第八章

核材料管制與核設施實物保護

目錄核材料安全包括：一方面是防止破壞，造成放射性物質釋放對環境的污染；一方面是防止偷盜、非法轉移和非法使用。

在整個核燃料循環過程中，鈾的濃縮、元件制造、乏燃料運輸、貯存和后處理過程是核材料最易流失的環節，應嚴加防范。對于核反應堆工程，則更多的是防止破壞。作為對國際核保障承諾，核燃料循環中的核材料管制承擔著十分重要的責任。-2-第一節

核材料管制的目的、基本要求和采取的對策

一、核材料基本概念1．核材料源材料（不包括釷）、特種可裂變材料、氚、鋰－6及含上述物質的材料和制品都稱為核材料。詳見《中華人民共和國核材料管制條例》（HAF0600）（以下簡稱《條例》）規定。2．直接使用核材料不需經過核素轉換或進一步富集就能用于制造核爆炸裝置的核材料。例如高富集度的235U、233U、钚(238Pu含量低于80%)；以及含上述物質的化合物、混合物（如鈾-钚混合氧化物元件）和乏燃料中的钚。3．間接使用核材料除直接使用核材料以外的所有核材料。如天然鈾、貧化鈾、低富集度鈾和釷。這些核材料必須經過進一步的濃縮轉換為高富集度鈾或放入反應堆中產生239Pu，才能用于制造核爆炸裝置。-3-二、核材料管制目的《條例》第一條明確指出，核材料管制目的：“確保核材料的安全與合法利用，防止被盜、破壞、丟失、非法轉讓和非法使用。保護國家和人民群眾的安全，促進核能事業的發展”。如何防范有預謀的核走私和極端恐怖集團的襲擊以及恐怖分子利用核材料進行恐怖活動，也是核材料管制的目的之一。-4-三、核材料管制基本要求《條例》第四條明確指出，核材料管制的基本要求：（1）保證符合國家利益及法律的規定；（2）保證國家和人民群眾的安全；（3）保證國家對核材料的控制，在必要時國家可以征收所有核材料。-5-四、核材料管制的對策核設施的運行安全是通過立法和許可證管理制度來保證；核材料安全也是通過制定核材料管制法律和實行許可證制度以及嚴格的監督來保證。根據“安全第一，預防為主”的方針和國際慣用的對核材料的縱深防御思想，對核材料管制所采取的主要對策：－實物保護。實施技防措施和人防措施相結合的方法，達到“看住”核材料，不讓核材料丟失或破壞或非法使用。－核材料衡算與控制。通過核材料進出量的嚴格控制，定期盤存和衡算，及時“發覺”核材料的丟失。－制定應急行動計劃。（又叫緊急情況的處置方案）一旦發覺核材料丟失，根據預先制定的應急計劃，采取措施，全力偵破，“追回”核材料。-6-第二節核材料衡算管理

核材料衡算實物保護是從保衛角度來防止核材料被破壞或被偷盜。但由于核材料在生產過程中是處于變動狀態，即對一個核材料平衡區，核材料不斷地有正常的進料和出料，實物保護難以發現在正常的核材料活動掩護下的一些非法轉移，以及內外勾結的少量多次轉移或偷盜。為此，采取核材料衡算的辦法可以及早發現這種非法的轉移或偷盜。核材料衡算管理概括為三部分：記錄報告系統；衡算計算方法和評價；監督檢查大綱和程序。記錄報告系統為核材料衡算管理、為核材料衡算系統的核查提供所需要的一切信息和數據。為此記錄報告系統必須做到真實性、準確性和及時性。數據的可追溯性、技術支持文件的系統完整性是設計記錄報告系統的重要指標。-7-1．衡算的分類核材料衡算管理分為：－件料核設施（例如各種反應堆）；－散料核設施（例如元件制造廠、離心分離廠和后處理廠等）。件料核設施是以點件數、核對標識符和輔以定性檢驗來實現核材料衡算控制，不依靠測量系統提供衡算數據。散料核設施的核材料衡算必須建立在測量系統提供的測量數據基礎上。這樣，使衡算工作相當復雜，實現衡算十分困難。在《中華人民共和國核材料管制條例實施細則》（HAF0601）中規定，對于一時達不到要求的核設施，可在許可證中規定一個達標的期限。-8-2．核材料衡算方法核材料衡算采用閉合平衡的方法。閉合是指在實物盤存中，每一項的物料量必須是實測值，而所用測量系統的誤差必須是已知的。核材料平衡是指加工生產過程中，核材料的不平衡差（MUF），即所謂的無名損失量，必須是在法規限定的標準誤差的2倍之內。否則，就認為核材料未達到閉合平衡，有可能存在核材料的丟失、盜竊或非法轉移。不平衡差的計算公式如下：MUF=X-Y+PB-K-PEMUF——不平衡差，kg

PB——初期存量，kg

X——周期內調入量，kg

K——已知損失量，kg

Y——周期內調出量，kg

PE——衡算周期期末存量，kg無名損失量又稱“核材料不明量”，實質上它等于賬面物料存量與實物盤存量之間的差值。一個衡算周期內的設施的MUF值可看作是設施對其核材料衡算管理好壞程度的一個量度。也是監管部門定量地評估核設施在核材料管理方面的一個關鍵性的定量指標。-9-營運單位報出的MUF為表觀MUF值，它是以周期內測量值為依據的。件料設施MUF值一般為零；而散料設施，由于測量誤差、未測的存留量和未測的損失量等，一般MUF不可能為零。造成不平衡差的原因來自核材料平衡區中所有測量造成的誤差∑λi、盤存測量產生的錯誤A和可能產生的非法轉移B。測量誤差∑λi是客觀存在，是無法消除的，但每個核材料平衡區測量的相對標準偏差δMUF值是可以根據測量儀表、測量方法和誤差傳遞等計算出來(見表8-1)。觀測造成的錯誤A，可以用反復核查來發現并改正（使A=0）。如果MUF值超過2σMUF，則要進行核查分析，改正錯誤后，MUF值仍然過大，則要考慮存在非法轉移的可能性（即B>0）。-10-表8-1各類設施的閉合平衡MUF的相對標準偏差限值

設施類型

δMUF（%）鈾同位素濃縮

0.2鈾加工

0.3钚加工廠

0.5鈾后處理

0.8钚后處理

1.0-11-3．衡算周期的確定為了能及時發現核材料丟失，還需要根據核材料性質規定衡算周期。因為核材料管制是以核不擴散為目標，因此衡算周期要保證使覺察時間小于轉換時間。按當前標準，轉換時間和時效目標值相當。（見表8-2）。且規定能覺察的最小轉用速度為每年一個顯著量（見表8-3）。由于高濃鈾及钚的轉換時間短和顯著量的值小，因此其衡算周期定為兩個月。所以對輕水堆核動力廠而言，其衡算周期為每年至少一次。元件加工廠一般考慮每年至少一次。

-12-表8-2及時性目標值

物料

時效目標（個月）未輻照過直接使用

一輻照過直接使用

三

間接使用

十二-13-表8-3顯著量表

a指Pu中含238Pu低于80%的情況b包括天然鈾和貧化鈾核材料顯著量實施保障的對象直接使用的核材料Pua8Kg元素總量233U8Kg同位素總量U[235U>20%]25Kg鈾中所含的235U間接使用的核材料U[U<20%]b75Kg鈾中所含的235U元素總量Th20t-14-4．核材料平衡區（MBA）和關鍵測量點（KMP）為了核材料衡算管理的方便，一個衡算單位往往劃分為若干個核材料平衡區。平衡區劃分的原則：（1）平衡區的劃分應盡量與實體邊界相一致；（2）平衡區的大小應有利于核材料的準確測量和行政管理；（3）平衡區的劃分應充分采用封隔/監視系統，以減少測量工作量和保證物流測量的完整性；（4）衡算的方法是清點件數還是測量；（5）物料平衡計算可能達到的精度和衡算報告的簡易性；（6）充分考慮企業商業敏感數據的保密性。-15-根據MBA劃分及工藝流程特點，設置充分和必要的關鍵測量點（KMP），在核材料轉移交接地點設物流關鍵測量點（KMP—1、2）；在貯存或實物盤點處設置盤存關鍵測點（KMP—A、B、C）。發運KMP-3對于核動力廠，IAEA建議采用單一的MBA結構，在新燃料組件貯存庫，堆芯和乏燃料貯存池分別設置3個庫存關鍵測量點，并分別建立3個流動關鍵測量點，如圖所示。KMP-A新燃料組件KMP-B反應堆堆芯

KMP-C乏燃料貯存水池接受新燃料KMP-3乏燃料乏燃料發運KMP-1KMP-2-16-第三節實物保護

一、實物保護概念核材料與核設施的實物保護，是指防止核材料的被盜和非法轉移、防止核設施被破壞的保護措施和技術，簡稱實物保護。實物保護是一個綜合性的概念，它包括：設施設計（包括平面布置等）和警衛組織、保衛制度、人防措施等軟件部分；以及實體屏障、探測與報警復核系統、出入口控制等硬件部分組成。實物保護系統應具備有效性和完整性。國家實物保護的目標：創造條件將非法轉移核材料或破壞核設施的可能性降低到最低限度，并提供信息和技術援助，以支持國家采取迅速和全面的措施，確定遺失核材料的地點并追回核材料，以及最大限度地減少破壞的影響。

實物保護是為生產、使用、運輸、處理和貯存中的核材料以及核設施的安全而制定的措施，也可看成是減少核擴散危險的一種措施。實物是相對無形物而言的。實物保護是指監督有形物免受未授權的非法轉移。核保障領域的實物保護對象特指核材料和核設施，所以稱核材料核設施實物保護。-17-⒈實物保護的目的（1）保證核設施和核材料的安全；（2）防止無罪的或非有意的穿入保護區域；（3）保證準確探測、識別、攔截和防止有意侵入保護區域；（4）準確和有效控制并保證經核準者順利出入保護區域；（5）保證對突發事件及時響應；（6）在應急情況下，保證消防、醫療和事故處理人員順利出入保護區域。-18-⒉對核設施實物保護的要求（1）核設施安全監督管理部門應規定核設施的實物保護要求，以防止核設施遭受破壞。應考慮可能的放射性釋放、核設施的地地理位置和國內的具體情況；（2）不論核材料屬于哪類等級，只要核設施有可能遭受破壞就應執行某種適當的實物保護措施；（3）一個核設施執行何種實物保護措施，不僅要考慮其使用、存有核材料的類別，還應考慮遭受破壞的潛在的放射性釋放給環境帶來的危害，核材料的分級可能不反映這種危害性，因此，核設施的實物保護必須考慮這種危害性；（4）核設施放射性釋放的危險程度與遭受破壞的方式、核設施的設計狀況和安全性有關。因此，應針對不同的核設施遭受破壞的后果嚴重程度作專門評價，在這方面，核安全專家與實物保護專家應密切配合。-19-二、核材料和核設施的實物保護級別核材料和核設施的實物保護級別取決于：－核設施或核材料的風險等級；－國家設計基準威脅；－放射性后果。-20-⒈核材料分級（分類）核材料的分類是基于：制造核爆炸裝置的材料的潛在風險為依據。這種風險本身取決于：－核材料的類型（钚、鈾、釷）；－同位素組分（特別是易裂變同位素含量）；－物化狀態；－稀釋程度；－輻射水平和核材料數量。按照轉為軍事目的或作為恐怖工具難易程度，制造核爆裝置所需的化學和物理過程越少，則核材料所屬的類別就越高。例如钚和高富集度鈾屬于最高類別。低富集度鈾、天然鈾、貧化鈾和釷則依次屬于較低的類別。中華人民共和國核材料管制條例實施細則（HAF0601）第25條規定了我國核材料的實物保護等級劃分（見表8-4）-21-表8-4中國核材料實物保護等級劃分材料狀

態I等

級IIIII钚未輻照過的2kg以上10g—2kg10g以下鈾未輻照過的U富集度≥20%的濃縮鈾5kg以上1kg—5kg10g—1kg未輻照過的U富集度在10—20%范圍濃縮鈾20kg以上1kg—20kg未輻照過的U富集度＜10%的濃縮鈾（不包括天然鈾、貧化鈾）300kg以上10kg—300kg氚未輻照過的(以氚量計)10g以上1g—10g0.1g—1g鋰濃縮鋰（以鋰計）20kg以上1kg—20kg-22-⒉核材料實物保護等級劃分的依據核材料實物保護分級涉及方面:－固定場所的警衛和守護；－固定場所的實體屏障；－固定技防措施；－核材料的運輸保衛等。對不同級別的核材料和核設施其實物保護要求的內容和程度顯然是不同的。HAF0601對一、二、三級核材料的實體屏障的要求作了明確規定。其中要求建立完整、可靠的實體屏障。-23-3．核設施實施分級、分區實物保護

3.1設計基準威脅對核設施可能遭受到的各種威脅要素應進行分析和歸類，整理出設計基準威脅。可能的威脅要素主要包括：潛在犯罪分子的類型、動機、規模、能力和可能采用的手法和策略。其中潛在犯罪分子包括外部、內部和內外勾結等多種類型。核設施的設計基準威脅在報呈國家主管部門審批后，方可作為設計實物保護系統的依據。根據保護的重要程度和潛在風險，執行核設施的實物保護分級（一級、二級、三級）和分區（要害區、保護區、控制區）保護。-24-3.2核設施實物保護的分級核設施實物保護的分級依據：－核設施在遭到破壞后可能產生的放射性釋放對公眾和環境的危害程度；－核設施中核材料的類型、數量、富集度、輻射水平、物理和化學形態、－核設施所處地理位置及具體情況等因素，核設施分為三個實物保護級別。在設施級別與核材料級別劃分不一致時，應按其中的最高等級確定核設施實物保護的級別。-25-實施一級實物保護的核設施：(a)核材料數量達到一級實物保護的設施；

(b)堆芯熱功率在100MW(th)以上的反應堆裝置；(c)包含一部分新近卸堆的乏燃料，且總量大于1017Bq銫-137的乏燃料池；(d)獨立存放和處理高放廢液的設施；(e)乏燃料元件后處理設施等。-26-實施二級實物保護的核設施：(a)核材料數量達到二級實物保護的設施；(b)堆芯熱功率為2--100MW(th)的反應堆裝置；(c)獨立存放和處理高放固體廢物及中放廢液的設施；(d)含有需作主動冷卻處理核燃料的乏燃料池；(e)若發生不受控臨界事故，其影響可能波及周界外超過0.5千米范圍的設施等。-27-實施三級實物保護的核設施：(a)核材料數量達到三級實物保護的設施；(b)堆芯熱功率小于2MW(th)的反應堆裝置；(c)獨立存放和處理中放固體廢物及低放廢液的設施；(d)若失去屏蔽，直接外照劑量率在1米處超過100mGy/h的設施；(e)若發生不受控臨界事故，其影響可能波及周界外0.5千米范圍內的設施等。-28-3.3核設施的分區保護

核設施的實物保護區域劃分為:控制區、保護區和要害區，實行分區保護與管理。實施一級實物保護的核設施設控制區、保護區和要害區；實施二級實物保護的核設施設控制區和保護區；實施三級實物保護的核設施設控制區。三區呈縱深布局，即要害區在保護區內，保護區在控制區內。-29-實施一級實物保護的核設施所涉及的核材料、裝置、設備、配套沒施和安防中心，如主控室、核反應堆及其輔助廠房、核燃料庫房、安全級發電機房、安全級冷卻劑循環泵、高放廢液處理設備、乏燃料元件處理主工藝廠房、保衛控制中心等，都應置于要害區。

實施二級實物保護的核設施所涉及的核材料、裝置、設備、配套設施和安防中心，如主控室、核反應堆及其輔助廠房、核燃料庫房、應急發電機房、冷卻劑循環泵、低濃鈾濃縮設備、中放廢液及高放固體廢物處理設備、保衛控制中心等，都應置于保護區。實施三級實物保護的核設施所涉及的核材料、裝置、設備、配套設施和安防中心，如主控室、核反應堆及其輔助廠房、核燃料庫房、低放廢液及中低放固體廢物處理設備、保衛值班室等，都應置于控制區。-30-三、實物保護系統設計和評價⒈確定實物保護系統目標（1）掌握核設施的運行特點和狀況。包括廠區邊界位置、建筑物位置、建筑物內部平面布置、出入口、工藝流程和已有的實物保護設施及運行狀況。（2）確定設計基準威脅（DBT）。設計基準威脅考慮敵人的類別、戰術、裝備和行為能力等。這是核設施進行實物保護系統設計的前提。設計基準危險DBT不是技術問題，它主要是政治和社會問題，由政府部門定。在美國的聯邦法規（10CFR，PART73）中對核設施及核材料的實物保護的設計基準威脅，作了明確的規定：

①惡意襲擊；

②偷盜或非法轉移。-31-⒉實物保護的設計要求實物保護系統必須具備探測、延遲、響應功能。為使實物保護系統的有效性和完整性得到提高。應充分考慮以下原則：（1）縱深防御核設施的實物保護應分區保護、層層設防，采用多種技術手段和探測技術使防范對象必須依次避開或突破實物保護系統的保護器件。縱深防御能使防范對象在侵入過程中越來越感到深不可測和困難，攻擊該系統以前需做更多的準備工作或中途放棄破壞企圖，起到一個遏制作用。（2）均衡防護對保護目標的保護措施盡量作到平衡，使所有可能的入侵路徑具有等同的防范效果，包括相似的延遲效果和探測概率，不論防范對象如何企圖達到其目的，總會遇到實物保護系統的有效設備，不存在薄弱環節。（3）冗余原則實物保護系統的主要設備應有冗余，包括探測器、通訊手段、供電等。（4）有效性和完整性實物保護系統首先考慮系統的有效性、完整性確保可靠，其次是設備的先進性，一般采用比較成熟的技術。實物保護系統的各組成部分構成一體、且相互補充，不留漏洞即完整性。各組成部分的運行是否正常，能否發揮預定功能即有效性。-32-⒊實物保護的功能要求實物保護系統必須具備的基本功能有探測、延遲、響應。（1）探測探測就是發現防范對象的行動包括探知公開的或秘密的行動。探測過程的組成：－探測器對異常事件作出反應并引發報警；－報告并顯示信息；－分析這些信息并判斷報警是否有效；－探測功能還包括進入控制。探測功能的有效性量度是指感知入侵者行動的概率和報告并復核報警所需的時間。探測器在觸發后，報告和完成報警復核的時間越短，則系統的探知概率Pd越接近探測器的探測概率Ps。-33-（2）延遲延遲是實物保護系統的第二項功能，是指使防范對象入侵進展變緩慢的手段，它可以靠實體屏障、門鎖和被激活的延遲器件來實現，固定的且保護起來的警衛也可以看起到延遲作用。延遲有效性的度量是防范對象（被探知后）避開或突破某個延遲設備所需的時間。盡管防范對象在被探知前也許受到過延遲，但這種延遲對實物保護的有效性是沒有價值的，因為它不能增加對防范對象做出響應的時間。-34-（3）響應響應功能由警衛部隊采取的用于阻止防范對象破壞行動得逞的各種行動組成。響應包括截住和制止兩部分。截住被定義為響應部隊到達能使防范對象開始停止行動的部位；制止就是在防范對象達到其破壞目的前使其停止的行動。此功能的有效性度量是響應部隊的戰斗能力的表現。實物保護系統必須能實現探測、延遲和響應這三項功能；且必須在短于防范對象完成其破壞行動所需時間的一段時間內實現。-35-⒋實物保護的組成（1）實體屏障實體屏障的作用是劃定不同區域，控制人員出入，防止未獲準的進入以及阻礙和延遲非法入侵，核設施的實體屏障應完整封閉，各區實體屏障的材料、結構、建造要求以及照明設備應滿足法規要求。（2）出入口控制核設施人員和車輛應分別設置出入口，設置門禁系統，使用不易偽造的不同證件出入相應區域，嚴格控制出入要害區的人數，保護區和要害區人員和車輛出入口應具備檢查手段，對破壞工具、違禁品和放射性物品進行檢查，控制區和保護區車輛出入口應設有車輛減速裝置。（3）周界探測與報警復核核設施的保護區和要害區周界必須裝設由外部探測器、內部探測器、報警評價、出入控制、報警通訊等技術防范裝置組成的技術防范系統。周界是指圍繞被保護區域的閉合屏障，探測是對非法入侵保護區、要害區的人員和車輛的探測。報警復核主要由電視監控裝置完成，復核的目的是對報警信號進行判別，同時，還應考慮信號傳輸技術和安全問題、保衛控制中心的人因工程。-36-（4）保衛控制中心保衛控制中心應具備以下功能：同時接受多路報警，并有聲、光顯示報警位置；報警時，自動啟動電視監控并進行復核、記錄與打印；接受、記錄和打印各種出入口人員和車輛進出信息；完備的通訊手段和24h值班；能維持24h以上的備用電源。（5）通訊系統核設施實物保護系統應具備方便、有效的有線和無線通訊聯絡手段，應具有響應快速、報警功能、直呼與群呼、安全可靠等基本功能，同時要考慮通訊手段的多樣性和多重性，尤其是在保衛控制中心、重要的出入口、響應力量值班室等部位。除以上技術措施外，完善的組織機構和足夠的響應力量也是必不可少的。-37-⒌實物保護系統的設計和評價在設計實物保護系統時，應遵循一些通用的原則，以及相關法規的要求。并作到與核設施同時設計、同時施工、同時運行。對已運行的實物保護系統評價時一般不允許進行涉及模擬做案團伙穿越屏障或盜竊核材料和警衛部隊執行響應功能的試驗，故采用以單項或子系統的性能試驗為基礎，通過應用系統模擬技術，將部件的有效性估計值組合成系統的有效性估計值，進行評價。-38-實物保護系統的設計和分析過程確定保護對象室外傳感器出入延遲響應

SAVI模型

室內傳感器風險分析報警的判別報警的傳送和顯示進入控制確定實物保護的目標設計實物保護系統分析設計最終設計重新設計描述設施特點實物保護系統分析/評估界定設計基準威脅探測延遲響應EASI模型ASD-39-⒍實物保護系統方案改進對任何一個初步設計的實物保護系統，都必須進行有效性評價，找出其不足之處，提出進一步改進的措施，修改實物保護系統方案設計。實物保護系統的目標也可能需要重新評價。對修改后的實物保護系統還要進行再分析評價，該循環過程一直持續到其結果已表明實物保護系統能實現保護目標為止。-40-第四節核材料管制的監督檢查

根據《中華人民共和國