核物理论文
摘 要： 在临界装置上开展的临界物理试验是反应堆设计的重要依据。通过研究试验人员对临界装置质量管理程序的响应和执行情况，有助于规范临界装置运维过程，保证物理试验的效率和安全性。该文调研了临界装置的质量管理程序与方法，分析了影响临界装置质量工作的关键要素，结合近7年的运行记录和质量检查记录，研究了临界装置运维的质量管理成效，证明了临界装置的运维过程中较好的落实了质量工作。
关键词 : 临界装置;质量管理;实践研究;响应;成效;
临界装置（英文名Critical Facility）是为理论计算提供校验依据的物理实验装置，可对堆芯结构和组成进行临界试验测量，确定反应堆的临界特性，其具有结构灵活可变、功率低、安全性强等特点，可在常温常压下开展实验，无须专设冷却装置。
针对临界装置的运行和维护（以下简称“运维”），需要建立质量保证体系，根据运维实践及管理部门审查的要求，逐步对运行质量保证大纲体系进行完善。开展临界装置运维的质量管理实践研究，其核心是以事实为依据，对质量工作实施过程深入剖析，指导临界装置运维质量工作的进一步完善。
1 、临界装置质量管理概况
涉及临界装置质量和安全的活动必须做到“凡事有人负责、凡事有章可循、凡事有人监督、凡事有据可查”。围绕该质量目标，对质量工作内容进行了划分，形成层层落实、环环相扣的质量管理责任体系。
1.1、 现行质量工作内容
临界装置质量管理的工作内容包括临界装置安全重要物项和对运维质量有影响的各种活动，具体包括采购、加工、制造、装卸、运输、贮存、运行、试验、检查、维修、换料、修改以及试验装置的安装、调试等[1]。
为保证临界装置运维质量，制定有临界装置质量保证大纲，将与运维相关的活动分为管理性活动和技术性活动两种：管理性活动包括质保大纲及其程序的制定和管理、质保监查、管理部门审查等；技术性活动包括临界装置运维、检查、试验和修改等。
1.2、 质量管理责任体系
针对临界装置运维的质量管理工作，建立质量管理责任体系，明确管理者的职责和各职能单位的责任，要求100%覆盖临界装置运维涉及的所有单位和部门。
在临界装置运维的质量管理责任体系中，单位的主管领导对临界装置的安全运行负总责；分管领导负责组织制定和执行质量保证大纲，对临界装置运行和大纲的实施负领导责任；利用临界装置开展科研、试验时，项目负责人对临界装置运行的质量、安全负管理责任；从事影响质量和安全的管理、执行和验证活动的部门和人员，对所从事的工作负责；质量管理部门进行监督、检查和监查，以确保顺利执行临界装置运行质量保证大纲。
1.3、 质量管理方法
在科研工作中，临界装置运维单位必须按照科学的方法进行质量管理，其中较有代表性的包括DMAIC模型[2]等，DMAIC模型来源于通用电气公司的质量管理案例，具体分为定义（define）、测量（measure）、分析（analyze）、改进（improve）、控制（control），可实现临界装置运维过程的持续改进，保证试验测量的准确性和人员作业安全性，如图1所示。
运维单位在试验前对试验过程进行梳理，对可能出现的质量安全问题进行分析，完成试验要求的定义。试验期间，对测量过程和测量系统进行分析，完成试验前状态检查，按照计划开展试验。对分析数据时同以往数据进行比较，验证数据准确性，并对数据的敏感性和不确定性进行分析，确定试验主要扰动因素。在改进过程中组织团队成员对试验中遇到的问题和主要扰动因素进行分析。最后拟定控制计划。基于该质量方法，临界装置运维单位按照质量管理大纲的相关要求，进行质量过程严格管理。
2 、影响临界装置质量工作的要素
临界装置运维单位要完成质量工作，除了责任体系和管理方法的顶层设计之外，主要体现在质量管理小组的建立和质量工作的“先细化、再实施”上。
图1 临界装置物理试验人员采用的DMAIC模型
2.1、 质量管理小组
负责临界装置运维的班组需要设置专门的质量管理小组，所有质量管理成员须取得相关执照。在临界装置的运维过程中，小组成员的职责划分如下：1）质量控制监督人员在验证过程控制工作和检验、试验控制活动中，验证质量控制人员所从事的质量控制工作是否按照质量保证大纲中相关的控制要求和质量控制工作程序、质量计划等要求进行，是否满足规定的要求。2）质量工程师旨在对所在班组的员工开展程序培训，按程序进行经验反馈，负责监督各类检查提出的整改要求的落实，按质量部门要求收集体系建设及运行相关质量信息，督促班组提交相关质量论文，组织QC小组活动。3）监造工程师负责按要求执行外协试验设备制造过程的监造，负责设备制造进度跟踪，对供货方的质量控制过程进行监督检查，对发现的问题提出整改要求，并验证整改情况，签署制造过程质量计划中的质量见证点。
2.2、 细化质量工作
临界装置运维活动涉及范围较广，在具体的实施过程中，要制定严格的质量规范措施。做好“先细化，再实施”的两步走工作。现行的临界装置运维的质量管理工作，涉及质量监督和监察、管理部门审查、运行维护及现场管理和人员培训四个方面。
2.2.1、 质量监督和监查
临界装置进行试验运行前，均要求编制试验文件，履行审批手续，并由质量管理部门对试验前准备状态进行检查，确保试验相关的人员、设备、试验文件、试验环境满足规定的要求。
质量管理部门根据运行监督大纲要求和年度运行任务情况制定年度质量监督计划，重点对定期试验、在役检查、安全及安全相关级设备的维修、修改，重大的科研试验活动进行监督，根据监督发现的问题提出整改要求。
每年由质量管理部门制定质量保证监查计划，实施对临界装置的监查，临界装置运维相关部门根据监查提出的纠正措施要求制定纠正措施计划，进行纠正。
2.2.2 、管理部门审查
每年由质量管理部门组织，分管临界装置运维的领导主持进行管理部门审查，并根据审查意见实施对质量保证体系的改进。根据管理部门的审查的结果，判定临界装置运维质量保证大纲是否得到有效实施，质量保证大纲是否充分、适宜。
2.2.3、 运行维护及现场管理
运维班组每年制定维护保养计划、在役检查计划、预防性维修计划，并按计划实施对装置、设备的维护保养和定期试验。反应堆现场配备安全分析报告、质量保证大纲程序、应急计划和实施程序等全套有效的技术资料。涉及反应堆应用和修改以及维修、维护工作均严格按有关程序执行。
临界装置按照要求每月进行保养运行，保证各仪器仪表及各系统工作正常。每月对慢化剂水质进行测量，保证水质满足要求。
临界装置运行人员必须经考核合格，持有国家核安全局颁发的运行执照。安排专门的辐射防护人员，配备足够的辐射防护用品和辐射剂量监测仪表。放射性工作区域严格实行“分区”管理。为保证临界装置运行设备安全，控制人员和设备出入。
2.2.4、 人员培训
临界装置运行人员、维修人员和辐射防护人员的培训包括理论学习和实际操作培训，采取现场授课和操作演练的方式进行。根据培训大纲的要求，每年制定“临界装置人员培训和再培训计划”，按计划完成对运行人员、维修人员和辐射防护人员等的培训。
3、 质量管理实践成效
3.1、 质量管理响应情况
在应用以上质量管理方法的基础上，通过调研从2013年至今的运行记录和质量检查记录，对临界装置运维的质量管理活动响应情况进行分析：1）临界装置进行反应堆物理试验和保养运行，无非计划停堆。2）试验过程中严格了遵守临界装置运行限值和条件，核设施各系统和设备的安全性能满足临界装置最终安全分析报告的要求，严格按操作规程操作，保证了反应堆物理试验的安全，无运行事件。3）临界装置运行、维修、试验人员近7年的年平均放射性剂量为0.12 m Sv/人，最大个人剂量值0.93 m Sv，远低于15 m Sv的运维单位限值，远低于GB 18871—2002《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》规定的5年100 m Sv、每年不超过50 m Sv的个人年剂量管理限值，见表1。4）临界装置近7年来在运行和维修过程中无液体放射性废物产生；临界装置运行功率低，持续时间短，气体放射性废物排放总活度很低；产生的固体放射性废物（手套、口罩等）最大值为20 kg，表面γ辐射剂量水平最大值为0.20μSv/h，与本底γ辐射水平0.15μSv/h相当；表面α、β污染水平最大值为1.25Bq/cm2，低于国家规定的4Bq/cm2限值，在使用完毕后集中存放，符合GB14500—2002《放射性废物管理规定》中少量核技术应用废物的临时贮存要求，如表1所示。5）通过对厂址及周围环境进行监测，环境的放射性气溶胶历年最大值为6.41×10-6 Bq/L，平均值为4.46×10-6 Bq/L，与原有本底调查值4.0×10-6 Bq/L相当，见表1。监测结果表明，气溶胶的放射性水平很低，对环境无可察觉的影响。6）临界装置现场配有全套应急文件，现场应急设施包括便携式剂量监测仪、剂量笔、应急防护用品、应急专用电话和传真机、报警喇叭。定期对应急设备进行清点、保养和维护，确保处于正常可用状态。每年均开展假想外电源失电、假想地震叠加停堆系统失效、假想短周期叠加卡棒事故等厂房应急演习，提高人员应对突发安全状况的能力。7）临界装置基于纵深防御，采用多道防护屏障，燃料元件结构性能良好，试验大厅完好，多道防护无变化且完整有效。8）临界装置开展的零功率物理实验，元件消耗可以忽略，装堆和出入库严格执行各项操作规程，燃料元件无损坏。每年的核材料盘存工作记录显示，盘存结果帐物相符。9）临界装置厂区的核材料库和核设施实物保护等级为Ⅰ级，实施的实物保护工程建设将保护区域分为控制区、保护区和内区，建设了各区域的周界和出入口，并设置相应的探测、延迟、反应通信设备，控制保卫中心全天24 h值守。10）临界装置培训包括取照人员培训、运行人员再培训和试验前培训。统计历年培训时长信息，2013—2017年开展了取照人员培训，每人每年平均194.2 h，最少119 h，如图2所示；运行人员再培训每人每年平均86.14 h，最少64 h，如图3所示；试验前培训每人每年平均18.83 h，最少11 h。根据国防科工委引发的《研究堆操纵人员换照资格审查申请报告》，再培训时间超过规定的60 h限值，符合相关要求。
3.2、 质量检查问题落实情况
国家核安全局、国防科工局、生态环境部（原环境保护部）西南核与辐射安全监督站、苏州核安全中心、单位质量管理部门等单位及个人定期对临界装置的质量管理和安全运行情况进行质量审查、质量监督和质量监查。
按相关规程和规定要求，临界装置运维班组每年年初制定全年运行维护及检查计划，针对临界装置每月至少进行2次运行维护，每半年进行1次定期试验，每年进行1次在役检查。在这些例行的维护、检查活动中，对工作现场包括反应堆大厅、核材料和放射源库、控制室、回路间、试验室及其他工艺房间等进行巡查，发现问题或隐患及时排除整改。近7年的相关记录与存档文件显示，在各项安全检查和监察活动中，临界装置运维班组对检查专家提出的整改要求和建议，均及时进行了整改和反馈，质量检查问题的落实率达到了100%。
4、 结论
临界装置运维质量管理工作是一项烦杂的系统工程，其不仅包括了各项质量活动，而且是以科学的管理方法为核心，以质量管理小组的职责分工和质量工作细化为主线，配合相关部门的质量审查、监督和监查，对运维过程质量保证体系的系统性整合。该文在现行临界装置质量管理工作的基础上，对影响临界装置质量工作的要素进行了探讨，通过临界装置质量管理实例分析，证明了质量管理方法的有效性。该方法对类似试验设施的质量管理也有重要的借鉴意义。
图2 近7年取照人员培训时长统计
图3 近7年运行人员再培训时长统计
表1 近7年的个人年剂量、放射性废物和环境放射性剂量统计表
参考文献
[1]张雁,刘鹏飞,赵燕中国核电厂质量保证安全规定修订建议[J]核动力工程, 2014 (增刊1 ):5-7.
[2]吴全利,齐嘉楠.六西格玛的DMAIC模型[J].中国统计, 2005(6):45-45.