放射性貨包運輸風(fēng)險控制目標(biāo)探討

王學(xué)新，孫樹堂，孟東原，郝嘉欣，李俊，閆峰，王雨萱

（1.中國輻射防護(hù)研究院，太原 030006，2.南京師范大學(xué)，南京 210023）

美國學(xué)者Fell 等[1]研究認(rèn)為“可接受安全準(zhǔn)則是連接風(fēng)險分析和風(fēng)險管理的重要一環(huán)”。安全分析的本質(zhì)目的是要找到一個“可接受的”安全水平。無法最終判定其風(fēng)險可接受水平或沒有明確的安全目標(biāo)則安全分析工作將失去意義。風(fēng)險指引（Risk-Informed）技術(shù)在核能等領(lǐng)域的應(yīng)用推進(jìn)了相關(guān)行業(yè)安全性的顯著提高，尤其在核電領(lǐng)域。隨著相關(guān)技術(shù)的逐漸成熟，英國、美國、荷蘭、澳大利亞等一些國家均已逐步針對威脅設(shè)施制定了風(fēng)險管理的一般指南，相繼提出了一些可接受風(fēng)險的相關(guān)準(zhǔn)則。放射性貨包運輸領(lǐng)域中風(fēng)險指引方面的應(yīng)用較少。在放射性運輸安全分析中主要是依據(jù)確定論方法進(jìn)行事故后果估算，風(fēng)險分析還停留在半定量階段。

本文希望通過結(jié)合放射性運輸?shù)奶攸c，提出針對于放射性物質(zhì)運輸風(fēng)險目標(biāo)的判別形式及相關(guān)閾值建議。在參考了國外相關(guān)經(jīng)驗基礎(chǔ)上，提出擬用于放射性運輸安全管理的風(fēng)險矩陣，并推薦各類嚴(yán)重程度的事故概率和后果的劃分閾值，并對比國外的類似風(fēng)險值進(jìn)行探討。

1 放射性物質(zhì)運輸安全的特殊性

核電廠采用概率安全分析（PSA）和風(fēng)險指引（Risk-Informed）的方法對放射性物質(zhì)運輸風(fēng)險目標(biāo)的制定有非常好的指導(dǎo)和借鑒意義。核電廠提出的以“堆芯損壞頻率（CDF）”來反映系統(tǒng)失效和“大規(guī)模放射性釋放頻率”反映包容屏障失效的雙指標(biāo)形式作為其概率安全目標(biāo)的方法[2-4]，卻并不適用于放射性物質(zhì)運輸?shù)娘L(fēng)險目標(biāo)的制定。

我國放射性運輸安全分析更多的是停留在確定論下的事故后果估算層面。國際上針對放射性物質(zhì)運輸風(fēng)險目標(biāo)的研究工作也開展較少，鮮有見到相關(guān)研究進(jìn)展和成果發(fā)布。究其原因，一方面，PSA 研究需要大量研究經(jīng)費支持和可靠性基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐；另一個原因則是放射性運輸有自己鮮明的特點，就是不同貨包類型間內(nèi)容物、源項、輻射類型等差別巨大，事故工況下輻射后果存在數(shù)個量級的差距。這也是國際原子能機構(gòu)（IAEA）提出對放射性貨包“分類管理”思想的一個主要原因。

放射性物質(zhì)運輸安全很大程度上依靠運輸容器的安全設(shè)計來保障，以實現(xiàn)對放射性內(nèi)容物的臨界安全、屏蔽、傳熱、包容等方面的控制。IAEA 發(fā)布的專門安全要求《Regulations for the Safe Transport of Radioactive Material》（No.SSR–6）以及GB 11806 中對不同類型貨包其包裝的設(shè)計基準(zhǔn)提出了不同要求，并要求相應(yīng)的試驗驗證。例如，對用于裝載低比活度物質(zhì)（LSA）和表面污染物體（SCO）的工業(yè)型貨包（IP），其設(shè)計上僅需滿足正常運輸條件下遇到的一些事件：噴水試驗、（1m）自由下落試驗、堆積試驗、（落棒）貫穿試驗，因此該類貨包不需要在隔熱、包容等方面提出嚴(yán)格的設(shè)計要求。裝載乏燃料、一類放射源等的B 型貨包，除了要滿足正常運輸條件的驗證能力外，還需要滿足表征基準(zhǔn)事故工況載荷的考慮。它包括：9 m 自由下落試驗或9 m 壓碎試驗、（1 m）貫穿試驗、火燒試驗（30 min、800 ℃）、水浸沒試驗等嚴(yán)苛的考驗。如果同時屬于易裂變貨包，則還需要開展泄漏試驗。對裝載內(nèi)容物活度超過105的A2 值并用于空運的C 型貨包還應(yīng)該滿足更嚴(yán)苛的要求，即需進(jìn)行200 m 深強化水浸沒試驗、擊穿–撕裂試驗和1 h 強化耐熱試驗。

雖然在運輸容器設(shè)計中會基于各自的設(shè)計準(zhǔn)則要求提高容器應(yīng)對各種事故工況的能力，但由于不同類貨包關(guān)注的安全問題不同，其設(shè)計或側(cè)重于屏蔽，或側(cè)重于包容，或側(cè)重于臨界控制。就整個放射性貨包安全分析來說，難以找到類似CDF 和LERF 的指標(biāo)來反映各型貨包的安全水平。因此要如核電廠般的給出單一指標(biāo)的概率安全目標(biāo)明顯是不合適的，這是放射性運輸安全不同于核電廠的主要特點。

放射性運輸安全的另一個特點是，嚴(yán)重事故下的總釋放源項遠(yuǎn)低于核設(shè)施事故的。故IAEA 在核事故威脅分類時將放射性運輸活動劃入第Ⅳ類威脅[5]。因此對放射性運輸活動制定風(fēng)險可接受準(zhǔn)則時不應(yīng)過分保守。但運輸事故地點不確定，沒有安全邊界，縱深防御能力不如核設(shè)施，存在直接影響公眾和環(huán)境的可能。

2 放射性物質(zhì)運輸風(fēng)險可接受判別形式的初步構(gòu)想

2.1 放射性物質(zhì)運輸風(fēng)險目標(biāo)的構(gòu)成形式

IAEA 將放射性貨包分為工業(yè)貨包（IP）、A 型貨包、B 型貨包和裝載限值更高的C 型貨包等，是按照裝載不同貨包內(nèi)容物假想事故下的潛在威脅分類的。放射性運輸風(fēng)險則應(yīng)按照貨包事故后果大小和發(fā)生率綜合分級。如果某種運輸活動造成的事故后果嚴(yán)重，且事故發(fā)生期望值大，則其潛在風(fēng)險水平高；反之則屬于低風(fēng)險活動。

據(jù)此分析，風(fēng)險矩陣（表1）應(yīng)是一種適用于放射性物質(zhì)運輸風(fēng)險可接受度（或稱風(fēng)險目標(biāo)）的判別形式。美國核管會（NRC）和美國能源部（DOE）對非反應(yīng)堆核設(shè)施就是采用該判別形式進(jìn)行設(shè)施安全水平的威脅分類。

表1 風(fēng)險矩陣的基本構(gòu)成形式Tab.1 Basic form of risk matrix

2.2 事故嚴(yán)重程度表征指標(biāo)和相關(guān)閾值探討

2.2.1 國外對輻射事故嚴(yán)重程度的劃分

風(fēng)險矩陣構(gòu)成的2 個維度是后果和概率。其中事故后果嚴(yán)重度如何表述是值得討論的一個問題。嚴(yán)重程度常以金錢、生命等指標(biāo)來表述，但由于不同損失與金錢的換算關(guān)系不統(tǒng)一，以及地區(qū)間經(jīng)濟發(fā)展的不均衡，均會對以金錢作為衡量標(biāo)尺帶來影響。因此以生命損失作為嚴(yán)重程度的指標(biāo)的廣泛性更高。絕大多數(shù)事故嚴(yán)重性采用死亡人數(shù)定性，少數(shù)引入生命損失方面的估算指標(biāo)。

輻射事故中，急性致死率是一種量化指標(biāo)，但其輻射遺傳效應(yīng)同樣是非常重要的事故后果指標(biāo)，且存在非常大的社會影響。因此輻射事故嚴(yán)重程度中僅考慮“急性照射致死”后果而忽略遺傳效應(yīng)的貢獻(xiàn)是不保守的。在“癌癥致死”方面存在多個相關(guān)指標(biāo)參數(shù)，如：可歸因致死癌概率、非致死癌加權(quán)概率、嚴(yán)重遺傳效應(yīng)加權(quán)概率、損傷壽命損失率等。要綜合考慮這些因素，但其加權(quán)推導(dǎo)所引入的誤差是難以評判的。

美國NUREG–1520[6]對核設(shè)施威脅分類中直接采用輻射劑量作為事故嚴(yán)重程度的劃分依據(jù)，見表2。NUREG–1520 中將事故后果分為“輕微”“中等”和“嚴(yán)重”3 類，并以場外公眾輻射劑量（RD）為指標(biāo)，將核設(shè)施事故導(dǎo)致場外公眾遭受大于250 mSv 劑量的劃為嚴(yán)重事故，公眾個人所受劑量小于50 mSv 的事故則屬于輕微事故。

表2 NUREG–1520 中對各類事故的輻射劑量嚴(yán)重程度的劃分Tab.2 Classification of radiation dose for accident severity in NUREG–1520

NUREG–1520 的事故嚴(yán)重程度劃分思路值得借鑒，其優(yōu)點在于該指標(biāo)容易通過事故分析和后果估算得到，減少了各指標(biāo)間換算的誤差引入，有利于核行業(yè)間的事故后果比較。但該分類閾值是基于核設(shè)施事故后果制定的，畢竟核設(shè)施事故的源項及后果比放射性運輸要大得多。因此放射性運輸事故的后果劃分閾值應(yīng)考慮其適用度。例如，當(dāng)發(fā)生運輸事故導(dǎo)致事故點附近公眾受到50 mSv 的輻射后，對應(yīng)的事故劃定為輕微事故是否可被公眾接受？

美國能源部發(fā)布的DOE–STD–3009[7]中，根據(jù)事故對人員或環(huán)境的影響以“可忽略”“較小”或“明顯”等差別，將事故后果劃分為“無影響、低嚴(yán)重度、中等嚴(yán)重度、高嚴(yán)重度”等4 類。在如何區(qū)分事故影響程度方面，DOE–STD–3009 的定義是籠統(tǒng)的，定性表述在實際應(yīng)用中難以操作，分類結(jié)果因人而異。

2.2.2 對放射性運輸事故嚴(yán)重程度的閾值討論

我國GB 6249—2011《核動力廠環(huán)境輻射防護(hù)規(guī)定》[8]中規(guī)定：“發(fā)生極限事故（后果為大量放射性物質(zhì)釋放），非居住區(qū)邊界上公眾在事故后2 h 內(nèi)以及規(guī)劃限制區(qū)外邊界上公眾在整個事故持續(xù)時間內(nèi)可能受到的有效劑量應(yīng)控制在100 mSv 以下”。極限事故為發(fā)生頻率極低（預(yù)計每年為10?6～10?4）的事故，這類事故的后果包含了大量放射性物質(zhì)釋放的可能性?？梢岳斫鉃槲覈鴩鴺?biāo)將事故后果輻射劑量100 mSv 作為核設(shè)施嚴(yán)重事故后果的劃分閾值，超過該劑量閾值則可認(rèn)為是不可接收的嚴(yán)重事故。該閾值相較于NUREG–1520 中提出的250 mSv 更保守些。但考慮到核設(shè)施事故源項和后果嚴(yán)重程度遠(yuǎn)大于貨包的釋放源項，因此需要重新考慮對放射性運輸?shù)膰?yán)重事故劃分閾值。

根據(jù)IAEA 發(fā)布的《International Nuclear and Radiological Event Scale-INES's Manual 2008 Edition》[9]第4 章中建議的事故分類可知，對包括放射運輸貨包發(fā)生丟失被盜、屏蔽減弱及貨包安全防護(hù)失效（如事故性泄漏）等事故工況給出對應(yīng)的縱深防御級別和事故分級，其中將各類放射性運輸事故的后果對應(yīng)劃定在INES 事故級別的2～4 級事故范疇。再結(jié)合表3中2～4 級事故對應(yīng)的受照劑量水平表述：“有一名公眾成員所受照射的有效劑量超過10 mSv，或有一名工作人員受到的照射超過法定年劑量限值”，可知即使考慮了放射性運輸事故中最嚴(yán)重的工況“內(nèi)容物泄漏”，輻射后果也應(yīng)在100 mSv 以下的量級水平。由此可認(rèn)為，IAEA 對放射性運輸事故輻射后果的認(rèn)知也基本在該量級水平。

表3 《風(fēng)險評價導(dǎo)則》對各事件發(fā)生概率的定性表述Tab.3 Qualitative description of accident probability in"Risk Assessment Guidelines"

作為放射性運輸領(lǐng)域的綱領(lǐng)性標(biāo)準(zhǔn)IAEA–SSR6的配套咨詢解釋文件“IAEA SSG–26”附錄I 中[10]明確指出，作為IAEA 放射性貨包分類的基礎(chǔ)假設(shè)條件是，基于發(fā)生事故后“貨包附近受照射人員所受的有效劑量或預(yù)期有效劑量不會超過50 mSv 的參考劑量”。這可以理解為，IAEA 認(rèn)為放射性貨包嚴(yán)重事故下的輻射后果應(yīng)能控制在50 mSv 水平附近。因此本文建議將以“50 mSv”作為判別是否達(dá)到嚴(yán)重事故的輻射劑量閾值。

放射性運輸貨包分類的核心是基于IAEA 提出的“Q 體系”思想。Q 體系通過典型劑量學(xué)模型來推導(dǎo)貨包內(nèi)容物的限值[11]?；径x為以裝載內(nèi)容物活度量小于A1（或A2值）的貨包命名為A 型貨包，而A 型貨包被定義為在早期假想事故（即“基準(zhǔn)事故”）下的貨包損傷后果是可接受的一類貨包。這一假想事故最終的后果定義為“在損傷貨包距離3 m 處3 h 所受的全身劑量不大于30 mSv”[10]。則基于IAEA TECDOC–953對“貨包受損類事故”的隔離距離取30 m 的建議值，采用簡單的劑量外推方式，可導(dǎo)出在30 m 隔離邊界處的人員全身劑量約為3 mSv。本文中建議以3 mSv作為設(shè)計基準(zhǔn)事故下輻射劑量的判別閾值。

通常認(rèn)為，中等事故可能出現(xiàn)貨包受損和人員超劑量限值的照射；而輕微事故通常來自于運輸過程中等車輛刮擦故障等，一般不會導(dǎo)致貨包的損傷，對人員帶來的輻射劑量不在預(yù)期內(nèi)，但能控制在個人劑量限值內(nèi)。因此，本文建議以GB 18871—2002中公眾年個人劑量限值1 mSv 作為輕微事故劑量的判別閾值。

2.3 事故概率的分級劃分探討

澳大利亞其發(fā)布的《風(fēng)險評價導(dǎo)則》中，對各種事件發(fā)生概率通過定性表述給予區(qū)分（見表3）。它對概率量級的判斷依據(jù)也將為我國對事故發(fā)生頻率的劃分提供借鑒。

美國能源部 2006 年發(fā)布的安全標(biāo)準(zhǔn)DOE–STD–3009，將事故發(fā)生頻率分為4 類，并給出用于不同事故概率的劃分閾值。各類事故概率的定義如表4 所示。

表4 DOE–STD–3009 用于事故概率劃分的依據(jù)Tab.4 Basis of accident probability division in DOE-STD-3009

我國對事故概率可接受程度的邊界還沒有出臺一個明確的劃定標(biāo)準(zhǔn)。通常在核安全分析領(lǐng)域，普遍將低于10–7的發(fā)生概率認(rèn)為是不可信的，但對其他事故發(fā)生頻率的意義和判斷并沒有明確的定義和劃分，也缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或?qū)t作為指導(dǎo)。

從對前述各國外機構(gòu)在事故概率分級方法的對照分析可知，DOE 發(fā)布的安全標(biāo)準(zhǔn)DOE–STD–3009中，對發(fā)生事故可能性等級的劃分更加細(xì)化，與類似頻率事故的描述有較好的相似性，更符合公眾對事故發(fā)生率的認(rèn)知程度。因此，可借鑒其作為制定放射性運輸風(fēng)險矩陣中的事故率劃分。

2.4 對放射性物質(zhì)運輸風(fēng)險目標(biāo)——風(fēng)險矩陣的建議

鑒于放射性運輸活動中內(nèi)容物源項差別大、容器固有安全性不同、貨包類型多等特殊性，采用單一指標(biāo)的風(fēng)險控制目標(biāo)難以反映不同類型貨包的安全水平。因此，建議以風(fēng)險矩陣的形式，分類判定其風(fēng)險目標(biāo)是否可接受。

綜合前述分析，本文給出對放射性物質(zhì)運輸風(fēng)險矩陣的初步建議如表5 所示。該風(fēng)險矩陣由不同程度的事故后果和事故發(fā)生率分布共同構(gòu)成。通過對不同事故的嚴(yán)重程度分類，再結(jié)合其事故發(fā)生率來判斷該類事故風(fēng)險是否可以接受。

表5 對放射性物質(zhì)運輸事故風(fēng)險矩陣的建議Tab.5 Recommendation for risk matrix of radioactive material transport accidents

事故嚴(yán)重性擬由輕到重依次分為4 級。矩陣中事故嚴(yán)重程度的分級，以事故點隔離邊界的公眾個人所受劑量劃分。之所以未以工作人員劑量作為事故后果的判定標(biāo)準(zhǔn)是考慮到對現(xiàn)場事故應(yīng)急人員后果評估時，往往考慮很多防護(hù)措施的影響，例如劑量分擔(dān)、呼吸保護(hù)等措施。這種理想化的干預(yù)結(jié)果，往往使工作人員的輻射后果難以與事故的嚴(yán)重度保持正相關(guān)，而隔離區(qū)邊界公眾劑量相對更能直接反映事故的嚴(yán)重程度。

事故發(fā)生率的分類方面，風(fēng)險矩陣擬采用與DOE–STD–3009 相 同 的 概 率 劃 分 方 法。因 為DOE–STD–3009 在事故概率等級劃分方面更加細(xì)化，與NUREG–1520 相比略保守，如NUREG–1520 將P低于10?5/年事故作為概率等級中最不可能發(fā)生的一級；DOE–STD–3009 則以概率在10?4>P>10?6事故作為設(shè)計基準(zhǔn)事故水平，將P低于10?6/年的事故作為概率級別最低的超設(shè)計基準(zhǔn)的嚴(yán)重事故，這與我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的認(rèn)知更為接近。

3 放射性物質(zhì)運輸風(fēng)險可接受邊界的探討

3.1 各國間對風(fēng)險可接受度的異同

世界各國對風(fēng)險水平方面的認(rèn)識總體趨近但存在差異，這與各國間政治、經(jīng)濟及意識形態(tài)等因素相關(guān)。

英國安全健康委員會（HSE）以家中觸電年死亡率和交通事故年死亡率為基礎(chǔ)展開研究。采用觸電和交通為參照的原因是任何人對意外造成的傷害總是高估的并難以接受，而對常見事故傷害的預(yù)期是易于接受的。HSE 提出的不同類型活動的風(fēng)險接受水平[12]如下：10?3為所有行業(yè)工人在職業(yè)年限內(nèi)可容忍的死亡風(fēng)險水平；10?4為公眾最大可容忍的常規(guī)電站年致死風(fēng)險水平；10?5為公眾最大可容忍的新建核電站年致死風(fēng)險水平；10?6為無須進(jìn)一步安全改進(jìn)的可接受的年致死風(fēng)險水平。

在1953 年，荷蘭曾針對洪水危害提出個人溺水死亡的風(fēng)險水平為10?6[13]，并寫入相關(guān)法規(guī)中。隨著對風(fēng)險研究的深入，研究人員認(rèn)為風(fēng)險不應(yīng)是針對所有個人的，而是根據(jù)所處區(qū)域來決定。此外，考慮到風(fēng)險可接受度與公眾意愿關(guān)系密切，荷蘭防洪技術(shù)委員會（TAW）提出：對主動意愿強的活動及不情愿的活動分別設(shè)定個人風(fēng)險可接受標(biāo)準(zhǔn)范圍為10?3/年～10?6/年[14]，即致死率低于10?6/年是可接受的，大于10?3/年則被認(rèn)為是不可接受的。

在20 世紀(jì)60 年代，美國癌癥患病率研究中提出以10?8/年為可接受的安全水平。1977 年，在考慮了社會、科學(xué)和經(jīng)濟等因素后將其修改為10?6/年，該數(shù)值在隨后一直被視作可接受風(fēng)險水平的標(biāo)準(zhǔn)[15]。針對核電廠事故風(fēng)險，NRC 早期定量健康目標(biāo)（EQHO）為“反應(yīng)堆事故對附近個人急性死亡的平均風(fēng)險不應(yīng)超過由其他事故而致急性死亡風(fēng)險的0.1%”，則由美國其他事故急性死亡風(fēng)險為5×10?4/年可導(dǎo)出核電站個人急性死亡風(fēng)險目標(biāo)約為5×10?7/年。

我國在風(fēng)險評價方面的結(jié)論相對較少，胡二邦[16]在其著作《環(huán)境風(fēng)險評價實用技術(shù)和方法》中提出了對不同風(fēng)險水平可接受程度的定義（表6）。

表6 我國一些風(fēng)險可接受程度的研究成果Tab.6 Some research results of risk acceptability in China

3.2 放射性運輸風(fēng)險矩陣的適用性探討

針對表5 提出的放射性貨包運輸風(fēng)險矩陣，本文嘗試性地對不同事故嚴(yán)重程度給出對應(yīng)的風(fēng)險可接受邊界進(jìn)行討論。矩陣中提出的嚴(yán)重放射性運輸事故與設(shè)計基準(zhǔn)事故之間的輻射風(fēng)險可接受度邊界為0.05×10?6Sv/年，該類事故范疇被認(rèn)為是涵蓋乏燃料或高放廢物等本身具備高輻射危害的放射性運輸活動風(fēng)險。以國際放射防護(hù)委員會（ICRP）60 號出版物建議的輻射所致標(biāo)稱癌癥致死危險系數(shù)為4.0×10?2Sv?1[11]，可導(dǎo)出該可接受邊界閾值對應(yīng)的癌癥致死風(fēng)險為2×10?9/年；同樣假設(shè)事故輻射劑量均由急性照射貢獻(xiàn)，并取5 Gy 作為全身急性照射的致死劑量閾值[17]，可導(dǎo)出嚴(yán)重事故可接受邊界的急性輻射致死風(fēng)險為1×10?8/年。

可以看出風(fēng)險矩陣中嚴(yán)重事故可接受邊界較前述各國的可接受水平基本接近，略保守一個量級。這是由于公眾對各類核活動的風(fēng)險認(rèn)可度是更為謹(jǐn)慎苛刻的。此外，放射性貨包運輸活動缺乏核設(shè)施周界隔離和縱深防御下安全設(shè)施的緩解能力，一旦發(fā)生事故，內(nèi)容物通常會直接暴露到環(huán)境并面對公眾，因此對其提出更高的風(fēng)險可接受度是合適的。

4 結(jié)語

放射性物質(zhì)運輸?shù)娘L(fēng)險可接受度研究在國際開展甚少，更多的風(fēng)險指引方法主要用于核電廠安全管理方面。鑒于放射性運輸活動的特殊性，直接采用核電廠現(xiàn)有安全目標(biāo)明顯是不適用的。

本文首次針對放射性物質(zhì)運輸?shù)娘L(fēng)險可接受度展開了探討，根據(jù)放射性物質(zhì)運輸中內(nèi)容物不同、容器固有安全性不同、后果嚴(yán)重性不同等特點，提出采用風(fēng)險矩陣作為放射性運輸風(fēng)險指引和可接受度的判別依據(jù)，是制定放射性運輸風(fēng)險控制目標(biāo)管理方向是一種嘗試。

本文僅對放射性貨包運輸?shù)娘L(fēng)險目標(biāo)進(jìn)行初步探討，其風(fēng)險可接受程度的認(rèn)知受到不同社會、經(jīng)濟、文化及行業(yè)特殊性等諸多因素的影響。未來如何真正用于指導(dǎo)放射性運輸?shù)暮税踩L(fēng)險管理，還需進(jìn)行更深入的分析和研究。