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核事故與國內現役核電機組核安全措施

文檔作者：宋祖榮潘翔車樹偉文檔來源： 1.環(huán)境保護部核與輻射安全中心 2.華北電力大學能源動力與機械工程學院		點擊數：	更新時間： 2021年06月06日
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核事故與國內現役核電機組
核安全措施
宋祖榮,潘翔2,車樹偉
(1.環(huán)境保護部核與輻射安全中心,北京100082
2.華北電力大學能源動力與機械工程學院,北京102206)
摘要:根據核電廠核安全和輻射安全的設計防御準則,對核電史上三次重大事件進行分析,挖掘出
核電事故主要因素:人因因素和超過設計值的自然災害。同時結合國內核電廠的設計參數和運行參
數,對發(fā)生類似事故進行研究比較,提出必要的預防方案。國內現役核電廠在運行安全技術上,已
經可以充分預防人因事故的發(fā)生,對于超過設計值的自然災害及外在因素引起的事故,還應重新考
慮安全標準。核電廠在建設和運行過程中,需要充分考慮在極端環(huán)境下,如何將核輻射和泄漏的危
害程度降低至政府以及公眾能夠接受的水平
關鍵詞:核事故;核安全;輻射安全;中國核電
中圖分類號:TM623文獻標志碼:A文章編號:1674-1617(201203-0284-06
 Nuclear Accidents and Safty Measures of Domestic
 Nuclear Power Plants
 SONG Zu-rong', PAN Xiang', CHE Shu-wei'
 (1. Nuclear and Radiation Safety Center, Haidian District, Beijing 100082, China:
 2.School of Energy, Power and Mechanical Engineering, North China Electric
 Power University, Changping District Beijing 102206, China)
 Abstract: Based on the design standards for the safety of nuclear and radiation in nuclear power
 plants, the three accidents in the history of nuclear power are analyzed. And the main factors
 for these accidents are found out, that is, human factors and unpredicted natural calamity. By
 combining the design and operation parameters of domestic nuclear plants, the same accidents
 are studied and some necessary preventive schemes are put forward. In the security operation
 technology of domestic nuclear power plants nowadays, accidents caused by human factors can
 by prevented completely. But the safety standards have to be reconsidered for the unpredicted
 neutral disasters. How to reduce the hazard of nuclear radiation and leakage to the level that
 can be accepted by the govemment and public when accidents occur under extreme conditions
 during construction and operation of nuclear power plants must be considered adequately.
 Key words: nuclear accidents: nuclear safety: radiation safety; domestic nuclear power
 CLC number:tm623 Article character: Article ID:1674-1617(2012)03-028406
收稿日期:2012-03-27
作者簡介:宋祖榮(1986一),男,北京人,助理工程師碩士研究生,從事核安全與輻射防護方面工作
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 CHINA NUCLEAR POWER論
第5卷第3期2012年9月壇
核能發(fā)電簡稱核電,是原子核發(fā)生裂變或聚統(tǒng)自動投入,但之前工人檢修后未將事故冷卻系
變反應時產生的能量進行發(fā)電的過程。利用核能統(tǒng)的閥門打開,致使冷卻系統(tǒng)自動投入后,二回
發(fā)電有利于優(yōu)化國家或區(qū)域能源結構,提高能源路的水仍斷流。當堆內溫度和壓力在此情況下升
安全性和經濟性,對經濟社會發(fā)展發(fā)揮著重要作高后反應堆自動停堆,卸壓閥也自動打開,放
用。截至2011年1月底,全世界正在運行的核電機出堆芯內的部分汽水混合物。當反應堆內壓力下
組有442座,運行的核電廠主要分布在北美、亞洲降至正常時,卸壓閥由于故障未能自動回座,使
和歐洲,核電發(fā)電量約占全球發(fā)電量的16%。堆芯冷卻劑繼續(xù)外流,壓力降至正常值以下,于
1991年12月15日,秦山核電站并網發(fā)電,我是應急堆芯冷卻系統(tǒng)自動投入,但操作人員未判
國成為繼美、英、法、蘇聯、加拿大、瑞典之后明卸壓閥沒有回座,反而關閉了應急堆芯冷卻系
世界上第7個能夠自行設計、建造核電廠的國家統(tǒng),停止向堆芯內注水。這一系列的管理和操作
目前,我國正在運行的核電機組有13座,位失誤與設備故障使故障急劇擴大,造成堆芯熔化
列世界第11,裝機容量1116.9萬kW,占國內電的嚴重事故。
力總裝機容量的1.16%,年發(fā)電量相當于312萬1.2蘇聯切爾諾貝利核電站事故
t標準煤的發(fā)電量3。核電廠泄漏等事故造成的核
切爾諾貝利核電站位于烏克蘭蘇維埃共和國
輻射有可能對人類造成傷害并對環(huán)境造成不利影境內。1986年4月26日,核電站的第4號核反應堆
響,因此防止核泄漏等事故并保證核電廠的安全在進行半烘烤實驗中由于人工錯誤,引起爆炸,
運行,是首要考慮的問題。隨著核技術的發(fā)展和核反應堆全部炸毀,大量放射性物質泄漏,成為
應用,核安全與輻射安全越來越受到重視。在核核電時代以來最大的事故。核輻射泄漏,導致事
電發(fā)展初期就確立了重視安全的許多基本原則,故后前3個月內有31人死亡,之后15年內有6萬~8
特別強調從設計上和設備可靠性上保證核事故不萬人死亡,13.4萬人遭受各種程度的輻射疾病折
發(fā)生。
磨,方圓30km地區(qū)的11.5萬多民眾被迫疏散。
本文通過分析當前我國運行的核電機組反應1.3日本福島核電站事故
堆的形式和采用安全系統(tǒng),分析核安全和輻射安
日本福島核電站是目前世界上最大的核
全的措施,結合核電廠建設運行至今所發(fā)生的重電站由福島第一核電站、福島第二核電站組
大泄漏事故,提出當前投運機組和廣泛建設的機成,共0臺機組(第一核電站6臺,第二核電站4
組的安全措施建議。通過對我國現今運行和建設臺),均為沸水堆。受日本大地震影響,福島第
中的核電機組的安全措施的分析,對核電廠安全一核電站損毀極為嚴重,大量放射性物質泄漏到
保證體系提出有指導性建議。
外部。6臺現役核電機組,1至4號機組在地震及海
嘯中受到嚴重影響,其中,1、2號和3號機組發(fā)生
1核電廠事故及分析
不同程度的爆炸;4號機組發(fā)生火災;5、6號機組
迄今為止,全球范圍內所發(fā)生過有較大環(huán)境曾一度發(fā)生險情,最終控制在冷停堆狀態(tài)。最后
影響的核電事故有三次,分別為1979年3月美國三的處理情況是福島第一核電站的1至6號機組將全
哩島核泄漏事故,1986年4月蘇聯切爾諾貝利核電部永久廢棄
站事故,2011年3月日本福島核電站核泄漏事故。1.4事故原因分析
1.1美國三哩島核泄漏事故
在三哩島核電事故整個過程中,核反應堆的
美國三哩島核電站為美國設計制造的第二各項保護系統(tǒng)均按照設置正常投運,造成事故的
代核電站,位于賓夕法尼亞州。三哩島壓水堆核除了檢修過程中忘記打開事故冷卻系統(tǒng)閥門外,
電站2號堆于1979年3月28日發(fā)生的堆芯失水而熔人為操作的因素導致了事故的發(fā)生及進一步惡
化和放射性物質外逸的重大事故。該事故是由于化。事故的根本原因在于核電廠主控室人因工程
二回路的水泵發(fā)生故障后,二回路的事故冷卻系設計人員培訓信息交流運行管理等方面的缺陷以
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及美國核安全管理委員會的安全管理政策技術路考慮不周,粗暴地違反操作規(guī)程是導致這次事故
線和工作作風的失誤。在這次事故中,主要的工的直接原因。該事故的教訓客觀上推動了核安全
程安全設施都自動投入,同時由于反應堆有幾道文化,以及立足于更加重視人的因素而提高核安
安全屏障(燃料包殼,一回路壓力邊界和安全殼全水平的改進。同時使得核電廠的運行人員明確
等),因而無一傷亡,在事故現場,只有3人受了安全觀念:不能認為達到安全標準后就不需要
到了略高于半年的容許劑量的照射。核電廠附近對設備進行干涉。任何系統(tǒng)的安全是伴隨其技術
80km以內的公眾,由于三哩島事故,平均每人水平的提高而提高,同時運行人員在掌握設備安
受到的劑量不到一年內天然本底的百分之一,因全運行的規(guī)范以外,要樹立安全操作的意識。
此,三哩島事故對環(huán)境的影響較小。100t鈾燃料
日本福島核電站采用的是20世紀60年代的第
雖然沒有熔化,但有60%的鈾棒受到損壞,反應二代技術的沸水堆技術,技術上有較大缺陷。反
堆最終陷于癱瘓。三哩島事故由國際原子能機構應堆采用的是單回路循環(huán),具有放射性的冷卻水
定義為第五級核電事故。
直接進入汽輪機常規(guī)島,常規(guī)島的安全防護措施
三哩島事故表明,盡管出現了維修錯誤和等級較核島低,一但發(fā)生事故具有放射性的給水
設備故障,如果沒有運行人員錯誤干預,安全和蒸汽將直接泄漏至環(huán)境中。反應堆中,控制棒
系統(tǒng)按照設計自動投入,堆芯部分熔化事故本從堆芯底部向上插入,斷電時容易失效,引起事
可避免發(fā)生。事故后,為減少人為失誤,各國故。沸水堆蒸汽回路的壓力較小,蒸汽回路的抗
核電廠在加強運行人員培訓,改進人機接口壓能力小于壓水堆,容易引起失水事故。福島核
運行監(jiān)控和主控設計等方面做了大量改進,針電機組抗震能力設計不足,沒有抵抗如此高等級
對嚴重事故的預防和緩解開展了大量的研究工的地海嘯預防的安全裕度不足,伴隨地震而
作。大部分成果已經納入到核安全法規(guī)和標來的海嘯將該電站絕大部分電源切斷,以致沒有
準,并在核電廠的改造中予以實施,從而提高足夠電力供給保證反應堆堆芯的冷卻量。日本原
了之后核電廠的安全水平。
子能安全保安院根據國際核電事故分級將該次事
切爾諾貝利核電廠的RBMK1000核電機組故定義為第七級核電事故。
采用的是蘇聯設計和制造的大型石墨沸水反應福島核電廠事故中,在地震發(fā)生至海嘯來
堆,使用石墨作為慢化劑,沸騰輕水作冷卻劑,臨的期間,電站與外部電網斷開時,應急柴油發(fā)
輕水在壓力管內穿過堆芯而被加熱沸騰,反應堆電機組保證了反應堆的電力供給,各項保護措施
是雙環(huán)路冷卻。切爾諾貝利核電站RBMK反應均正常投運。海嘯致使柴油發(fā)電機停運后,反應
堆堆芯堆體結構,與蘇式石墨生產堆的結構極為堆無法維持正常冷卻,最終導致堆芯燃料包殼上
類似,反應堆廠房是一個沒有門窗的密封廠房的與水反應生成大量氫氣,導致燃燒和氫爆。
沒有“安全殼”。同時反應堆是壓力管式,由壓該事故中,由于地震及海嘯超過原設計的安全指
力管承壓,石墨砌體直徑很大,所以也沒有壓力標,電站應急安全系統(tǒng)無法正常運行,導致事故
殼。RBMK石墨沸水堆設計本身存在著安全隱發(fā)生。
患,是堆設計中留下的缺陷,也是這次事故的內
在原因。國際原子能機構將該次事故定義為第七2國內核電廠安全措施及事故應對
級核電事故。
核電廠事故不僅會影響其自身的運行,而且
切爾諾貝利核電事故中,第二代技術的石墨
會波及周圍環(huán)境,甚至擴散至廣大范圍。核電廠
沸水反應堆,事故發(fā)生的潛在原因是該核電站所
在正常運行情況下應該保證排放的放射性輻射小
采用的核反應堆存在嚴重的設計缺陷,采用的是
于規(guī)范規(guī)定的水平;在事故情況下反應堆保護系
高溫下工作的石墨反應堆。安全措施方面,該反
統(tǒng)及專設安全設施必須能及時投運,確保堆芯安
應堆沒有安裝安全殼,致使在放射性物質溢出時
全、限制事故發(fā)展,防止大量放射性物質泄漏到
沒有有效的物質阻擋。運行人員執(zhí)行的實驗程序
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 CHINA NUCLEAR POWER年
第5卷第3期2012年9月壇
環(huán)境中。
事故的考慮,確保放射性釋放保持在盡可能低的
2.1核安全及輻射安全
水平。在事故發(fā)生時防止事故擴大并減輕事故。
在核技術研究、開發(fā)及應用的各個階段,核第五層次防御:為廠外應急響應,目的在于
設施設計、建造、運行及退役的各個階段,為使減輕放射性物質向外部環(huán)境釋放所造成的影響。
核技術應用過程中或核設施運行和退役過程產生
通過這五層防御機制,能夠有效地保證核安
的輻射對從業(yè)人員、公眾和環(huán)境的不利影響降低全與輻射安全。其中,第一和第二層次防御面向
到可接受的水平,從而取得公眾的信賴,所采取核電廠正常運行中發(fā)生的事故。第三和第四層次
的全部理論、原則和全部技術措施及管理措施的防御目的在于核電廠發(fā)生事故后將事故帶來的輻
總稱,稱為核安全和輻射安全措施。
射危害水平限制在廠區(qū)及附近。第五層次防御側
總核安全措施與輻射安全措施的總目標各不相重于當嚴重核泄漏事故發(fā)生時,減小核輻射對廠
同。核安全的總目標為:在核電廠建立并維持一區(qū)外以至更大范圍內的危害。
套有效的防御措施,以保證人員、社會及環(huán)境免
核電事故造成的影響范圍大,持續(xù)時間長,
受放射性危害?？偟暮税踩繕擞奢椛浞雷o目標對生物和生存環(huán)境危害大,因此核安全和輻射安
和技術安全目標相互補充,相輔相成。輻射防護全已經成為各國核電項目首要考察的目標。從防
的目標:保證在所有運行狀態(tài)下的核電廠內的輻御層次的問題上來看,三次重大事故出現問題的
射照射或由于該核電廠任何計劃排放放射性物質原因并不一致。
引起的輻射照射保持低于規(guī)定限值并且合理可行
三哩島事故最終沒有突破第四層次防御,被
盡量低,保證減輕任何事故的放射性后果。
設計的安全屏障安全阻擋。切爾諾貝利事故及福
保證核安全與輻射安全的通過技術手段要島核電事故突破了核電廠設置的所有防御措施并
達到的目標稱為:技術安全目標,即采取一切且造成嚴重的核輻射污染后果。迄今為止,我國
合理可行的措施防止核電廠事故,并且在發(fā)生在運行的核電廠中沒有突破第二層次防御的核事
核事故時減輕其后果;對于在設計該核電廠時故發(fā)生。
考慮過的所有可能事故,包括低概率事故,要
以高可信度保證任何放射性后果盡可能小于且3現役核電廠及安全措施
低于規(guī)定限值;并保證有嚴重放射性后果的事目前,商業(yè)運行中的核電廠都是利用核裂變
故發(fā)生的概率。
反應來發(fā)電,投運和在建的核電廠類型主要是壓
2.2多層次防御措施
水堆核電站、重水堆核電站、沸水堆核電站、快
我國現役及在建核電廠,在設計上考慮了可堆核電站和氣冷堆核電站等。我國現役機組均采
能發(fā)生的事故的多個層次的防護問題,并對其應用的是第二代核電技術建造的壓水堆和沸水堆機
對采取一定措施。防御層次分為五層:
組,機組功率為300~900MW。
第一層次防御:側重考慮對事故預防,要求以秦山核電站為例,秦山核電站為我國自
核電廠的設計必須具有穩(wěn)定性和安全性。
行設計和建造的第一座核電站,采用第二代技術
第二層次防御:任務在于防止運行中出現的CNP300、第二代改進技術CNP650(二期)技術
偏差發(fā)展成為事故,由核電廠設置的保護裝置和和 CANDU66技術(三期),反應堆為壓水堆,采
系統(tǒng)來完成。
用二回路。安全殼覆蓋了一回路與反應堆,二回
第三層次防御:限制事故引起的放射性后路中水與一回路中水經表面式換熱后離開核島進
果,是對前兩道防御的補充,以保障公眾的安汽輪機做功。反應堆的控制棒是從上到下插入
全。主要應對發(fā)生概率較低但必須從安全角度加堆芯,即使電力中斷失去提升動力控制棒將完全
以考慮的事故。
落入堆芯停止反應。增強反應堆固有安全性反應
第四層次防御:使針對超過設計基準的嚴重堆冷卻系統(tǒng)具有自然循環(huán)能力,即使主泵失電停
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轉,靠泵的惰性和水的自然循環(huán),也能將余熱導貝利事故均與員工的操作失誤有著直接的聯系,
出。反應堆設置了三道防放射性物質外逸屏障:因此,提高員工對核安全認識和對事故預防的意
1)高強度、耐腐蝕、吸收中子少的鋯合金包殼識,有著重要意義,我國核電廠中著重加強了員
管,它密封二氧化鈾燃料及裂變后的放射性物工的核安全文化培養(yǎng)。
質,使之與外界隔離。2)密封耐壓的反應堆壓力核安全文化定義為:在核電廠中,運行人員
容器和一回路系統(tǒng),它保證冷卻堆芯,密封放射樹立將核電廠安全問題置于首要問題觀念。運行
性水、汽,阻止其向外泄漏。3)全封閉的安全殼人員遵守規(guī)定和條例是保證核電廠安全運行的最
廠房,壁厚1m的預應力鋼筋混凝土結構,將反應基本要求,是核安全文化的重要組成部分我
堆和一回路主系統(tǒng)封閉在內,以保證即使在反應國核電廠在學習國外先進管理理念和總結實際運
堆大失水事故、可能燒毀時,也能將放射性物質行經驗的基礎上,在核安全文化建設方面結合核
密封在內。
電廠特點對核安全文化制定了一系列要求:
秦山核電站抗震級別設定為遭遇6級地震可1)貫徹安全第一的標準,質量第一的思想;
以保證安全運行,遭遇7級地震可以實現安全停2)提出人人都是一道屏障的觀念。要求每
堆。設置了防洪水、海潮、臺風、龍卷風等自位員工都應樹立對核安全、社會、公眾負責的高
災害措施。其中海堤高度9.7m,能抵御高潮位度責任感
與大風浪疊加。二期工程和三期工程在一期工程3)注重操作透明,經驗反饋,以便最大限
的基礎上更加著重考慮安全系統(tǒng)和防御自然災害度地減少差錯;
的能力,機組安全性能較一期有大幅度提升。
4)鼓勵主動尋找問題,減少事故隱患。
之后建設的大亞灣核電站,采用法國第二代從提高員工的核安全文化開始,減少操作
核電技術M310建造的壓水堆。之后建造的嶺澳核人員的錯誤操作對保證核電廠的安全運行有著直
電站和田灣核電站,采用的技術標準在秦山核電接的作用,同時加強對日常操作的監(jiān)管力度,可
站的基礎上有進一步提高。
以防止操作失誤等情況的發(fā)生。就安全文化表現
而言,首先由單位的政策和管理者的活動確定目
4我國核電廠安全技術及防護措施標而后要求每個員工的響應,員工在核安全體
4.1反應堆安全問題
制中工作,并從中受益。事情的成功取決于兩方
從三次事故中可以看出:導致反應堆出現事面的因素,即政策和管理方面以及每個人本身的
承諾和能力。
故的最終原因,均為堆芯熱量無法排出,導致堆
芯過熱,出現爆炸和核泄漏等事故發(fā)生。為了保.3核技術安全防護措施對比
證安全,在核電廠各種運行狀態(tài)下、在發(fā)生設計
中國當前在運行的核電站技術程度較發(fā)生事
基準事故期間和之后,以及盡可能在發(fā)生超設計故的三座核電站建造和運行的技術水平更高,吸
基準事故的事故工況下,都必須執(zhí)行下列基本安收了核電發(fā)展四十年以來的設計、建造和運行上
全功能:
的經驗,并借鑒當前建造的第三代核電站的部分
1)控制反應性;
理念,屬于二代改進型核電站。
2)排出堆芯熱量
與切爾諾貝利核電站相比,增加了安全殼
3)包容放射性物質和控制運行排放,以及同時設置了安全殼過濾排放系統(tǒng),防止安全殼超
限制事故釋放。
壓失效,這樣減小了類似于福島核電事故中安全
如果不能及時執(zhí)行以上安全功能,則會導致殼超壓的情況。同時設置防氫爆措施,當測量儀
核電事故的發(fā)生。
反應氫氣濃度超標時,啟動移動式氫復合裝置抽
4.2核安全文化
取安全殼內的空氣通過通風系統(tǒng)將氫氣與氧點火
化合成水使其不至于積累。
三次核電事故中,三哩島核電事故和切爾諾
與福島核電站相比,國內核電廠反應堆核電
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均采用二回路形式,反應堆冷卻水不直接進入標準的核電機組。繼續(xù)執(zhí)行在確保核電安全的前
常規(guī)島。發(fā)生事故時,可以將輻射物質均隔離提下積極有序地發(fā)展核電工業(yè)。
于安全殼內。導致福島核電站事故的主要問題
是超過設計值的由地震引發(fā)的海嘯,電站設計參考文獻:
洪水高程設防為5.7m,而海嘯高度為14m左[1]張玉敏,朱春來,核電發(fā)展與日本福島核電站核泄漏
右。我國核電廠中洪水和海嘯預防高度為9.7m
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國核電
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核電廠面臨的重要問題。核電廠能否抵御出現
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的超于設計值的自然災害,除了充分相信安全
 heneng.net.cn,2009.03.13.)
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5總結
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國安全科學學報,2011,21():36.(ZHANG Li
隨著中國工業(yè)化進程的加快,國內工業(yè)對電 Revelation of Fukushima nuclear power plant
力的需求量在“十二五”后,增加的速度超過常 accident to safety science. Academic Journal
規(guī)能源和可再生能源的增速。發(fā)展核電工業(yè)成為
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勢在必行的趨勢,核電事故的發(fā)生,會極大延緩16]張力核安全文化的發(fā)展與應用J,核動力工程
核電工業(yè)的發(fā)展,但是難以對核電工業(yè)的發(fā)展產
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福島核電事故從工程建造的安全角度對核446.)
電廠提出了新的考驗,在面臨遭遇超過設計標準7]張玉敏,孫吉兵,朱春來,核安全與輻射安全艦
的安全事故時如何保證核電廠的安全運行成為當船防化,2008,(4):27-31.(ZHANG Yu--min
前核電廠設計和建造過程中著重考慮的問題,這
 SUN Ji-bing, ZHU Chun-lai. Nuclear safety
就要求在核電廠設計和運行的過程中,必須堅持
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 Radioactive Defense, 2008, (4): 27-31)
“安全第一,質量第一”的方針,總結各國核電8]朱繼洲,單建強,核電廠安全[M].北京:中國電力
廠的經驗,吸取三次核電事故的教訓,不斷用新出版社,2010.8:15-35.(ZHU Ji--zhou,SHAN
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中國運行核電廠與發(fā)生事故的核電廠相比,
 Beijing: China Electric Power Press, 2010.8:15
設計技術水平有大幅度提高。設計上吸取了近年
35.)
來核電發(fā)展中的先進技術而且還在不斷改進。在9周濤,陸道綱李悠然核安全文化與中國核電發(fā)展
U.現代電力,2006,23(5):16-23.(ZHOU Tao
建核電廠加上引進了世界上最先進的第三代核電
 LU Dao-gang, LI You-ran. Nuclear safety
技術,采用更安全的非能動型安全系統(tǒng),并且核 culture and nuclear power development in China
電設計單位正在對技術進行消化吸收和再創(chuàng)新,. Modern Electric Power,200623(5)1623.)
結合重大事故的經驗,設計出適合我國國情安全
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