一种压水堆核电厂C‑14排放源项的计算方法技术

本发明专利技术涉及压水堆核电厂设计技术，具体涉及一种压水堆核电厂C‑14排放源项的计算方法，其特征在于，所述计算方法包括以下步骤：(1)根据压水堆核电厂中C‑14的产生和排放途径，计算核电厂每年C‑14总排放量；(2)根据已运行核电厂的气、液态C‑14排放量的实测数据，按照统计规律将步骤(1)得到的C‑14总排放量分配为气态C‑14排放量和液态C‑14排放量。本发明专利技术提供的计算方法，针对性强，易于操作，计算结果比较合理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于压水堆核电厂设计技术，具体涉及一种压水堆核电厂C-14排放源项的计算方法。
技术介绍
C-14是核电厂排放到环境中的主要放射性核素之一，排放方式包括气态排放和液态排放，其中气态排放是主要途径。C-14半衰期长，以有机物或CO2形态排放的C-14容易进入生物圈，进而以食物的形式进入人体。C-14具有β放射性，虽然射线能量不高，但在摄入体内后，会造成内照射危害，因此C-14成为核电厂环境影响评价工作中最受关注的几个核素之一。在压水堆核电厂选址、设计、装料等阶段的环境影响评价工作中，都需要对C-14的排放量做出分析。此外，厂址容量论证、核电厂运行阶段排放量申请等工作中也要用到C-14排放源项。在本申请提出之前，核电厂的C-14排放源项主要是根据已运行核电厂排放量的实测值推算的，属于基于经验反馈的统计方法。由于核电厂的设计要求保守性，源项设计值应该能包络运行中可能出现的最不利的情况，而基于运行经验反馈的源项数据可能无法代表实际运行中可能出现的最大值，无法满足核电厂源项设计的保守性要求，因此，需要提出一种基于C-14产生机理的压水堆核电厂C-14排放源项的计算方法。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的是提供一种压水堆核电厂C-14排放源项的计算方法，该计算方法针对性强，易于操作，计算结果比较合理。为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案是：一种压水堆核电厂C-14排放源项的计算方法，所述计算方法包括以下步骤：(1)根据压水堆核电厂中C-14的产生和排放途径，计算核电厂每年C-14总排放量；(2)根据已运行核电厂的气、液态C-14排放量的实测数据，按照统计规律将步骤(1)得到的C-14总排放量分配为气态C-14排放量和液态C-14排放量。进一步，步骤(1)中，将运行周期为一年的反应堆主冷却剂受中子活化产生的C-14总量视为核电厂每年C-14总排放量，以每年产生的C-14的活度A(14C)衡量核电厂每年C-14总排放量，对于压水堆，由式②计算每个活化反应产生的C-14的活度Ai(14C)，由式①计算A(14C)：A(14C)＝A1(14C)+A2(14C)+…+Ai(14C),i＝1，2，…… ①；Ai(14C)＝λ·Ni(14C)＝λ·V水·∑i·Φ水·f·k ②；式①中，A(14C)：每年产生的C-14活度，Bq；Ai(14C)：活化反应i产生的C-14的活度，Bq；式②中，λ：C-14的衰变常数，s-1；Ni(14C)：生成C-14的活化反应i每年产生的14C核子数；V水：受到活化的水体积，取V水＝1.1V水(活性区)，cm3，V水(活性区)代表堆芯活性区水体积，根据核电厂的设计参数选取；∑i:产生C-14的活化反应i对应的宏观中子反应截面，cm-1；Φ水：堆芯冷却剂即水中平均中子注量率，n·s-1·cm-2；f：功率负荷因子，根据核电厂的设计参数选取；k：机组运行时间，根据核电厂的设计参数选取。进一步，产生C-14的反应是指反应堆主冷却剂中由于O-17和N-14受中子活化，即17O(n,α)14C和14N(n,p)14C的反应；根据反应堆冷却剂中O-17的天然含量确定17O(n,α)14C的生成量，根据由核反应堆运行过程中含氮化学药剂添加量推算的反应堆冷却剂中N-14的含量确定14N(n,p)14C的生成量，从而确定N(14C)的值。进一步，以多群格式描述生成17O(n,α)14C和14N(n,p)14C的这两种反应的宏观中子反应截面∑i分别记为∑O-17(g)和∑N-14(g)，计算方法如下：首先读取最新的ENDF/B基础核数据库，按照精细多群结构筛选出相关反应的微观截面数据，分别经过多普勒展开、释热截面计算、自屏蔽截面计算、热群散射截面计算过程，获得精细多群微观截面数据，再通过能群合并获得与bugle-96群结构相同的多群微观中子活化反应吸收截面数据σO‐17(g)或σN‐14(g)，然后分别乘以反应堆冷却剂中O-17或N-14的核子密度，从而获得两种反应的宏观中子反应截面∑O-17(g)及∑N-14(g)。进一步，以多群格式描述堆芯冷却剂即水中的平均中子注量率Φ水，表示为Φ水(g)，Φ水(g)的计算方法如下：首先根据堆芯核设计特征以及反应堆功率水平计算堆芯活性区域的中子总注量率Φ堆芯，再由蒙特卡罗原理计算反应堆冷却剂中随能量变化的中子注量率分布，从而得到反应堆冷却剂中随能量变化的中子注量率与所有材料和所有能量的中子总注量率的比值，即相对中子注量率分布f水(g)，进而得到堆芯冷却剂即水中的平均中子注量率Φ水(g)＝Φ堆芯×f水(g)。本专利技术提供的计算方法只考虑对C-14环境排放有直接贡献的途径和反应，针对性强；主冷却剂中的N-14浓度根据已运行核电厂的含氮化学药剂实际添加量确定，比较符合实际情况，最终根据已运行电厂的实测排放量来分配气、液态排放量的比例，合理性强。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步描述。本专利技术提供的一种压水堆核电厂C-14排放源项的计算方法主要包括以下步骤：(1)根据压水堆核电厂中C-14的产生和排放途径，计算核电厂每年C-14总排放量；(2)根据已运行核电厂的气、液态C-14排放量的实测数据，按照统计规律将步骤(1)得到的C-14总排放量分配为气态C-14排放量和液态C-14排放量。实际上，压水堆核电厂中C-14有多种产生途径，包括核燃料的三元裂变，N-14、O-17等核素的中子活化等。核燃料中三元裂变产生的C-14，以及核燃料、结构材料中的N-14、O-17等核素活化产生的C-14几乎不会扩散到反应堆主冷却剂中，不会对核电厂的C-14环境排放构成贡献，因此本方法只考虑主冷却剂中的核素由于中子活化产生的C-14。为便于计算，本专利技术的步骤(1)中，将运行周期为一年的反应堆主冷却剂受中子活化产生的C-14总量视为核电厂每年C-14总排放量，以每年产生的C-14的活度A(14C)衡量核电厂每年C-14总排放量，对于压水堆，由式②计算每个活化反应产生的C-14的活度Ai(14C)，由式①计算A(14C)：A(14C)＝A1(14C)+A2(14C)+…+Ai(14C),i＝1，2，…… ①；Ai(14C)＝λ·Ni(14C)＝λ·V水·∑i·Φ水·f·k ②；式①中，A(14C)：每年产生的C-14活度，Bq；Ai(14C)：活化反应i产生的C-14的活度，Bq；式②中，λ：C-14的衰变常数，s-1；Ni(14C)：生成C-14的活化反应i每年产生的14C核子数；V水：受到活化的水体积，取V水＝1.1V水(活性区)，cm3，V水(活性区)代表堆芯活性区水体积，根据核电厂的设计参数选取；∑i:产生C-14的活化反应i对应的宏观中子反应截面，cm-1；Φ水：堆芯冷却剂即水平均中子注量率，n·s-1·cm-2；f：功率负荷因子，根据核电厂的设计参数选取；k：机组运行时间，根据核电厂的设计参数选取。关于式①、②中各参数的计算或选取方法，以下简要说明。关于N(14C)：在反应堆运行周期内，生成C-14的反应主要是指反应堆主冷却剂中O-17和N-14受中子活化，即17O(n,α)14C和14N(n,p)14C反应。可根据反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压水堆核电厂C‑14排放源项的计算方法，其特征在于，所述计算方法包括以下步骤：(1)根据压水堆核电厂中C‑14的产生和排放途径，计算核电厂每年C‑14总排放量；(2)根据已运行核电厂的气、液态C‑14排放量的实测数据，按照统计规律将步骤(1)得到的C‑14总排放量分配为气态C‑14排放量和液态C‑14排放量。

【技术特征摘要】
1.一种压水堆核电厂C-14排放源项的计算方法，其特征在于，所述计算方法包括以下步骤：(1)根据压水堆核电厂中C-14的产生和排放途径，计算核电厂每年C-14总排放量；(2)根据已运行核电厂的气、液态C-14排放量的实测数据，按照统计规律将步骤(1)得到的C-14总排放量分配为气态C-14排放量和液态C-14排放量。2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，步骤(1)中，将运行周期为一年的反应堆主冷却剂受中子活化产生的C-14总量视为核电厂每年C-14总排放量，以每年产生的C-14的活度A(14C)衡量核电厂每年C-14总排放量，对于压水堆，由式②计算每个活化反应产生的C-14的活度Ai(14C)，由式①计算A(14C)：A(14C)＝A1(14C)+A2(14C)+…+Ai(14C),i＝1，2，…… ①；Ai(14C)＝λ·Ni(14C)＝λ·V水·∑i·Φ水·f·k ②；式①中，A(14C)：每年产生的C-14活度，Bq；Ai(14C)：活化反应i产生的C-14的活度，Bq；式②中，λ：C-14的衰变常数，s-1；Ni(14C)：生成C-14的活化反应i每年产生的14C核子数；V水：受到活化的水体积，取V水＝1.1V水(活性区)，cm3，V水(活性区)代表堆芯活性区水体积，根据核电厂的设计参数选取；∑i:产生C-14的活化反应i对应的宏观中子反应截面，cm-1；Φ水：堆芯冷却剂即水中的平均中子注量率，n·s-1·cm-2；f：功率负荷因子，根据核电厂的设计参数选取；k：机组运行时间，根据核电厂的设计参数选取。3.根据权利要求2所述的计算方法，其特征在于，产生C-14的反应是指...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨德锋，米爱军，张普忠，王晓霞，高桂玲，邱林，毛亚蔚，
申请(专利权)人：中国核电工程有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11