杨基罗和反应堆容器安全

监管在核电站安全中的作用#4

马萨诸塞州的扬基罗核电站是业内寻求延长原有40年运营许可证的先驱。但是，当美国核管理委员会(NRC)的工程师发现该核电站可能达不到当前的安全要求时，它的长寿命运行计划中断了。经过一年的努力，业主无法说服核管理委员会满足要求，选择在仅运行31年后永久退役。

扬基·罗的历史

扬基原子能电力公司(YAEC)成立于1953年11月30日，是新英格兰地区10家公用事业公司的合资企业。1956年6月6日，YAEC签署了原子能委员会(AEC)的第一份合同。动力反应堆示范计划．该计划寻求在部分政府资助下建造和运行各种核反应堆，以推进国家的核电技术发展。1958年2月28日开工，1960年5月31日竣工。1960年11月10日，该厂首次将电力连接到场外电网。YAEC于1961年7月1日将工厂投入商业运营。

扬基罗(Yankee Rowe)采用了西屋电气(Westinghouse)设计的四回路压水堆(PWR)。堆芯的热功率限制为485兆瓦，但在1963年升级到600兆瓦。相比之下，西屋电气(Westinghouse)正在乔治亚州建设的AP-1000压水反应堆的极限功率为3400兆瓦，几乎是前者的六倍。

1991年10月1日，由于NRC担心反应堆容器的完整性，扬基罗核电站被关闭。该公司在1992年2月27日的信函中通知NRC，它已决定永久关闭核电站，而不是继续努力和花费精力来解决NRC的担忧。

在31年的使用寿命中，扬基罗的平均容量接近74%，考虑到今天90%以上的容量因素，这没什么可写的，但在那个时代是一个很好的成就。

反应堆容器的作用

Yankee Rowe的反应堆容器是由Babcock & Wilcox在俄亥俄州巴伯顿的工厂制造的。图1显示了反应堆容器到达核电站后，在它被提升到垂直位置并上升到安全壳球之前。安全壳还装有四个反应堆冷却剂系统回路，每个回路由一个蒸汽发生器和反应堆冷却剂泵组成。

纵深防御核安全理念采用多层结构。如果事故发生时需要一台应急柴油发电机为安全设备供电，那么就会安装两台或更多的柴油发电机，以增加一台完成这项工作的可能性。这种方法在核心冷却系统、应急通风系统等阵列中得到了复制。

反应堆船是为数不多的纵深防御例外之一。反应堆容器的故障排出冷却水的速度可能快于应急泵提供补给的速度。整个反应堆堆芯被装入一个金属容器，该容器的故障没有备份，也没有可靠的缓解措施。为什么?原则如下安德鲁·卡内基的建议“把所有的鸡蛋放在一个篮子里，然后小心地看好那个篮子。”反应堆容器受到了很多关注。(是的，弗吉尼亚，有时候看着锅烧开)。

反应堆操作许可证和许可证更新

1986年11月6日，核管理委员会在《联邦公报》上发布了一则通知，征求有关监管改革的意见，以使核电站能够在最初的40年运营许可证期限之后继续运营。核管理委员会就延长运行的持续时间以及决定是否应批准延长请求所使用的标准征求意见。

1989年4月，美国总会计办公室(GAO)发布了一份报告关于许可证更新。在一个破损的管道破裂后，国会要求GAO检查核电站老化萨里核电站造成四名工人死亡。政府问责局报告说，核管理委员会批准的反应堆运行期限为40年，但《原子能法》和核管理委员会的规定都没有规定延长或更新运行许可证。美国能源部(DOE)和电力研究所(EPRI)发现，核电站所有者有兴趣延长核电站的使用寿命，这取决于NRC获得授权的要求。

明尼苏达州的蒙蒂塞洛核电站和扬基罗核电站成为DOE、EPRI和NRC检查和定义许可证更新流程的主要沸水反应堆(BWR)和压水堆。扬基罗核电站的反应堆运营许可证最初定于1997年11月4日到期。NRC于1988年6月8日批准延期至2000年7月9日。(因为NRC还没有发布更新或延长反应堆运营许可证的规定，“延长”扬基罗和其他几个反应堆的运营许可证实际上并没有延长最初许可证的40年期限。相反，他们重新定义了40年开始的时间。有时，当反应堆容器就位时，这个时钟就开始了，即使在建造完成和原子分裂开始之前还有好几年。)

核管理委员会在1991年12月13日颁布了《核电厂许可证更新最终规则》。虽然NRC现在有许可证更新规则，但它不再有主要的PWR寻求许可证更新。业主在1991年10月1日收到核管理委员会工作人员将向委员会建议关闭反应堆的消息后，自愿关闭了Yankee Rowe反应堆。反应堆再也没有重新启动。

核管理委员会失去了两个主要的许可证更新工厂。在看到执照更新导致扬基罗执照失效后，蒙蒂塞洛的所有者通知核管理委员会，它将许可证更新工作暂停．

反应堆容器脆化

扬基·罗的反应堆容器是用金属制成的。金属受热时膨胀，冷却时收缩。在常规操作中，控制反应堆功率的增减速率，以将金属的温度变化限制在小于或等于每小时100°F。这一限制使金属部件膨胀和收缩时的内应力最小化，以避免开裂。

温度变化限制不适用于事故期间。如果连接到反应堆容器的管道破裂并排出冷却水，应急泵不会缓慢地添加补充水以防止金属冷却过快。泵提供大量的补给水，以防止燃料棒的压力过大。

反应堆容器的设计可以从500华氏度以上的稳态运行，到突然暴露在40华氏度低温的补给水中。被称为“加压热冲击”，这不是反应堆容器预计会经常遇到的暴露。但这是一个突然的，快速的温度变化反应堆容器被要求能够承受至少一次。

反应堆容器承受高压热冲击的能力随着时间的推移而减弱。在反应堆运行过程中，中子对金属的轰击——称为反应堆容器脆化——加速了降解。

扬基·罗的致命弱点

在扬基罗核电站，没有花很长时间来确定反应堆容器是限制组件。该公司评估了反应堆最初40年的运行许可后的20年，考虑了累积的脆化和其他退化因素，如在停机期间的“冷”条件和全功率运行期间的“热”条件之间的预期容器循环次数。该公司的评估得出的结论是，足够的利润率将至少保持到2020年。

核管理委员会的工作人员不同意该公司的评估。普莱尔·兰德尔是美国核管理委员会机械工程部门的一名工程师，他在1990年9月11日给当时的核管理委员会核反应堆监管办公室主任汤姆·默里写了一份备忘录，其中写道:

也许是时候停止礼貌地拒绝被许可方的估计....他们不止一次被告知，他们的依据是不可接受的。我们的专家顾问奥杰特教授逐点阐述了他们的论点，并发现他们的论点毫无道理。我在此郑重声明，持牌人关于粗颗粒尺寸否定辐照温度和镍含量的影响的论点是诡辩，是一种微妙的、棘手的、表面上似是而非的推理方法。

即使不去查那些夸张的话，NRC的工作人员显然也不相信该公司声称的扬基罗的反应堆容器可以运行到2020年的说法。

预测未来涉及不确定性。更糟糕的是，扬基·罗的过去也有许多不确定因素。被称为样品的小金属件被安装在反应堆容器内。计划是定期取出标本进行检测。研究结果将揭示有多少中子影响了金属，以及这造成了多少脆化。这些样品将使计算机模型得以校准，以更接近反应堆容器的实际情况。但在1965年，由于流动引起的振动导致两个标本松动，工人们移走了所有的标本。由于缺乏样本分析的信息，该所有者转而从比利时BR3核反应堆的样本中获取数据。(想象一下，在医院里，医务人员弄丢了你的病历，只能依靠走廊那头一个年龄和性别几乎相同的病人的病历。)

此外，扬基·罗反应堆容器的制造过程有些独特，因为它需要将金属板保持在比正常情况下更高的温度下，因为它们是成型的。结果，金属的晶粒尺寸比正常情况下要大。NRC和工业界用来预测脆化效应的公式和方法都是基于正常晶粒尺寸的金属。标本的缺乏使研究人员没有坚实的手段来调整方法，以适应扬基罗独特的冶金学。

实际数据的缺乏迫使研究人员用假设来填补信息空白。某些假设导致的结果表明，容器将永远存在。其他假设得出的结果表明，当时这艘船缺乏所需的安全裕度。

UCS加入战斗

辩论继续进行。UCS与新英格兰核污染联盟(NECNP)合作，于1991年6月4日向核管理委员会请愿，要求立即关闭扬基罗反应堆，直到确认反应堆是安全的，而不仅仅是存在争议。

1991年7月31日，核管理委员会拒绝了请愿书，理由是“…继续运作…不会对公众健康和安全造成不适当的风险。”然而，核管理委员会对其拒绝的条件是:“在这些不确定因素得到解决之前，核电站在1992年4月15日以后绝不允许运行。”不知何故，259天后，没有造成不适当风险的反应堆变成了不适当风险。

NRC的决定搅乱了它试图平息的局面。在这个决定之前，这个问题一直是一个“他说/她说”的争论，涉及到金属晶粒尺寸、镍含量、夏比v型缺口测试和其他令人麻木的参数。但没有一个理性的人会接受，一个今天相当安全的反应堆在不久的将来会神奇地变得不安全。他们知道反应堆现在也不安全。NRC这一错误的决定引起了国会议员、州政府官员和报纸的强烈反对。

NRC拒绝UCS/NECNP的请愿也命令扬基罗核电站的所有者在1991年8月26日之前提交计划，以解决反应堆容器完整性争论中的不确定性。NRC告诉船东，它希望“将船舶故障的概率降低5到10倍，并将接受硬件修改、人力资源配置和操作程序修改的混合方案。”业主于1991年8月26日向核管理委员会提交了报告。核电站所有者通知核管理委员会，他们的计划将反应堆容器失效的几率降低了20倍。

核管理委员会的工作人员没花很长时间就对该计划进行了评级。1991年9月30日，NRC的工作人员将评估报告通知了主席和委员们。美国核管理委员会的工作人员进行了自己的分析，并报告说，在某些情况下，分析结果与核电站所有者的分析结果相符。但工作人员也报告说，“……在主冷却剂泵不运行的情况下[因此没有将冷却的入水与容器内的热水混合]，工作人员和持牌人都发现热水力响应将容器故障的可能性增加了两倍。”

工作人员指出，业主认为“(主冷却剂)泵的可靠性系数非常高(大于99%)。有了这个可靠因素，委员会的目标就能实现。……在SBLOCA(冷却剂小破裂损失事故)条件下，如果没有高泵可靠性的证明，委员会所期望的5到10的系数就无法确认。”因此，工作人员建议“关闭扬基罗核电站，直到NRC确信YNPS压力容器在运行期间有足够的容忍度来防止故障。”

在得知将在1991年10月2日举行的委员会会议上讨论这一工作人员职位后，委员会业主自愿关闭了反应堆10月1日。战斗结束了。UCS输了请愿战，但赢得了反应堆安全运动。

UCS的角度来看

如果没有来自UCS、国会、媒体、州政府官员和其他人的压力，NRC不可能取得这样的结果，那么将这一事件归为“监管不足”一类很有吸引力。《纽约时报》称UCS的努力在这件事上“发挥了作用”。

但是核管理委员会也受到核电站所有者、工业界和国会其他成员的压力，要求他们接受反应堆有足够的余量继续运行。美国核管理委员会的作用远不止一个核心陪审团，它只是听取双方的陈述，然后做出裁决。

回想一下，NRC的一位工程师，Pryor Randall，公开强烈反对该公司关于反应堆容器仍然有足够的安全要求的主张。他的努力在请愿书中提出(或引用)的论点中起了重要作用。值得赞扬的是，NRC的工程师们在他们的信念中表现出了勇气。

请注意，委员会不仅拒绝UCS/NECNP请愿书。委员会还要求业主提供将反应堆容器故障风险降低5至10倍的计划。虽然裁定请愿者没有证明反应堆是不安全的，但他们含蓄地承认所有者没有证明反应堆是足够安全的。委员会命令业主提交其示范计划。

回想一下，NRC的工作人员并没有顺从地接受业主的论点，即他们的计划将船舶故障的几率降低了20倍。核管理委员会的工作人员在提出这一论点的过程中对业主所作的假设提出了质疑，并发现分析没有达到委员会所述的目标。

NRC在这个问题上的角色不是一个核陪审团。它的角色是核监管机构。它积极参与了这一进程，并考虑了各利益攸关方的意见。它没有接受UCS/NECNP收取的表面费用，也没有盲目接受船东提供的保证。因此，这一事件应该被归为“恰到好处的监管”一类。像新罕布什尔州康科德的《箴言报》这样的报纸似乎也意识到了这一结果。

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UCS的监管在核电厂安全中的作用一系列的博客文章旨在帮助读者理解，在核电站安全中，监管的作用太小，作用太不适当，作用刚刚好。