第八章核材料和实物保护PPT课件.pptx

第八章核材料管制与核设施实物保护 目录 核材料安全包括 一方面是防止破坏 造成放射性物质释放对环境的污染 一方面是防止偷盗 非法转移和非法使用 在整个核燃料循环过程中 铀的浓缩 元件制造 乏燃料运输 贮存和后处理过程是核材料最易流失的环节 应严加防范 对于核反应堆工程 则更多的是防止破坏 作为对国际核保障承诺 核燃料循环中的核材料管制承担着十分重要的责任 2 第一节核材料管制的目的 基本要求和采取的对策 一 核材料基本概念1 核材料源材料 不包括钍 特种可裂变材料 氚 锂 6及含上述物质的材料和制品都称为核材料 详见 中华人民共和国核材料管制条例 HAF0600 以下简称 条例 规定 2 直接使用核材料不需经过核素转换或进一步富集就能用于制造核爆炸装置的核材料 例如高富集度的235U 233U 钚 238Pu含量低于80 以及含上述物质的化合物 混合物 如铀 钚混合氧化物元件 和乏燃料中的钚 3 间接使用核材料除直接使用核材料以外的所有核材料 如天然铀 贫化铀 低富集度铀和钍 这些核材料必须经过进一步的浓缩转换为高富集度铀或放入反应堆中产生239Pu 才能用于制造核爆炸装置 3 二 核材料管制目的 条例 第一条明确指出 核材料管制目的 确保核材料的安全与合法利用 防止被盗 破坏 丢失 非法转让和非法使用 保护国家和人民群众的安全 促进核能事业的发展 如何防范有预谋的核走私和极端恐怖集团的袭击以及恐怖分子利用核材料进行恐怖活动 也是核材料管制的目的之一 4 三 核材料管制基本要求 条例 第四条明确指出 核材料管制的基本要求 1 保证符合国家利益及法律的规定 2 保证国家和人民群众的安全 3 保证国家对核材料的控制 在必要时国家可以征收所有核材料 5 四 核材料管制的对策核设施的运行安全是通过立法和许可证管理制度来保证 核材料安全也是通过制定核材料管制法律和实行许可证制度以及严格的监督来保证 根据 安全第一 预防为主 的方针和国际惯用的对核材料的纵深防御思想 对核材料管制所采取的主要对策 实物保护 实施技防措施和人防措施相结合的方法 达到 看住 核材料 不让核材料丢失或破坏或非法使用 核材料衡算与控制 通过核材料进出量的严格控制 定期盘存和衡算 及时 发觉 核材料的丢失 制定应急行动计划 又叫紧急情况的处置方案 一旦发觉核材料丢失 根据预先制定的应急计划 采取措施 全力侦破 追回 核材料 6 第二节核材料衡算管理 核材料衡算实物保护是从保卫角度来防止核材料被破坏或被偷盗 但由于核材料在生产过程中是处于变动状态 即对一个核材料平衡区 核材料不断地有正常的进料和出料 实物保护难以发现在正常的核材料活动掩护下的一些非法转移 以及内外勾结的少量多次转移或偷盗 为此 采取核材料衡算的办法可以及早发现这种非法的转移或偷盗 核材料衡算管理概括为三部分 记录报告系统 衡算计算方法和评价 监督检查大纲和程序 记录报告系统为核材料衡算管理 为核材料衡算系统的核查提供所需要的一切信息和数据 为此记录报告系统必须做到真实性 准确性和及时性 数据的可追溯性 技术支持文件的系统完整性是设计记录报告系统的重要指标 7 1 衡算的分类核材料衡算管理分为 件料核设施 例如各种反应堆 散料核设施 例如元件制造厂 离心分离厂和后处理厂等 件料核设施是以点件数 核对标识符和辅以定性检验来实现核材料衡算控制 不依靠测量系统提供衡算数据 散料核设施的核材料衡算必须建立在测量系统提供的测量数据基础上 这样 使衡算工作相当复杂 实现衡算十分困难 在 中华人民共和国核材料管制条例实施细则 HAF0601 中规定 对于一时达不到要求的核设施 可在许可证中规定一个达标的期限 8 2 核材料衡算方法核材料衡算采用闭合平衡的方法 闭合是指在实物盘存中 每一项的物料量必须是实测值 而所用测量系统的误差必须是已知的 核材料平衡是指加工生产过程中 核材料的不平衡差 MUF 即所谓的无名损失量 必须是在法规限定的标准误差的2倍之内 否则 就认为核材料未达到闭合平衡 有可能存在核材料的丢失 盗窃或非法转移 不平衡差的计算公式如下 MUF X Y PB K PEMUF 不平衡差 kgPB 初期存量 kgX 周期内调入量 kgK 已知损失量 kgY 周期内调出量 kgPE 衡算周期期末存量 kg无名损失量又称 核材料不明量 实质上它等于账面物料存量与实物盘存量之间的差值 一个衡算周期内的设施的MUF值可看作是设施对其核材料衡算管理好坏程度的一个量度 也是监管部门定量地评估核设施在核材料管理方面的一个关键性的定量指标 9 营运单位报出的MUF为表观MUF值 它是以周期内测量值为依据的 件料设施MUF值一般为零 而散料设施 由于测量误差 未测的存留量和未测的损失量等 一般MUF不可能为零 造成不平衡差的原因来自核材料平衡区中所有测量造成的误差 i 盘存测量产生的错误A和可能产生的非法转移B 测量误差 i是客观存在 是无法消除的 但每个核材料平衡区测量的相对标准偏差 MUF值是可以根据测量仪表 测量方法和误差传递等计算出来 见表8 1 观测造成的错误A 可以用反复核查来发现并改正 使A 0 如果MUF值超过2 MUF 则要进行核查分析 改正错误后 MUF值仍然过大 则要考虑存在非法转移的可能性 即B 0 10 表8 1各类设施的闭合平衡MUF的相对标准偏差限值设施类型 MUF 铀同位素浓缩0 2铀加工0 3钚加工厂0 5铀后处理0 8钚后处理1 0 11 3 衡算周期的确定为了能及时发现核材料丢失 还需要根据核材料性质规定衡算周期 因为核材料管制是以核不扩散为目标 因此衡算周期要保证使觉察时间小于转换时间 按当前标准 转换时间和时效目标值相当 见表8 2 且规定能觉察的最小转用速度为每年一个显著量 见表8 3 由于高浓铀及钚的转换时间短和显著量的值小 因此其衡算周期定为两个月 所以对轻水堆核动力厂而言 其衡算周期为每年至少一次 元件加工厂一般考虑每年至少一次 12 表8 2及时性目标值物料时效目标 个月 未辐照过直接使用一辐照过直接使用三间接使用十二 13 表8 3显著量表a指Pu中含238Pu低于80 的情况b包括天然铀和贫化铀 14 4 核材料平衡区 MBA 和关键测量点 KMP 为了核材料衡算管理的方便 一个衡算单位往往划分为若干个核材料平衡区 平衡区划分的原则 1 平衡区的划分应尽量与实体边界相一致 2 平衡区的大小应有利于核材料的准确测量和行政管理 3 平衡区的划分应充分采用封隔 监视系统 以减少测量工作量和保证物流测量的完整性 4 衡算的方法是清点件数还是测量 5 物料平衡计算可能达到的精度和衡算报告的简易性 6 充分考虑企业商业敏感数据的保密性 15 根据MBA划分及工艺流程特点 设置充分和必要的关键测量点 KMP 在核材料转移交接地点设物流关键测量点 KMP 1 2 在贮存或实物盘点处设置盘存关键测点 KMP A B C 发运KMP 3对于核动力厂 IAEA建议采用单一的MBA结构 在新燃料组件贮存库 堆芯和乏燃料贮存池分别设置3个库存关键测量点 并分别建立3个流动关键测量点 如图所示 KMP A新燃料组件 KMP B反应堆堆芯 KMP C乏燃料贮存水池 接受新燃料 KMP 3 乏燃料 乏燃料发运 KMP 1 KMP 2 16 第三节实物保护 一 实物保护概念核材料与核设施的实物保护 是指防止核材料的被盗和非法转移 防止核设施被破坏的保护措施和技术 简称实物保护 实物保护是一个综合性的概念 它包括 设施设计 包括平面布置等 和警卫组织 保卫制度 人防措施等软件部分 以及实体屏障 探测与报警复核系统 出入口控制等硬件部分组成 实物保护系统应具备有效性和完整性 国家实物保护的目标 创造条件将非法转移核材料或破坏核设施的可能性降低到最低限度 并提供信息和技术援助 以支持国家采取迅速和全面的措施 确定遗失核材料的地点并追回核材料 以及最大限度地减少破坏的影响 实物保护是为生产 使用 运输 处理和贮存中的核材料以及核设施的安全而制定的措施 也可看成是减少核扩散危险的一种措施 实物是相对无形物而言的 实物保护是指监督有形物免受未授权的非法转移 核保障领域的实物保护对象特指核材料和核设施 所以称核材料核设施实物保护 17 实物保护的目的 1 保证核设施和核材料的安全 2 防止无罪的或非有意的穿入保护区域 3 保证准确探测 识别 拦截和防止有意侵入保护区域 4 准确和有效控制并保证经核准者顺利出入保护区域 5 保证对突发事件及时响应 6 在应急情况下 保证消防 医疗和事故处理人员顺利出入保护区域 18 对核设施实物保护的要求 1 核设施安全监督管理部门应规定核设施的实物保护要求 以防止核设施遭受破坏 应考虑可能的放射性释放 核设施的地地理位置和国内的具体情况 2 不论核材料属于哪类等级 只要核设施有可能遭受破坏就应执行某种适当的实物保护措施 3 一个核设施执行何种实物保护措施 不仅要考虑其使用 存有核材料的类别 还应考虑遭受破坏的潜在的放射性释放给环境带来的危害 核材料的分级可能不反映这种危害性 因此 核设施的实物保护必须考虑这种危害性 4 核设施放射性释放的危险程度与遭受破坏的方式 核设施的设计状况和安全性有关 因此 应针对不同的核设施遭受破坏的后果严重程度作专门评价 在这方面 核安全专家与实物保护专家应密切配合 19 二 核材料和核设施的实物保护级别核材料和核设施的实物保护级别取决于 核设施或核材料的风险等级 国家设计基准威胁 放射性后果 20 核材料分级 分类 核材料的分类是基于 制造核爆炸装置的材料的潜在风险为依据 这种风险本身取决于 核材料的类型 钚 铀 钍 同位素组分 特别是易裂变同位素含量 物化状态 稀释程度 辐射水平和核材料数量 按照转为军事目的或作为恐怖工具难易程度 制造核爆装置所需的化学和物理过程越少 则核材料所属的类别就越高 例如钚和高富集度铀属于最高类别 低富集度铀 天然铀 贫化铀和钍则依次属于较低的类别 中华人民共和国核材料管制条例实施细则 HAF0601 第25条规定了我国核材料的实物保护等级划分 见表8 4 21 表8 4中国核材料实物保护等级划分 22 核材料实物保护等级划分的依据核材料实物保护分级涉及方面 固定场所的警卫和守护 固定场所的实体屏障 固定技防措施 核材料的运输保卫等 对不同级别的核材料和核设施其实物保护要求的内容和程度显然是不同的 HAF0601对一 二 三级核材料的实体屏障的要求作了明确规定 其中要求建立完整 可靠的实体屏障 23 3 核设施实施分级 分区实物保护3 1设计基准威胁对核设施可能遭受到的各种威胁要素应进行分析和归类 整理出设计基准威胁 可能的威胁要素主要包括 潜在犯罪分子的类型 动机 规模 能力和可能采用的手法和策略 其中潜在犯罪分子包括外部 内部和内外勾结等多种类型 核设施的设计基准威胁在报呈国家主管部门审批后 方可作为设计实物保护系统的依据 根据保护的重要程度和潜在风险 执行核设施的实物保护分级 一级 二级 三级 和分区 要害区 保护区 控制区 保护 24 3 2核设施实物保护的分级核设施实物保护的分级依据 核设施在遭到破坏后可能产生的放射性释放对公众和环境的危害程度 核设施中核材料的类型 数量 富集度 辐射水平 物理和化学形态 核设施所处地理位置及具体情况等因素 核设施分为三个实物保护级别 在设施级别与核材料级别划分不一致时 应按其中的最高等级确定核设施实物保护的级别 25 实施一级实物保护的核设施 a 核材料数量达到一级实物保护的设施 b 堆芯热功率在100MW th 以上的反应堆装置 c 包含一部分新近卸堆的乏燃料 且总量大于1017Bq铯 137的乏燃料池 d 独立存放和处理高放废液的设施 e 乏燃料元件后处理设施等 26 实施二级实物保护的核设施 a 核材料数量达到二级实物保护的设施 b 堆芯热功率为2 100MW th 的反应堆装置 c 独立存放和处理高放固体废物及中放废液的设施 d 含有需作主动冷却处理核燃料的乏燃料池 e 若发生不受控临界事故 其影响可能波及周界外超过0 5千米范围的设施等 27 实施三级实物保护的核设施 a 核材料数量达到三级实物保护的设施 b 堆芯热功率小于2MW th 的反应堆装置 c 独立存放和处理中放固体废物及低放废液的设施 d 若失去屏蔽 直接外照剂量率在1米处超过100mGy h的设施 e 若发生不受控临界事故 其影响可能波及周界外0 5千米范围内的设施等 28 3 3核设施的分区保护核设施的实物保护区域划分为 控制区 保护区和要害区 实行分区保护与管理 实施一级实物保护的核设施设控制区 保护区和要害区 实施二级实物保护的核设施设控制区和保护区 实施三级实物保护的核设施设控制区 三区呈纵深布局 即要害区在保护区内 保护区在控制区内 29 实施一级实物保护的核设施所涉及的核材料 装置 设备 配套没施和安防中心 如主控室 核反应堆及其辅助厂房 核燃料库房 安全级发电机房 安全级冷却剂循环泵 高放废液处理设备 乏燃料元件处理主工艺厂房 保卫控制中心等 都应置于要害区 实施二级实物保护的核设施所涉及的核材料 装置 设备 配套设施和安防中心 如主控室 核反应堆及其辅助厂房 核燃料库房 应急发电机房 冷却剂循环泵 低浓铀浓缩设备 中放废液及高放固体废物处理设备 保卫控制中心等 都应置于保护区 实施三级实物保护的核设施所涉及的核材料 装置 设备 配套设施和安防中心 如主控室 核反应堆及其辅助厂房 核燃料库房 低放废液及中低放固体废物处理设备 保卫值班室等 都应置于控制区 30 三 实物保护系统设计和评价 确定实物保护系统目标 1 掌握核设施的运行特点和状况 包括厂区边界位置 建筑物位置 建筑物内部平面布置 出入口 工艺流程和已有的实物保护设施及运行状况 2 确定设计基准威胁 DBT 设计基准威胁考虑敌人的类别 战术 装备和行为能力等 这是核设施进行实物保护系统设计的前提 设计基准危险DBT不是技术问题 它主要是政治和社会问题 由政府部门定 在美国的联邦法规 10CFR PART73 中对核设施及核材料的实物保护的设计基准威胁 作了明确的规定 恶意袭击 偷盗或非法转移 31 实物保护的设计要求实物保护系统必须具备探测 延迟 响应功能 为使实物保护系统的有效性和完整性得到提高 应充分考虑以下原则 1 纵深防御核设施的实物保护应分区保护 层层设防 采用多种技术手段和探测技术使防范对象必须依次避开或突破实物保护系统的保护器件 纵深防御能使防范对象在侵入过程中越来越感到深不可测和困难 攻击该系统以前需做更多的准备工作或中途放弃破坏企图 起到一个遏制作用 2 均衡防护对保护目标的保护措施尽量作到平衡 使所有可能的入侵路径具有等同的防范效果 包括相似的延迟效果和探测概率 不论防范对象如何企图达到其目的 总会遇到实物保护系统的有效设备 不存在薄弱环节 3 冗余原则实物保护系统的主要设备应有冗余 包括探测器 通讯手段 供电等 4 有效性和完整性实物保护系统首先考虑系统的有效性 完整性确保可靠 其次是设备的先进性 一般采用比较成熟的技术 实物保护系统的各组成部分构成一体 且相互补充 不留漏洞即完整性 各组成部分的运行是否正常 能否发挥预定功能即有效性 32 实物保护的功能要求实物保护系统必须具备的基本功能有探测 延迟 响应 1 探测探测就是发现防范对象的行动包括探知公开的或秘密的行动 探测过程的组成 探测器对异常事件作出反应并引发报警 报告并显示信息 分析这些信息并判断报警是否有效 探测功能还包括进入控制 探测功能的有效性量度是指感知入侵者行动的概率和报告并复核报警所需的时间 探测器在触发后 报告和完成报警复核的时间越短 则系统的探知概率Pd越接近探测器的探测概率Ps 33 2 延迟延迟是实物保护系统的第二项功能 是指使防范对象入侵进展变缓慢的手段 它可以靠实体屏障 门锁和被激活的延迟器件来实现 固定的且保护起来的警卫也可以看起到延迟作用 延迟有效性的度量是防范对象 被探知后 避开或突破某个延迟设备所需的时间 尽管防范对象在被探知前也许受到过延迟 但这种延迟对实物保护的有效性是没有价值的 因为它不能增加对防范对象做出响应的时间 34 3 响应响应功能由警卫部队采取的用于阻止防范对象破坏行动得逞的各种行动组成 响应包括截住和制止两部分 截住被定义为响应部队到达能使防范对象开始停止行动的部位 制止就是在防范对象达到其破坏目的前使其停止的行动 此功能的有效性度量是响应部队的战斗能力的表现 实物保护系统必须能实现探测 延迟和响应这三项功能 且必须在短于防范对象完成其破坏行动所需时间的一段时间内实现 35 实物保护的组成 1 实体屏障实体屏障的作用是划定不同区域 控制人员出入 防止未获准的进入以及阻碍和延迟非法入侵 核设施的实体屏障应完整封闭 各区实体屏障的材料 结构 建造要求以及照明设备应满足法规要求 2 出入口控制核设施人员和车辆应分别设置出入口 设置门禁系统 使用不易伪造的不同证件出入相应区域 严格控制出入要害区的人数 保护区和要害区人员和车辆出入口应具备检查手段 对破坏工具 违禁品和放射性物品进行检查 控制区和保护区车辆出入口应设有车辆减速装置 3 周界探测与报警复核核设施的保护区和要害区周界必须装设由外部探测器 内部探测器 报警评价 出入控制 报警通讯等技术防范装置组成的技术防范系统 周界是指围绕被保护区域的闭合屏障 探测是对非法入侵保护区 要害区的人员和车辆的探测 报警复核主要由电视监控装置完成 复核的目的是对报警信号进行判别 同时 还应考虑信号传输技术和安全问题 保卫控制中心的人因工程 36 4 保卫控制中心保卫控制中心应具备以下功能 同时接受多路报警 并有声 光显示报警位置 报警时 自动启动电视监控并进行复核 记录与打印 接受 记录和打印各种出入口人员和车辆进出信息 完备的通讯手段和24h值班 能维持24h以上的备用电源 5 通讯系统核设施实物保护系统应具备方便 有效的有线和无线通讯联络手段 应具有响应快速 报警功能 直呼与群呼 安全可靠等基本功能 同时要考虑通讯手段的多样性和多重性 尤其是在保卫控制中心 重要的出入口 响应力量值班室等部位 除以上技术措施外 完善的组织机构和足够的响应力量也是必不可少的 37 实物保护系统的设计和评价在设计实物保护系统时 应遵循一些通用的原则 以及相关法规的要求 并作到与核设施同时设计 同时施工 同时运行 对已运行的实物保护系统评价时一般不允许进行涉及模拟做案团伙穿越屏障或盗窃核材料和警卫部队执行响应功能的试验 故采用以单项或子系统的性能试验为基础 通过应用系统模拟技术 将部件的有效性估计值组合成系统的有效性估计值 进行评价 38 实物保护系统的设计和分析过程 39 实物保护系统方案改进对任何一个初步设计的实物保护系统 都必须进行有效性评价 找出其不足之处 提出进一步改进的措施 修改实物保护系统方案设计 实物保护系统的目标也可能需要重新评价 对修改后的实物保护系统还要进行再分析评价 该循环过程一直持续到其结果已表明实物保护系统能实现保护目标为止 40 第四节核材料管制的监督检查 根据 中华人民共和国核材料管制条例 及其 实施细则 的规定 我国对核材料管制实施了全面地监督 作了大量的工作 包括 核材料许可证的颁发 在发放核设施建造许可证之前有关核材料管制的设计审查 对营运单位材料管制开展年度例行检查