梅德松
摘 要：当前最有效的新能源核电存在巨大的风险，无损检测是确保核电安全最有效的手段之一，核电发展促进无损检测技术进步。
关键词：核电；核安全；无损检测
The Contribution of Non Destructive Examination to
Nuclear Power Accident Prevention
MEI De-Song
(State Nuclear Power Service Company, Shanghai, 200233, China)
Abstract: There is a huge risk of the most effective nuclear power energy presently. Non-destructive examination is one of the most effective method to ensure the safety of nuclear power. Meanwhile, the
development of nuclear power promotes the technological progress of Non-destructive Examination.
Keywords: Nuclear Power; Nuclear Safety; Non Destructive Examination
1 核电发展历程与无损检测的应用
1.1 当前不可取代的新能源－核电
人类生存过程和人类文明的建立与能源的开发和利用是休戚相关的，能源的利用率和人均占有率在当今世界上反映着国力的强盛程度。人类利用能源方式在变化，从焚烧木柴、木炭、煤、石油产品到核能利用。我国能源开发方针是“优先发展水电，优化火电，积极发展核电，重视新能源开发”。众所周知，能源对经济与社会发展及提高生活质量是至关重要的，然而人类利用传统能源过程中，产生的二氧化碳、尘埃和其他废物等对环境的负面影响将危及人类自身的生存。核能是至今为止能到的一种可持续经济发展的最好能源供应，通过几十年的经验总结证明核能是安全、经济、干净的能源。
1.2 无损检测对核电系统压力边界完整性的作用
无损检测的价值是通过其被检对象的造价和检验实施后能避免风险的程度来体现的。从这点出发核电站的建设不仅是单一造价(一次投资成本)高，而且可能由于质量问题引发核事故将会造成政治上和经济上的灾难。保障核安全是世界范围内的课题，核素外溢所造成的危害原则上说是无国界和时限的。
中国海洋石油报社
为了确保厂区工作人员和周围居民免受过量辐照是每一个从事核工业设备制造、安装运行退役作业的所有人员的责任。高质量的产品要从原材料到零部件的生产过程严格控制开始，无损检测方法是确认其内在质量的重要手段。作者简介：梅德松，男，研究员级高级工程师，主要从事质保、核安全、无损检测的研究、技术开发和人员培训。
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1.3 核电的发展历程
全世界核电科研设计人员忙碌着提高核电安全和核电效率，目前正在实现第三代核电站的建设，具有代表性的三代核电站是美国西屋公司开发的非能动安全的AP1000和欧洲开发的EPR核电站，有幸这两种不同理念的新一代核电站都在我国投建。
上世纪也60年代前苏联和美国开发的第一代核电站是实验堆和原型堆，证明了可以利用原子核能量发电，从而推进了70年代世界范围内的核电大发展，大国争相开发出不同堆型的核电站进行商业运行，这被定义为第二代核电站，显现出极大的经济价值，世界上拥有了400多座核电站，轻水压水堆占主导地位。正当核电蓬勃发展时，美国和前苏联先后发生了核灾难事故——三里岛核电站堆芯熔化，切
尔诺贝利核电站爆炸，这使得核电发展势头遭受打击。但是人们对能源的需求是不可遏制的，到上世纪末本世纪初，核能又一次迅猛发展，尤其是在新兴国家。资源匮乏的日本岛国也有56座核电站运行。今年3月大地震引发的海啸摧毁了日本福岛核电站，其所排放低含放射性废水将扩散到地球上所有的海水，造成后果无人知道。核电专家们力图建设一种‘先进的轻水堆用户要求’的第三代核电站，使之更安全，更经济，更少产生放射性废物，而且第四代核电站也在开发中。
2 核电安全对无损检测的重视
2.1 核电站的构成及安全隐患
当前的核电站是利用核裂变产生的热能发电的，由一个核蒸汽供应系统和一个发电系统构成。通常把核能变为热能的部分称为核岛，把热能变为电能的部分称为常规岛。
核蒸汽供应系统俗称愿子炉，在这里发生核反应和包容核产物、载热剂和冷却剂回路（常称核安全一级部件）和支持主回路安全运行、防止核事故发生和减轻事后果的回路（常称核安全二级部件）及支持一、二级部件系统的其它系统（常称核安全三级或四级部件）。
轻水压水堆是在反应堆压力壳内堆芯产生核裂变发热，由一回路高压含硼水经主管道把热能送至蒸汽发生器，在其热交换管的界面上发生热交换，将二次侧的水变成饱和蒸汽，由主蒸汽管引导去推动汽
轮机从而带动发电机发电。在汽轮机作过功的蒸汽凝结为水由主给水管送回蒸汽发生器二次侧。而一回路的水在蒸汽发生器传热管界面上交换了所带的热后由主泵送回反应堆，稳压器起作调节一回路压力使反应堆稳定工作。
在堆芯发生核裂变产生热能的同时释放出中子,γ,β,α射线以及其他带放射性的物质，主回路完整性的任何破裂都会使这些放射物质外溢，可能造成周边大气环境或水源的核污染，遭受核辐照都会杀伤生物细胞，严重的可以致死。
2.2 核电安全与纵深防御
核电安全的内容就是反应性控制、余热排除和放射性包容。核电站的最大危险是核泄漏，因此设计中采用保守的工程规范与标准，冗余安全设置，防止事故产生或扩大，极限事故的自控与隔离等纵深防御思想；制造中原材料实验与测试，制品的质量控制与无损检测；营运中的安全防护与程序控制，在线监测与在役检查等措施预防核泄漏。
比较安全和成熟的轻水压水堆核电站具有四道安全屏障；即核燃料芯块电镀层防止燃料芯块破损；密封的燃料元件棒包壳防止芯块破损后放射物进入冷却剂系统；反应堆压力壳和一回路压力边界完整，防止万一放射性物已经泄漏到冷却剂中仍能密封在一回路系统中；反应堆安全壳防止一回路系统及设备发生严重破裂也不让放射性物质扩散到环境中。
短蛸2.3 核电核安全监管
世界上有核国家都专设核监管部门，世界上有一个国际原子能机构（IAEA）。我国的核监管部门是国家核安全局。国家核安全局制定了一系列覆盖核电站设计、制造、安装、检验、运行、核废物处理各个环节法规和导则；对参与核电站建设上述相关活动单位的资质认可与活动范围的许可；监管与核相关的生产
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活动和对核安全事件的处理。
2.4 核电安全与无损检测
2011安徽高考数学理科核电主要设备具有包容带有或可能带有强烈的放射物质，同时设备处在或可能处在高剂量的辐照环境下运行，为避免或减少设备维修和更换，核电设备在制造过程中重视应用无损检测，及时排除不合格的材料或零部件，免去进一步的加工成本；核电站运行中以无损检测方法确定设备的完整性，避免可能引发的核泄漏事故。无损检测在核电站设计、设备制造、安装、运行和退役过程中都起着无可取代的作用。
制造与安装的无损检测与其它工业设备的无损检测是一致的。主要区别在于强调质量保证；选用比较
严格的标准；要求缺陷尺寸、性状、位置分布等参数可靠和能够再现，便於安全分析和寿命评估；选择检验方法或检验器材不能对被检件造成不能确定或不能接受的潜在损伤。
核电站运行前和运行中的役前检查和在役检查是在辐照环境下进行的，在役检查的目的是对运行设备，系统质量状况的连续监督，以便掌握设备中可能在制造与安装阶段形成的缺陷的扩展，或者在投入运行后由于疲劳和腐蚀产生的开裂。
无损检测结果的正确性依据于检验过程的合理性和完备性，以及受到检验人员的技能和情绪的影响。核电无损检测要求对检验对象的透彻分析，确定最佳的检验技术和技能；使用经过校验或验证合格的器材和设备；在良好的工作环境中，由经过培训考核合格，并经授权的检测人员，完全遵循依据公认的规范标准而编制的检验规程操作，规范记录检验结果和按要求保存检验记录，便于检验过程可以追溯，结果可以重现。
3 核电重大事故
3.1 三里岛
1979年3月28日，美国宾夕法尼亚州核电站制冷系统出现故障，致使核反应堆部分熔化，最终造成美国最严重的一次核泄漏事故，但放射性物质被包围在最后一道屏障安全壳内，未造成环境重大污染，撤离核电站周边居民约15万。
3.2 切尔诺贝利
1986年4月26日乌克兰切尔诺贝利核电站4号反应堆发生不爆炸，造成30人当场死亡，8吨多强辐射物泄漏。 产生的放射污染相当于日本广岛爆炸产生的放射污染的100倍，尘埃随风飘散，致使俄罗斯、白俄罗斯和乌克兰许多地区遭到核辐射的污染，超过33.6万名的居民被迫撤离。
3.3 福岛
日本东北部于2011年3月11日发生9级强烈地震，海啸袭来，高度达14米的海浪越过5.7米的海堤，淹没了福岛核电站的应急柴油机及其冷却系统，燃料箱也被冲走了，核电厂处于“全厂断电事故”状态，余热使堆芯温度上升造成堆芯大部分熔毁，氢气爆炸引起安全壳破损，大量放射性物质进入大气环境，强行以海水淹没反应堆造成大量带放射性污水排入大海，这场核事故的严重程度已经达到最高级。
这几次重大事故虽然曝露有设计上的缺陷，但主要是人为因素造成的，或是操作不当，或是管理不善。每一次重大和事故后都会在相当时间内造成核电发展的大停滞，但是目前还没有一种比核电更有效新能源。
我国核电发展20多年没有出现大的核安全事故，但是核安全事件或者说事故故苗头也是有的，比如驱
动机构管座焊缝开裂，冷却泵叶轮破损，主蒸汽管焊缝中的裂纹，不锈钢管道应力腐蚀裂纹等。这些都被及时的无损检测或在线监督所发现，事件被控制，损坏的设备被修复。
3.4 无损检测的有效性
纵观核电发展近60年来数十次核电严重核事故，核电无损检测受到考验，没有因漏检或误检造成核电设备失效的。而且很多实例证明经无损检测的设备避免了不安全的事件发生。有甚者是不认为某些可以
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不用无损检测或未经无损检测的设备或部件却产生了问题。无损检测的有效性得到一次次地肯定，因此在核电建设中无损检测范围在扩大，检验技术在提高，还不断的引入新的检测技术。
4 核电技术促进无损检测技术进步
4.1 传热管的涡流检查
核电站主回路关键设备之一的蒸汽发生器传热管是压力边界中最为脆弱部分，承受高温高压高放射性载热剂的高速冲刷，而其壁厚仅1mm左右。每座核电站具有两至四台蒸发器，每台蒸发器上万根传热
管，任何一根管子断裂或破损都会造成核电站非正常停堆。确保传热管安全的唯一方法是周期性的采用涡流技术进行的在役检查，每座核电站蒸汽发生器传热管涡流检测时至少3～6台涡流仪器和多种探头，如bobing 探头，旋转探头，点探头，X阵列探头等。
4.2 异种金属焊缝检测
肉肉更健康
核电站核心设备都是低合金高强度钢锻焊件制成的，各个设备由奥氏体不锈钢管道连接，这些连接焊缝由碳钢管嘴，镍基合金过渡层，焊缝填料和奥氏体不锈钢组合，焊缝厚度80mm左右，焊缝都处于高放射环境中，显然这是对无损检测的挑战。用伽玛源从内壁进行全景曝光，受到接近性限制，最可用有效的方法是超声波检测，可是多异质界面使超声波波束产生多重反射，波形转换，扭曲和偏移给缺陷判定带来困难。解决办法有超声波聚焦探头技术，阵列探头及衍射技术，实时成像技术等。
4.3 实时无损检测监督
在役检查是有效的，但只能在停堆换料期间进行，任何瞬时工况异常都可能带来破坏性后果，为了核电安全不断应用连续检测技术实时监控整个核电站的运行安全状况，其中声发射，远红外，重力加速度检测技术得到重视。
上述例子都要求快速、准确、自动地检测、分析和评价。
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