。

1.3. IAEA国际安全标准

图1.7. IAEA安全标准的层次结构
相关的国际安全标准(详见附件2)将被作为IAEA安全审查的一部分。这些文件是保护健康、减少生命和财产危险的安全标准,包括劳动条件的标准。国际原子能机构的安全标准包括三套出版物:安全基本原则、安全要求和安全指南。其中第一套确立了基本的安全目标和保护安全原则,第二套提供了必须满足的要求,确保现在和将来对人类和环境的保护。安全指南则提供了如何满足这些要求的建议和指导。国际安全标准在协商下由联合国的有关机构和专门机构联合发起,并在适当的情况下与其合作。

安全基本原则

安全基本原则提出了基本的安全目标和保护安全原则,并为安全要求提供了基础。IAEA的安全基本原则由欧洲原子能共同体(欧共体)、联合国粮食及农业组织(FAO)、国际原子能机构(IAEA)、国际劳工组织(ILO)、国际海事组织(IMO)、经济合作与发展组织核能署(OECD/NEA)、泛美卫生组织(PAHO)、联合国环境规划署(UNEP)和世界卫生组织(WHO)共同发起。

这十项基本安全原则构成了建立防护免受电离辐射照射的安全要求的基础。为确保人类生命、健康和环境免受辐射照射,采取的安全措施是详细且技术复杂的。并尽可能以非专业读者能理解的语言草拟了这些基本安全原则。意图是向政府和监管机构的高级别人员,以及在核能和辐射源使用方面负责做出决策的人员传达安全标准的基础和理由,这些人员可能不是核能、辐射科学和技术,或辐射防护和安全事务方面的专家。应用这些基本安全原则将有助于各国安排之间更大的一致性,因此,希望所有国家都遵循并提倡这些原则。

安全要求

一套综合且一致的安全要求确立了必须满足的以确保现在和将来人们和环境的保护的要求。这些要求受到安全基本原则的目标和原则的支配。如果未能满足这些要求,必须采取措施来达到或恢复所需的安全水平。要求的格式和风格有助于以协调一致的方式建立国家监管框架。要求,包括编号的“总体”要求,以“应当”语句表达。许多要求不针对特定方,暗示适当的方负责履行这些要求。对于国际原子能机构的安全审查尤为重要的是,GSR Part 3:辐射防护和辐射源的安全:国际基本安全标准是由欧洲委员会、FAO、国际原子能机构(IAEA)、国际劳工组织(ILO)、经济合作与发展组织核能署(OECD/NEA)、泛美卫生组织(PAHO)、联合国环境规划署(UNEP)和世界卫生组织(WHO)联合发起的。

安全指南

安全指南提供了关于如何遵守安全要求的建议和指导,表明国际共识认为有必要采取所建议的措施(或等效的替代措施)。安全指南提出了国际良好实践,越来越多地反映了最佳实践,以帮助用户努力实现高水平的安全性。要求,包括编号的“总体”要求,以“应当”语句表达。许多要求不针对特定方,暗示适当的方负责履行这些要求。安全指南中提供的建议以“应该”语句表达。许多IAEA的与此次安全审查有关的安全指南是由联合国环境规划署(UNEP)联合发起的。
图1.8. 国际安全标准
根据联合国大会(UNGA)的决定,电离辐射的水平和影响由联合国原子辐射效应科学委员会(UNSCEAR)进行估算。UNSCEAR的估算每年向联合国大会提交,并可视为国际安全标准的科学和认识论基础。此外,国际辐射防护委员会(ICRP)自1928年成立以来,已制定了一个被国际公认的范式或模型。ICRP是一个非政府慈善机构,提供有关辐射防护的建议,这些建议已经被全球范围内的专业人士、机构和政府所遵循。
在IAEA政府间决策机构的正式决定[6]之后,IAEA的安全标准是在考虑了国际辐射防护委员会(ICRP)的建议的基础上制定的;ICRP的最新通用建议可以在其网站上找到,并定期发布。

2. 基于基本安全原则的一致性评估

安全基本原则指出,保护个体和集体人员以及环境的基本安全目标必须在不过分限制引发辐射风险的设施运营或活动的前提下实现。为确保设施能够以最高的安全标准运营,并合理地采取措施来开展活动,必须采取以下措施:

  • 减少人员的辐射暴露和流入环境中的放射性物质。
  • 降低可能导致核反应堆核心失控、核链式反应、放射性源或任何其他辐射源的事件发生的可能性。
  • 减轻这些事件发生时的后果。

基本安全目标适用于所有设施和活动,适用于设施或辐射源的整个生命周期的各个阶段,包括规划、选址、设计、制造、建设、投入运行,以及退役和关闭。这还包括与放射性材料的运输和放射性废物管理相关的事项。
基于已制定的十项安全原则制定了安全要求,并实施安全措施,以实现基本安全目标。这些基本安全原则构成了一个适用于整体的基础,尽管在实践中,不同的原则可能在特定情况下更或更少重要。

因此,为了验证基本安全目标是否得以实现,任务组考虑了十项基本安全原则如何适用于ALPS处理水的排放。也论了所有十项基本安全原则,以考虑日本政府和东京电力公司的行动和计划如何解决每一项原则。


文章作者: LengineerC
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