小型模塊堆的“取證之旅”
（來源：微信公眾號“嘿嘿能源heypower” ID：heiheinengyuan 作者：nei）
NuScale的小型模塊化反應(yīng)堆（SMR），已得到美國核管會(NRC)設(shè)計(jì)認(rèn)證申請(DCA)的第六階段審查。這意味著，只要完成相關(guān)程序的制定，在美國境內(nèi)合法建造和使用NuScale小堆就沒有法律障礙了。通過了NRC的認(rèn)證，還意味著，它在其他國家的設(shè)計(jì)認(rèn)證預(yù)計(jì)也不會面臨太大困難。讓我們從歷史的視角，一起追溯下SMR的“取證之旅”。
盡管現(xiàn)在鋪天蓋地的宣傳小型模塊化反應(yīng)堆(SMR)的概念，但實(shí)際上從任何方面來說它都不是一個(gè)新東東。比如，為美國、法國、中國和俄羅斯的軍用船只和潛艇提供核動力的反應(yīng)堆，都是SMR。它們大部分本身就屬于小堆，比如海軍反應(yīng)堆，可以使用低濃縮或高濃縮（主要是在美國）的鈾燃料，熱功率從小于100兆瓦到幾百兆瓦，燃料循環(huán)周期約為10-30年。
目前使用SMR提供商業(yè)服務(wù)的國家只有一個(gè)，俄羅斯，他們第一個(gè)SMR(EGP-6)基本上是RBMK的縮小版本，發(fā)電功率12兆瓦，RBMK則因?yàn)榍袪栔Z貝利4號機(jī)組反應(yīng)堆廣為人知。20世紀(jì)70年代，在Bilibino核電廠建造了四座這種小型反應(yīng)堆，其中三座現(xiàn)在還在運(yùn)行。按計(jì)劃，他們將被羅蒙諾索夫號（Akademik Lomonosov）采用的船用KLT-40S型小堆替換，后者發(fā)電功率達(dá)到了52兆瓦。
世界上唯一的核動力集裝箱船是Sevmorput號，它采用的KLT-40型小堆，俄羅斯的破冰船（例如泰勒號Taymyr），也用的這個(gè)。設(shè)計(jì)KLT-40的是阿夫里坎托夫機(jī)械制造設(shè)計(jì)局(OKBM Afrikantov)，其后續(xù)型號RITM-200型將首先在LK-60Ya系列破冰船上投入商業(yè)運(yùn)行。根據(jù)設(shè)計(jì)方案，這種小堆每六到十年換料一次，電功率是55兆瓦。他們還有更大的RITM-400，輸出電功率為120兆瓦，熱功率為315兆瓦（熱）（MWth）。
其他國家在小堆方面的經(jīng)驗(yàn)則不如俄羅斯，最多就是阿根廷的25兆瓦CAREM 型小堆項(xiàng)目已經(jīng)處于建設(shè)的最后階段，而中國也正在建設(shè)第一個(gè)小堆（125兆瓦的ACP100）。其他的國家，像韓國，雖然有獲得設(shè)計(jì)許可的小堆，但還沒有感興趣的商業(yè)伙伴認(rèn)真投資建造。東芝的4S型小堆原計(jì)劃在阿拉斯加建造，但2011年被叫停了。但是比較明顯的是，在分析NuScale小堆的新型設(shè)計(jì)時(shí)，給這些小堆頒發(fā)設(shè)計(jì)認(rèn)證還是有很多知識經(jīng)驗(yàn)可供參考。
對安全性的研判
自1974年成立以來，美國核管會（NRC）的任務(wù)之一就是監(jiān)管商業(yè)核電站，包括認(rèn)證一個(gè)新的反應(yīng)堆設(shè)計(jì)在美國建設(shè)和運(yùn)行是否安全。設(shè)計(jì)認(rèn)證的有效期為15年，過期后每10至15年需重新申請一次。
在NRC的“新型核電站設(shè)計(jì)背景介紹”中，可以窺探他們在新設(shè)計(jì)中關(guān)注的方面。這里包括通過自身簡化和使用重力這種自然力，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)有設(shè)計(jì)的改進(jìn)。例如，跟二代堆的設(shè)計(jì)方案相比，三代+反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)反映了這個(gè)特點(diǎn)，后者幾乎都是使用冷卻回路的重力和熱特性來實(shí)現(xiàn)被動冷卻。
看看NuScale小堆的設(shè)計(jì)審查計(jì)劃，就可以看到認(rèn)證許可過程需要經(jīng)歷的各個(gè)階段。首次申請和接受性評審后，開始進(jìn)入真正的安全評估階段。具體到NuScale，隨著初步安全評估報(bào)告的提交(SER)，第一階段是2018年4月開始的。隨后是第二階段，根據(jù)第一階段提出的問題和補(bǔ)充新信息后，升版SER。經(jīng)過第3-6階段，終于形成最終安全分析報(bào)告(FSER)，最后NRC新申請和更新許可司司長安娜·H·布拉德福德（Anna H. Bradford）還給NuScale寫了一封信。
在NRC舉辦的關(guān)于NuScale的FSER完成的新聞發(fā)布上，他們說NRC完成了42個(gè)月完成技術(shù)審查的進(jìn)度計(jì)劃，下一步就是規(guī)則制定過程。在這個(gè)規(guī)則制定過程中，NuScale設(shè)計(jì)將獲得正式認(rèn)證。這個(gè)證書“（允許）公用事業(yè)部門在申請建造和運(yùn)營核電廠的聯(lián)合許可證時(shí)，參考本設(shè)計(jì)”。
設(shè)計(jì)是認(rèn)證的核心
FSER文件在NRC網(wǎng)站上是可以公開獲取的。第一章（“導(dǎo)言和一般性討論”）概述了NuScale 申請認(rèn)證的整個(gè)過程。它描述了分級審查方法，對于需要認(rèn)證的設(shè)計(jì)方案的不同方面使用四種不同規(guī)范中的一種，根據(jù)是否與安全有關(guān)，劃分為風(fēng)險(xiǎn)顯著(A1)，降級到與安全無關(guān)，無風(fēng)險(xiǎn)(B2)。
由于LWRs（輕水反應(yīng)堆）和SMR都不是我們之前看到的新事物，它們可以參考標(biāo)準(zhǔn)文件(NUREG-0800，“核電廠安全分析報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)審查大綱：輕水堆”，特別是SMR部分)。在與NuScale工程師的交流和會議中，NRC工作人員努力獲得所有相關(guān)問題的答案，包括B2級物項(xiàng)的失效是否會對B1級或A級物項(xiàng)產(chǎn)生影響。
對每一個(gè)物項(xiàng)，NuScale的論述都得到了仔細(xì)檢查，使用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(由NuScale的工程師提供)來支持他們的論述。NIST-1(整體系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺)是由NuScale搭建的一個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)施，用于檢查反應(yīng)堆系統(tǒng)工作狀態(tài)下，反應(yīng)堆容器和其他地方可能發(fā)生的任何狀況。NuScale編制了200多萬頁的數(shù)據(jù)和其他信息，并提交給NRC，以協(xié)助認(rèn)證過程。
工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的參與
讓NRC時(shí)刻雇傭大量工作人員，并只處理與NRC相關(guān)的任務(wù)是不現(xiàn)實(shí)的，因此，NRC的工作團(tuán)隊(duì)相對比較小。每年把很多工作合同簽署給商業(yè)公司、非營利組織和大學(xué)，這涵蓋從技術(shù)支持到具體研究的一切過程。這樣做的好處是，除了由NRC贊助的研究項(xiàng)目外，提高了NRC對任何相關(guān)領(lǐng)域的理解，包括材料科學(xué)、安全評價(jià)方法以及新技術(shù)和新材料的確切特性等。
這些信息隨后被納入監(jiān)管的相關(guān)技術(shù)文件(例如各類NUREG)，這些文件隨后被用于核反應(yīng)堆許可證的頒發(fā)和延期。NRC網(wǎng)站上設(shè)有一個(gè)大的圖書館，其中包括這些技術(shù)文件(NUREG)。所有這些都有助于使整個(gè)核能監(jiān)管程序盡可能的對公眾透明，同時(shí)也提供了涉及到的技術(shù)、材料和工藝流程的寶貴信息。
吸取教訓(xùn)
當(dāng)然，NRC的任務(wù)也包括應(yīng)對當(dāng)前事件。比如2011年時(shí)，日本東海岸發(fā)生大規(guī)模海嘯和地震，導(dǎo)致福島第一核電站發(fā)生事故。雖然日本國會（調(diào)查該事件的委員會）得出的結(jié)論是這是人為事故，導(dǎo)致了負(fù)責(zé)這個(gè)核電廠的東京電力公司(TEPCO)被國有化，但NRC還是采取了措施，以確保從這一事故中吸取的所有教訓(xùn)都將應(yīng)用于美國所有反應(yīng)堆，無論是已有的還是要建造的。
除了將東京電力公司(TEPCO)的國有化，日本還將其舊的、不充分的核監(jiān)管委員會改革成了一個(gè)新的機(jī)構(gòu)，即NRA。這個(gè)機(jī)構(gòu)大幅借鑒了NRC的特點(diǎn)，確保它盡可能公正和遵守科學(xué)精神。
雖然商用核能是最安全的電力生產(chǎn)形式，且碳足跡非常低，但商用核能的形象已被反核情緒嚴(yán)重影響。這給NuScale等初創(chuàng)公司增加了困難，因?yàn)樗麄兿肜眯⌒投汛笠?guī)模脫碳，而且目的還不僅是電網(wǎng)，還想進(jìn)入其他碳密集型領(lǐng)域，如供暖或制氫。而且NRC的開放網(wǎng)站對于這一點(diǎn)有幫助，但很少有人會花時(shí)間閱讀NRC的“綜合圖書館”或以其他方式充實(shí)自己（去接受核能）。
NuScale的FAQ的“常見問題”其實(shí)也反映了對恐核問題某種程度的悲觀。因此，在商用核設(shè)施以及相關(guān)領(lǐng)域，我們希望更加重視科學(xué)和技術(shù)，而不是抱著不正確和/或過時(shí)的信息不放。已經(jīng)討論過的安全方面是其中一個(gè)，還有一個(gè)是錯誤使用“核廢料”一詞代指LWR產(chǎn)生的乏燃料燃料，后者實(shí)際上還是快中子反應(yīng)堆的燃料。
NRC，以及其在加拿大的同行——加拿大核管會(CNSC)，用自身證明了核工業(yè)是一個(gè)受到良好監(jiān)管的行業(yè)。在這個(gè)行業(yè)里，科學(xué)家、工程師和無數(shù)其他人，一直共同努力，盡力為每個(gè)人創(chuàng)造一個(gè)更美好、更清潔的世界。