临界装置和试验安全管理探索

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【摘要】通过对临界装置及其所开展的应用和试验相关管理情况介绍，总结了临界装置相关的应用和试验流程及安全管理工作经验，对提高临界装置的安全管理水平与安全运行具有参考意义。

【关键词】临界装置；应用和试验；安全管理

中国核动力研究设计院反应堆工程研究所的临界装置获得了国家核安全局颁发的临界装置运行许可证。该装置从建立以来安全地完成了各种堆芯装载的物理试验，为多种堆芯校核了物理设计与计算，并提供了大量重要物理参数试验数据。该临界装置使用反应性仪及脉冲中子源法进行反应性测量，利用活化法开展中子注量率照射试验。本文主要对多次物理试验中的安全管理工作进行经验总结，为提高同类型临界装置的试验安全运行水平提供参考和借鉴。

1临界装置简介

临界装置又称零功率物理试验装置，是核反应堆堆芯设计研发阶段重要的试验设施，为堆芯核设计和物理计算校核提供有力保障。临界装置一般由核测量系统、控制保护系统、堆芯及堆内构件、水回路系统、控制棒驱动系统及棒控棒位系统、操作控制台、及其他专设安全设施、辐射监测系统等辅助系统组成。核测量系统包括功率测量装置和启堆中子计数装置等。保护系统包括功率保护装置和周期保护装置等。水回路系统包括回路系统、造水系统、净化系统等。控制棒驱动机构分安全棒驱动机构和手动棒驱动机构。堆芯及堆内构件是临界装置的核心，其堆芯装置结构和形式可根据试验需要形成不同装载，灵活多变，从而满足各种不同的应用和试验需求。根据冗余性和独立性的设计原则，临界装置堆芯一般都设有两套独立的核测及保护系统，从而保障装置具有足够的安全性能。临界装置堆芯及探测器布置示意图见图1。

2临界装置应用和试验的主要类型

根据不同试验需求以及临界物理试验任务书和试验方案的规定，临界装置开展的物理试验内容一般包括冷态临界试验、控制棒和可燃毒物棒微积分价值测量、停堆深度测量、卡棒次临界度、堆芯中子注量率分布及对称性测量等试验。这些试验内容均属于《临界装置最终安全分析报告》中应用和试验范围之内。归纳起来可分为三类：a）堆芯临界试验；b）堆芯反应性物理参数测量试验；c）堆芯中子注量率分布测量试验。

3临界装置应用和试验的管理流程

在临界装置上开展物理试验，首先建立严格的试验审批、安全分析的程序和流程，其流程图见图2。工作及步骤主要如下：a）制定完整的试验和运行方案或试验程序，并组织专家进行审评；b）根据试验申请和审批的管理程序进行试验的申请，在试验申请得到批准后方可开始试验的准备；c）在准备过程中，凡涉及临界装置堆芯的变更以及其它试验部件的安装及准备等所有活动都严格按运行手册中相关的规程和规定执行；d）试验准备工作完成后，由所项目管理部门组织，主管总师、质量部门、安防环保部门等共同进行试验前的状态检查，状态检查通过后方可开始试验；e）试验过程中严格遵守有关法律法规要求，遵守临界装置运行限值和条件，按照程序内的有关要求逐步完成所有任务。f）试验完成后应进行临界装置的恢复工作，拆除附加试验设施，并做好临界装置的维护和保养工作。

4临界装置应用和试验的安全管理

在临界装置上开展物理试验的过程中，严格遵守最终安全分析报告、运行手册以及运行质量保证大纲中的有关规定，确保试验的安全，圆满完成堆上各项试验的运行任务。

4.1制定完善的程序制度

在临界装置上进行物理试验时，需要根据试验任务书的要求，编制试验大纲、试验程序及试验的安全分析报告，还需针对每种堆芯试验编制试验操作卡，在操作卡中明确每项试验的目的、内容及试验条件、试验步骤、安全措施及注意事项，使操作更加明确与规范，反应堆安全能进一步得到保证。需要在临界装置的管理程序中专门编制“临界装置应用与试验大纲”，并对临界装置的应用与试验活动进行具体规定，作为临界装置应用与试验管理的依据。从管理上更加直接与规范，执行上也更加具备可操作性，使得临界装置的应用与试验运行管理进一步得到加强。针对物理试验，还需编制“堆芯物理试验装置反应性事故预防与应对措施”，对可能发生的反应性事故进行分析，制定应对措施。

4.2严格进行试验审批及安全监督

临界装置的试验审批严格按照“临界装置运行限值与条件”执行。对运行限值与条件中所规定的特殊试验，除按常规临界试验的审批程序执行外，下述特殊情况也需要进行特殊审批：a）对于要求功率倍增周期小于15s的特殊试验，须事先制定出具体安全措施，报本单位安全主管部门审查，并报国家核安全监管部门批准。b）对于试验样品反应性当量超过200pcm且小于1βeff的试验，需事先制定具体的安全措施和详细的操作步骤，报本单位安全主管部门批准；对于试验样品反应性超过1βeff的特殊试验，须事先制定出具体安全措施，报本单位安全主管部门审查，并报国家核安全监管部门批准。依据“临界装置运行监督大纲”与“物理试验运行计划”，安全主管部门也需要每年年初制定年度反应堆运行安全监督计划，按计划对临界装置运行、试验、维修、在役检查等活动进行安全监督检查。除了要加强日常的监督检查，还要针对物理试验中的关键节点进行专项监督检查。

4.3加强人员培训

由于临界装置应用的灵活性，物理试验过程中控制棒提升和下降频繁，人因行为对装置安全运行带来极大挑战。因此，提高运行人员的素质，规范运行人员的行为，是保证物理试验安全的首要任务。按照试验任务及反应堆运行人员的培训要求，制定培训计划，由运行室组织实施培训，单位监管部门进行监督检查。人员培训工作职责明确，有人负责，有人监督，有效地实施运行人员的培训管理。参加临界装置物理试验运行的人员需经过严格培训和再培训，考核合格，其运行操作人员需取得国家核安全局批准的操纵人员相应执照，各试验岗位人员需取得本单位相应岗位授权，并明确岗位职责。

4.4严格执行安全运行限制条件

在临界装置进行上进行物理试验，必须严格执行核安全局批准的“临界装置运行限值和条件”进行相关物理试验，必须遵守的运行限制条件包括且不限于以下方面：a）在进行改变堆芯的操作时，安全保护系统应投入工作，并提起安全棒，主控室应有运行人员值班；b）在运行试验期间，控制、保护和核测量系统中任一套系统发生故障，临界装置应转为次临界状态，直至检修正常后，才能继续进行试验；c）临界装置的事故保护和警告信号整定值，经批准后，不得随意更改；d）每天运行试验结束后，临界装置应处于停闭状态，使堆芯keff值<0.95，且不再进行堆芯内的任何操作；e）每天零点到早上6:00，不进行试验运行或变更堆芯的操作；f）物理试验堆芯反射层水的水质要求：电导率≤2.0×10-6s/cm，pH值为5.0~6.0，Cl-浓度≤0.1mg/L。

4.5加强试验前检查及试验后的总结

每次开堆试验前均要求进行反应堆状态检查，对控制、保护系统，紧急停堆系统等进行功能性验证及传动试验，确保反应堆各系统处于正常状态。并要求试验完成后及时总结，按要求完成阶段报告，试验用仪器和设备及时清理、归位，做好试验场地的管理。

4.6重视辐射安全

辐射安全是临界物理试验安全工作的重要组成部分。对涉及辐射剂量较大的作业活动，如：中子注量率分布测量试验中活化片的取出操作、脉冲中子源试验中中子管的拔出和脉冲中子束的发射等，均严格按规程操作，采取穿戴伽马蔽服及中子屏蔽服等隔离防护措施，从时间、距离、有效隔离等方面尽可能地减免运行人员和试验人员受到的辐射剂量。同时，为及时准确地进行个人剂量监测，除热释光个人剂量计外，工作人员还需配备电子式个人剂量计和便携式巡测仪。

5结束语

临界装置运行功率低、堆芯灵活多变、运行操作频繁复杂，各项应用和试验活动的管控过程中，人因因素对安全运行影响较大，在临界装置上进行物理试验时，需严格遵守批准的试验方案、试验大纲及规程，在试验过程中要注重安全分析与加强安全管理，确保万无一失。同时，试验的安全管理是一项需要持续改进与完善的工作，本文总结了我单位在临界装置上安全运行几十年的经验，涉及到的试验流程及安全管理等对其它类似装置的运行具有借鉴意义。

作者:牛 江 黄礼渊 代启东 单位:中国核动力研究设计院反应堆工程研究所

【参考文献】

［1］核安全导则HAD202/02.临界装置运行与实验管理[S].国家核安全局.

［2］核安全导则HAD201/01.研究堆安全分析报告的格式与内容[S].国家核安全局.