1. 引言
目前世界上只有美国、德国、日本和俄罗斯这4个国家拥有或曾经拥有过核动力商船，但美国、德国和日本这3个国家各自在上个世纪70年代建造了一艘核动力商船后都因公众的担心而没有开展后续的建造计划，因此核动力商船核事故应急相关研究也都随之处于停滞状态，包括应急计划区(EPZ) [1]。
随着技术的进步，确保核动力装置核与辐射安全的技术和管理水平都有了很大的提高，消除公众担心、建造大型核动力船舶、充分发挥其近乎无限续航能力的强大优势是目前世界各国船舶建造行业的紧迫需求 [2]。另外，随着核与辐射安全宣传的普及和深入，公众逐渐认识到核动力装置与其他动力装置一样都存在着对人员安全的潜在威胁，针对其特有的核与辐射威胁建立充分而有效的应急准备能最大程度地减小甚至避免这种威胁。
在以往的公众认知中，被划入EPZ内的公众是受到威胁的，没被划入的是安全的，但人们逐渐认识到，无论是否被划入EPZ，公众离核设施的距离总是一定的，从这个角度考虑，那些被划入EPZ的公众由于在该区域建立了充分而有效的应急准备，特别是对确保公众安全和健康的防护行动才是安全的。EPZ是在应急准备阶段确定的、在应急响应期间对核设施场外公众采取恰当防护行动的区域。在核设施周围划分良好的EPZ不仅能实现避免或减小公众遭受来自核设施的核与辐射威胁的应急响应目标，还能获得良好的社会效益，因为实践表明针对群体的防护行动往往比针对个体的更容易被公众接受，在技术和管理上也更可行。另外，对于核动力船舶，只有设计热功率达到几百甚至上千兆瓦才能更好地体现其无限续航能力的强大优势。
因此，本文提出了适用于设计热功率为百兆瓦级客货两用商船(以下简称“大船”)，具有船体大、功能分区多、舱室多且分多层布置、人员承运量大且组成复杂这些特性的大船EPZ的划分建议，为消除公众担心、推动我国大型核动力商船的建造提供依据。
2. 大船EPZ划分的前期准备
IAEA于2015年印发的一般安全要求No.GSR Part7提出了5个应急准备类别并给出了适用核设施的示例，其中包括EPZ的建议 [3]：① 类别I，核电厂等；② 类别II，研究堆、核动力推进船舶或潜艇等；③ 类别III，工业辐照、医院等；④ 类别IV，核或放射性材料运输、移动危险源等；⑤ 类别V，受其他辖区类型I或II污染，因此有人据此提出了“大船是核动力推进船舶可以按照应急准备类别II开展应急准备，仅需在船外划分紧急防护行动计划区(UPZ)、扩展计划距离(EPD)、摄入和商品计划距离(ICPD)这3个EPZ”的观点，但应急准备类别II和类别I通常以100 MW设计热功率(Pth)为界，类别I又以1000 MW Pth为界分为Pth ≥ 1000 MW、100 MW ≤ Pth < 1000 MW 2种情况 [4]，因此又有人据此提出了“大船的应急准备至少要达到类别I第2种情况(100 MW ≤ Pth < 1000 MW核电厂)的水平，除了在船外划分UPZ、EPD、ICPD这3个EPZ以外，还应划分预防行动区(PAZ)”的观点，似乎这个观点看起来更加合理，但实际上这2个观点都没有从大船是否具有划分EPZ的需求以及具有划分怎样的EPZ需求出发。
EPZ的作用是为了组织那些受到类似事故、类似威胁、类似后果的人群采取类似的防护行动，与其他所有类型的核设施都相同，大船同样要在充分的威胁评定的基础上根据可能遭受大船事故威胁的人群以及这些人群是否具有采取防护行动的需求划分EPZ，国际上通用的EPZ划分方法同样适用于大船，也就是说，大船也可以通过以下2个步骤划分EPZ：① 步骤一：选择事故，计算事故所致裂变产物场外释放源项(以下简称“场外释放源项”)；② 步骤二：根据场外释放源项、场外环境参数 [5]，计算场外不同位置的个人预期剂量，并将这些预期剂量与应急照射防护准则(以下简称“防护准则”)中对应的剂量限值进行比较，预期剂量达到和超过剂量限值的位置即划为EPZ。其中，步骤一的作用是识别大船可能会发生的事故，并在这些事故中筛选出会对场外人群的安全或健康造成威胁的那些事故。步骤二的作用是识别可能会遭受大船事故威胁的场外人群，并在这些人群中筛选出具有采取防护行动需求的人群 [6]。然而，大船独有的设计特性和运行环境特性决定了它的“场区”和“场外人群”与核电厂等固定式陆上核设施有显著的不同。因此，在开展具体的场外释放源项和预期剂量计算以论证大船是否具有划分EPZ的需求以及具有划分怎样的EPZ需求之前，先要明确大船的“场区”和“场外人群”。
根据大船船体大、功能分区多、舱室多且分多层布置的特性，将维持大船核动力推进装置作业所必须的系统、设备、部件以及相关作业人员所处舱室的最外围实体边界以内的船上区域视为“场区”，并定义为“涉核区” [7]。大船的涉核区与核电厂的场区在功能和布置上具有非常大的相似性，但这也直接造成了大船的“涉核区外”与核电厂“场外”的不同。首先，大船的涉核区外既包括船上也包括船外，船外既包括陆域也包括海域，海域既包括我国管辖海域也包括公海。其次，大船的涉核区外是舱室，船外才是自然环境。由此可见，对于大船，涉核区外船上区域、我国管辖陆域和海域、公海都可能具有划分EPZ的需求，因此步骤一要给出大船的涉核区外释放源项(从大船涉核区最外围实体边界释放的FP源项)的计算结果 [8]。但由于大船的涉核区与核电厂的场区在功能和布置上具有非常大的相似性，这就使得大船的涉核区外释放源项计算与核电厂的场外释放源项计算不会有显著的差别。目前，国际上普遍认可通过概率安全分析(PSA)，基于堆芯损伤频率(CDF)和大量释放频率(LRF)选择计算场外释放源项的事故，研究中也使用了这样的方法，唯一的区别是大船的PSA额外考虑了摇摆、碰撞、触礁等海上特有的外部始发事件 [9]。因此，研究中并没有将步骤一作为大船EPZ划分的研究重点。
研究中根据大船人员承运量大且组成复杂的特性，将船上人员分为3类 [10] [11]：① 辐射工作人员，即受大船营运单位雇用并从中受益(如，薪资)的、涉核区外船上区域作业的工作人员，如，大船应急时正在反应堆舱、核辅舱、汽轮机舱、反应堆控制舱等舱室内作业的工作人员；② 一般工作人员，即受大船营运单位雇用并从中受益的、辐射工作人员以外的其他人员；③ 船上公众，即不受大船营运单位雇用且没有从中受益的人员。对于一般工作人员，考虑到他们在受雇用时并没有遭受额外辐射照射的计划，研究中假设一般工作人员使用与船上公众相同的防护准则。对于辐射工作人员，考虑到他们在大船应急时可能仍需继续坚守岗位，自动转为应急人员，研究中假设转为应急人员的那部分辐射工作人员使用应急人员的防护准则，其余的辐射工作人员也使用与船上公众相同的防护准则。另外，研究中根据大船具有移动性的特性，将船外公众分为2类：① 大船停靠港周围我国管辖陆域和海域(以下简称“我国管辖陆域和海域”)公众，其中，停靠港涉及建造港、试验港、母港、寄泊港、事故地就近港等，我国管辖海域指我国领海基线200海里以内的海域，包括内海、领海、毗邻区、专属经济区；② 公海公众，即我国领海基线200海里以外海域的公众。考虑到我国管辖陆域和海域与公海相比，人口数量更多且分布更密集，渔业和娱乐等资源利用更丰富，出现在大船周围的船只、海洋工程、航空器等数量更多、组成更多样且出现的随机性更小，研究中要对我国管辖陆域和海域、公海使用不同的EPZ划分方法。由此可见，对于大船，步骤二要分别对涉核区外船上各舱室、我国管辖陆域和海域不同位置、公海不同位置的预期剂量都进行计算才能论证哪些区域具有划分EPZ的需求以及具有划分怎样的EPZ需求。因此，研究中将步骤二作为了大船EPZ划分的研究重点。
3. 用于大船EPZ划分的剂量准则
我国现行的用于核设施场外EPZ划分的剂量准则是国家标准GB 18871-2002《电离辐射防护与辐射源安全基本安全标准》中的“急性照射的剂量行动水平”和“应急照射情况下的通用优化干预水平和行动水平” [12]，但考虑到该准则与目前国际上最先进的准则相比存在着使用可防止剂量作为测定量不利于使用、没有明确测定量计算的照射途径和照射时间、剂量限值没有充分体现事故进展与防护行动关系等问题 [13]，研究中确定了用于大船EPZ划分的剂量准则，见如表1。
表1的剂量准则参照IAEA一般安全要求No.GSR Part7中的“适用于短期内所受剂量并预期在应急中任何情况下为避免或最大限度减少严重确定性效应采取防护行动和其他响应行动的一般准则”和“在应急中为降低随机性效应风险所采取的防护行动和其他响应行动的一般准则”确定，差别是没有将AD胎儿、AD组织、H胎儿作为测定量。
Table 1. Dose criterion used in the partition of large ship EPZ
表1. 用于大船EPZ划分的剂量准则
注：① 测定量中，AD为平均相对生物效应(RBE)加权吸收剂量，H为甲状腺当量剂量，E紧急、E早期、E食物链为有效剂量；② 防护行动中，括号外的行动是测定量达到相应剂量限值时要立即采取的防护行动，括号内的行动是在采取括号外的行动时还要同时采取的行动。
4. 用于大船EPZ划分的假想事故序列
研究中选择了一个以大破口失水事故(LOCA)为始发事件、造成CDF ≥ 10−5/(堆·年)但“涉核区外”LRF ≤ 10−6/(堆·年) [14] 的假想事故序列，参照美国先进轻水反应堆(ALWR)用户要求文件(URD)中用于美国ALWR应急计划的补充概率安全分析方法，计算了大船的涉核区外释放源项，并依此源项分别计算了涉核区外船上各舱室、某一假想停靠港周围我国管辖陆域和海域不同位置表1中的6个测定量，确定了大船的涉核区外船上EPZ、我国管辖陆域和海域EPZ。但是，研究中并没有对公海EPZ进行计算。
用于划分大船EPZ的假想事故序列基于唯一获得美国核管理委员会(NRC)设计认证证书的Gen III+型核电机组AP1000的以下概率安全分析结果 [15]：
1) AP1000三级PSA显示：剂量风险的主导裂变产物释放组是安全壳旁通(BP)和安全壳早期失效(CFE)，分别占总剂量风险的78.6%和17.3%。
2) AP1000二级PSA显示：LRF的主导裂变产物释放组是BP和CFE，分别占总LRF的54%和38%，其中，BP的主导堆芯损伤事故序列是“反应堆冷却剂系统高压(未能紧急停堆的预期瞬态或安全壳内的主蒸汽管道破裂)”和“蒸汽发生器传热管破裂或界面LOCA造成的安全壳旁通)，分别占总LRF的20.9%和19.4%；CFE的主导堆芯损伤事故序列是“反应堆冷却剂系统完全降压”和“反应堆冷却剂系统部分降压(不包括大破口LOCA的LOCA)”，分别占总LRF的13.7%和10.5%。
3) AP1000一级PSA显示：CDF的主导堆芯损伤事故序列是“反应堆冷却剂系统完全降压”和“反应堆冷却剂系统部分降压(不包括大破口LOCA的LOCA)”，分别占总CDF的33.4%和24.8%；CDF的主导始发事件是安注管破裂和大破口LOCA，分别占CDF的39.43%和18.66%。
可见，以大破口LOCA为始发事件、造成堆芯损伤和安全壳早期失效的事故序列同时是CDF、LRF、剂量风险的主导贡献。实际上，将以大破口LOCA为始发事件的堆芯损伤事故系列用于划分EPZ也是我国核电厂普遍使用的方法。
用于大船EPZ划分的假想事故序列与AP1000基本相同，计算时使用了大船的参数。另外，研究中还计算了这个假想事故序列的CDF和“涉核区外”LRF，以验证是否满足CDF ≥ 10−5/(堆·年)但“涉核区外”LRF ≤ 10−6/(堆·年)的要求。
5. 大船EPZ的划分结果
研究中对大船的各EPZ重新进行了的定义，以说明各EPZ的防护目标、防护行动的启动条件、与事故进展的关系等。因此，大船的各EPZ定义与IAEA一般安全要求No.GSR Part7中的对应定义有所不同，但这样更符合大船的工程实际。
5.1. 涉核区外船上EPZ
涉核区外船上EPZ，见图1。
注：图中的红色、粉色、橘色都是涉核区，表示从大到小的辐射强度。
Figure 1. EPZ out of Nuclear-Involved area on ship diagrammatic chart
图1. 涉核区外船上EPZ示意图
从图1可以看出，要在大船的涉核区外船上区域划分船上PAZ、船上UPZ这2个EPZ，这由以下的计算结果确定：
1) 大船涉核区外的一部分舱室(图1中黄色区域)或AD红骨髓 ≥ 1 Gy或AD皮肤 ≥ 10 Gy，也就是说，这些舱室内的人员可能受到来自大船事故所致的死亡或功能丧失这样的确定性健康效应的威胁，这一群人具有采取预防性的撤离或去污这样的紧急防护行动的需求，因此要将这些舱室确定为PAZ。
2) 大船PAZ外的所有舱室(图1中绿色区域)或H甲状腺 ≥ 50 mSv或E紧急 ≥ 100 mSv，也就是说，这些舱室内的人员可能受到来自大船事故所致的癌症或遗传疾病这样的随机性健康效应的威胁，这一群人具有采取服碘或撤离这样的紧急防护行动的需求，因此要将这些舱室确定为UPZ。
研究中将船上PAZ、船上UPZ分别定义为：
1) 船上PAZ，即船上预防行动计划区，是为避免或减小涉核区外船上人员遭受严重确定性健康效应，基于核动力推进装置及其相关设施状态，在放射性物质向船上涉核区外区域释放前或释放后的短期内，采取紧急防护行动的预防性计划区。这里的“预防性”是指对船上PAZ内的人员采取防护行动的决策是基于大船的应急状态分级，而不是实际的预期或已经发生的剂量达到或超过了防护准则中的剂量限值。
2) 船上UPZ，即船上紧急行动计划区，是为避免或减小涉核区外船上人员遭受随机性健康效应风险，基于船上涉核区外区域环境监测或酌情考虑核动力推进装置及其相关设施状态，在放射性物质向船上涉核区外区域释放期间，采取紧急防护行动的条件性实际计划区。这里的“条件性实际”是指对船上UPZ内的人员采取防护行动的决策是基于实际的预期或已经发生的剂量达到或超过了防护准则中的剂量限值。
5.2. 我国管辖陆域和海域EPZ
在大船的停靠港周围划分船外UPZ、船外EPD、船外ICPD这3个EPZ，这由以下的计算结果确定：
1) 停靠港周围一定范围内或H甲状腺 ≥ 50 mSv或E紧急 ≥ 100 mSv，也就是说，这一范围内的公众可能受到来自大船事故所致的癌症或遗传疾病这样的随机性健康效应的威胁，这一群公众具有采取服碘或撤离这样的紧急防护行动的需求，因此要将这一范围确定为UPZ。
2) 停靠港周围一定范围内E早期 ≥ 100 mSv，也就是说，这一范围内的公众可能受到来自大船事故所致的癌症或遗传疾病这样的随机性健康效应的威胁，这一群公众具有采取临时避迁这样的早期防护行动的需求，因此要将这一范围确定为EPD。
3) 停靠港周围一定范围内E食物链 ≥ 10 mSv，也就是说，这一范围内的公众可能受到来自大船事故的癌症或遗传疾病这样的随机性健康效应的威胁，具有对这一范围内的农业、渔业、食品、商品生产和消费等进行限制的需求，因此要将这一范围确定为ICPD。
另外，需要说明的是，在确定我国管辖海域EPZ时将步骤一得到的涉核区外释放源沿着假想的大船航行轨迹视作了“线源”，这是由大船的移动性决定的，且整个轨迹覆盖了具有不同海洋气象条件的内海、领海、毗邻区、专属经济区4个海域，但由于没有获取到全面的海洋气象数据，因此在步骤二的计算中每个海域都只使用了一套海洋气象数据。
研究中将船外UPZ、船外EPD、船外ICPD分别定义为：
1) 船外UPZ，即我国管辖陆域和海域紧急行动计划区，是为避免或减小停靠港周围我国管辖陆域和海域公众遭受随机性健康效应风险，基于船外陆域或海域环境监测，在放射性物质向船外释放期间，采取紧急防护行动的条件性实际计划区。
2) 船外EPD，即我国管辖陆域和海域扩展计划距离，是为避免或减小停靠港周围我国管辖陆域和海域公众遭受随机性健康效应风险，在应急准备阶段仅对陆域或海域环境监测做出有限安排，在放射性物质向船外释放期间才被识别，并采取早期防护行动的条件性实际计划区。
3) 船外ICPD，即我国管辖陆域和海域摄入和商品计划距离，是为避免或减小停靠港周围我国管辖陆域和海域公众遭受随机性健康效应风险并减轻因分发、销售、消费被污染食品和其他商品引起的非放射性后果，基于陆域或海域环境监测，在放射性物质向船外释放期间或释放结束后的一段时间内才被识别，并采取防护行动的条件性实际计划区。
5.3. 公海EPZ
大船在公海航行时海域不确定、海洋气象条件不同，受来自大船的放射性物质释放直接影响的船只、海洋工程、航空器等又存在较大随机性，预先确定像我国管辖海域那样的EPZ显然不现实，因此研究中同时借鉴了环境影响评价中使用的“大气环境防护距离”、海上交通安全中使用的“船舶最近会遇距离”的概念，提出了在公海仅设置一个应急警戒距离(ECD)的建议，并将其定义为“公海ECD”。
公海ECD，即公海应急警戒距离，是为避免或减小公海公众健康威胁，即严重确定性健康效应和随机性健康效应风险，基于核动力推进装置及其相关设施状态、船上舱室辐射监测，特别是放射性流出物监测，或酌情考虑海洋气象环境，在放射性物质向船外释放前或释放后的短期内，采取紧急防护行动的预防性计划区。
另外，需要说明的是，公海ECD虽是船外EPZ，但考虑到大船在我国管辖海域和公海放射性物质向船外的释放方式不同，仍将其定义为预防性计划区。在我国管辖海域，救援难度小、船上人员可随时弃船撤离，为了尽可能保护船外公众，一般不会主动向船外排放放射性物质，放射性物质向船外的释放主要是密封性失效的泄漏释放。在公海，救援难度大、大船附近船只等可随时撤离、大船也可避让，为了尽可能减小船上污染范围、尽可能保护船上人员，一般会主动、可控地向船外排放放射性物质，大船附近船只的防护行动最好在放射性物质向船外释放前或释放后的短期内实施，因此将公海ECD定义为预防性计划区，且可直接将我国管辖海域UPZ的最大范围作为公海ECD的范围。
6. 结论
大型核动力船舶是一种集百兆瓦级反应堆、移动式辐射源、海上交通工具于一体的核设施，但无论是那一类只具上述单一特性的核设施，目前的EPZ划分都没有达成普遍的一致，这使得大船的EPZ划分更加困难。本文参照目前被国际上普遍认可的、较为先进和成熟的EPZ划分方法，重点针对因大船船体大、船外范围广造成的受大船事故威胁的人群复杂的特性，分别提出了船上、我国管辖陆域和海域、公海EPZ的划分建议，为后续的工程实践奠定了基础。