地下核电站事故工况下扩散至大气环境的放射性气体活度计算方法技术

本发明专利技术公开了地下核电站事故工况下扩散至大气环境的放射性气体活度计算方法，包括步骤：通过调研现有文献资料，建立地下核电站放射性气体扩散数据库；查阅资料获取逸出地下核电站安全壳的反应堆厂房洞室内每种放射性核素源项数据；确定放射性气体由反应堆厂房洞室扩散至大气环境的所有扩散路径，计算通过每条所述扩散路径的每种放射性气体浓度；依次评价每条路径中放射性气体在各个扩散环节中的扩散行为，得到每种放射性核素扩散到达大气中的放射性活度。本发明专利技术建立了一套完整、科学的地下核电站放射性气体扩散评价体系，有很强的通用性，易于通过编程形成计算软件，便于用户的使用和二次开发，为地下核电站选址、应急计划的制定等提供数据支持。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及地下核电站辐射安全领域，具体地指地下核电站事故工况下扩散至大气环境的放射性气体活度计算方法。
技术介绍
在核反应堆运行过程中，不可避免地有放射性物质的排出。其中气体放射性核素会随着气体的泄露被携带出反应堆厂房，并随着大气运动弥散到周围环境中。当核电站发生事故时，特别是在严重事故下，大量放射性气体将释放到大气中，对周围工作人员及公众安全造成巨大威胁。因此，核电站放射性气体的扩散行为评价是评估职业和公众所受辐射剂量的重要依据，为核电站选址、安全措施制定和大规模放射性释放概率(LRF)的评估提供了数据支持。地下核电站将核反应堆等涉核部分置于地下洞室，若严重事故下安全壳的完整性遭到破坏，放射性气体会逸出安全壳并聚集于反应堆厂房洞室内。为防止放射性物质的大量释放，地下核电站设立了洞室密封隔离系统，包括通道密封隔离门、洞室防渗层、岩体屏蔽层等。若放射性气体不能被及时处理，会导致洞室内压力增大，可能致使气载放射物穿过密封隔离系统扩散至大气环境中。然而目前还没有地下核电站运行经验或相关模型评价密封隔离系统是否能够阻止放射性气体泄露，扩散至大气中放射性气体的种类、浓度和时长等重要参数也不得而知。且地下核电站放射性气体扩散方式和扩散路径繁多，计算过程涉及众多复杂模型，放射性气体扩散评价过程非常困难。因此急需建立完整、科学的模型方法评价地下核电站放射性气体的扩散行为，为地下核电站选址、应急计划制定提供支持数据。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有
技术介绍
的不足之处，结合地下核电站的特点，提出地下核电站事故工况下扩散至大气环境的放射性气体活度计算方法，以定量评价地下核电站放射性气体由反应堆厂房洞室扩散至大气环境的扩散行为。本专利技术的目的是通过如下措施来达到的：地下核电站事故工况下扩散至大气环境的放射性气体活度计算方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：1)通过调研现有文献资料，建立地下核电站放射性气体扩散数据库；2)确定预评估地下核电站类型及运行工况，查阅资料获取逸出地下核电站安全壳的放射性核素的种类i、反应堆厂房洞室内每种放射性核素源浓度C0,i、反应堆厂房洞室压力及温度，i为自然数；3)确定放射性气体可能由反应堆厂房洞室扩散至大气环境的所有扩散路径j、每条路径中气载放射物的扩散过程，并基于浓度平均分布假设确定通过每条所述扩散路径的每种放射性气体浓度Cp,i,j，j为自然数；4)依次计算每条路径中放射性气体在各个扩散环节中的扩散行为，并计算出气载放射物扩散至大气环境中的放射性核素种类i、每种放射性核素扩散到达大气中的浓度Ca,i。优选地，所述步骤1)中地下核电站放射性气体扩散数据库的属性数据类型包括：地下核电站整体布置方案、地下核电站放射源参数、反应堆厂房洞室结构参数、外部通道密封类型参数、岩体屏障系统参数。数据库的建立为后续步骤计算过程提供了有效参数，也为放射性气体扩散模型的扩充提供了便利，提高了方法的通用性。优选地，所述步骤3)中将气载放射物由反应堆厂房洞室至大气环境的扩散过程分解为并联路径进行分别计算。所述步骤3)中通过每条扩散路径的每种放射性气体浓度Cp,i,j计算如下：根据浓度平均分布假设，通过各路径扩散的气载放射物比例为各路径入口截面积占反应堆厂房洞室内表面积的比例Rj，Rj按照下式进行计算：则通过各个扩散路径的放射性气体浓度Cp,i,j：Cp,i,j＝C0,iRj。优选地，所述步骤4)的具体步骤包括：41)将放射性气体由反应堆厂房洞室(2)扩散至大气环境的每种扩散路径上的不同的扩散环节按照串联关系处理；42)根据各个路径的扩散过程，确定计算所需的相应扩散模型，并分别评价各扩散环节的扩散行为；43)洞室通道弥散模型计算；44)气密门泄露扩散模型计算；45)岩体屏障系统扩散模型计算；46)将所计算的各个路径的放射性活度相加，即得到每种放射性核素扩散到达大气中的总活度Ca,i。优选地，所述步骤43)洞室通道弥散模型计算方法如下：设定单位时间内放射性气体向单位面积地面的沉积通量Wi,j正比于j路径洞室通道中近地面处第i种放射性气体浓度：Wi,j＝Vd,iCb,i,j其中，Cb,i,j表示放射性气体初始浓度，Vd,i表示第i种放射性物质的沉积速度，则气载放射性物质通过洞室通道后的浓度：Ct,i,j＝Cb,i,jVjtj-Wi,jSj其中，Vj表示j路径洞室通道总容积，Sj表示j路径通道路面面积，tj表示通过该通道的时间。优选地，所述步骤44)气密门泄露扩散模型计算方法如下：单位时间通过双层气密门的放射性气体活度Cd,i,j通过下式进行计算：Cd,i,j＝Cb,i,jUd其中，U表示双层气密门的泄露率。优选地，所述步骤45)岩体屏障系统扩散模型计算方法如下：利用球坐标径向串联扩散公式进行计算：Cr,i,j=Cb,i,j1/R1-1/R22πDc,i,1+1/R2-1/R32πDc,i,2+...+1/Rn-1/Rn+12πDc,i,n+...]]>其中，Cr,i,j表示放射性气体通过岩体屏障系统扩散的活度，Dc,i,1,Dc,i,2,…，Dc,i,n分别表示气体放射性核素在各防护隔离层中的扩散系数，由数据库中岩体参数提供，R1，R2，…，Rn分别表示反应堆厂房洞室内壁、混凝土层外壁、…，第n层防护隔离层距反应堆厂房洞室(2)几何中心的平均距离，n为自然数。优选地，所述步骤43)、44)、45)为模块化的放射性气体扩散模型，在应用中根据所需评价的地下核电站扩散路径实际形式任意组合并改变扩散环节顺序，并根据需要增减扩散模型。扩散路径模型串联化将各扩散模型进行模块化，在应用中可根据所需评价的地下核电站扩散路径实际形式任意组合并改变扩散环节顺序，也可根据实际需求增减模块，提高了方法的通用性。本专利技术的有益效果如下：1)相比于传统地面核电站，地下核电站将核反应堆等涉核部分置于地下洞室，增加了放射性物质实体屏障的同时，其放射源位置、安全屏障、布置方式、通道设置、密封结构也均发生了变化。因此，地下核电站气体放射性核素的扩散路径和方式与传统地面核电站有很大不同，传统的放射性气体扩散评价方法已经不再适用。本专利技术所述评价方法填补了地下核电站放射性气体扩散评价方法的空缺；2)本专利技术所述地下核电站放射性气体扩散评价方法需要依据已有地下核电站类型建立数据库，包括核电站总体布置、通道布置、密封方式、山体岩体类型、岩体裂隙、岩体应力、岩体弥散系数等模型参数。对于新型地下核电站，本方法仅需通过将其上述模型数据扩充至地下核电数据库，便可实现此类型地下核电站的气体放射性核素扩散评估。本专利技术所述评价方法提高了地下核电放射性气体扩散评价的通用性。3)地下核电站放射性气体扩散经历了地下外部通道、密封门、山体等多个屏蔽，扩散方式和扩散路径繁多，计算过程涉及众多复杂模型，放射性气体扩散评价过程非常困难。本专利技术所述方法涵盖了气体放射性核素从反应堆厂房至大气弥散的整个扩散过程，将气载放射物由反应堆厂房洞室至大气环境的扩散过程分解为不同的并联路径进行分别计算，建立了一套完整、科学的地下核电站放射性气体扩散评价体系，易于通过编程形成评价软件，便于用户的使用和二次开发。4)地下核电站放射性气体扩散评价方法根据某种地下核电站类本文档来自技高网...

【技术保护点】
地下核电站事故工况下扩散至大气环境的放射性气体活度计算方法，其特征在于，包括如下步骤：1)通过调研现有文献资料，建立地下核电站放射性气体扩散数据库；2)确定预评估地下核电站类型及运行工况，查阅资料获取逸出地下核电站安全壳的放射性核素的种类i、反应堆厂房洞室内每种放射性核素源浓度C0,i、反应堆厂房洞室压力及温度，i为自然数；3)确定放射性气体可能由反应堆厂房洞室扩散至大气环境的所有扩散路径j、每条路径中气载放射物的扩散过程，并基于浓度平均分布假设确定通过每条所述扩散路径的每种放射性气体浓度Cp,i,j，j为自然数；4)依次计算每条路径中放射性气体在各个扩散环节中的扩散行为，并计算出气载放射物扩散至大气环境中的放射性核素种类i、每种放射性核素扩散到达大气中的浓度Ca,i。

【技术特征摘要】
1.地下核电站事故工况下扩散至大气环境的放射性气体活度计算方法，其特征在于，包括如下步骤：1)通过调研现有文献资料，建立地下核电站放射性气体扩散数据库；2)确定预评估地下核电站类型及运行工况，查阅资料获取逸出地下核电站安全壳的放射性核素的种类i、反应堆厂房洞室内每种放射性核素源浓度C0,i、反应堆厂房洞室压力及温度，i为自然数；3)确定放射性气体可能由反应堆厂房洞室扩散至大气环境的所有扩散路径j、每条路径中气载放射物的扩散过程，并基于浓度平均分布假设确定通过每条所述扩散路径的每种放射性气体浓度Cp,i,j，j为自然数；4)依次计算每条路径中放射性气体在各个扩散环节中的扩散行为，并计算出气载放射物扩散至大气环境中的放射性核素种类i、每种放射性核素扩散到达大气中的浓度Ca,i。2.根据权利要求1所述的地下核电站事故工况下扩散至大气环境的放射性气体活度计算方法，其特征在于：所述步骤1)中地下核电站放射性气体扩散数据库的属性数据类型包括：地下核电站整体布置方案、地下核电站放射源参数、反应堆厂房洞室结构参数、外部通道密封类型参数、岩体屏障系统参数。3.根据权利要求1所述的地下核电站事故工况下扩散至大气环境的放射性气体活度计算方法，其特征在于：所述步骤3)中将气载放射物由反应堆厂房洞室至大气环境的扩散过程分解为并联路径进行分别计算。4.根据权利要求3所述的地下核电站事故工况下扩散至大气环境的放射性气体活度计算方法，其特征在于：所述步骤3)中通过每条扩散路径的每种放射性气体浓度Cp,i,j计算如下：根据浓度平均分布假设，通过各路径扩散的气载放射物比例为各路径入口截面积占反应堆厂房洞室内表面积的比例Rj，Rj按照下式进行计算：则通过各个扩散路径的放射性气体浓度Cp,i,j：Cp,i,j＝C0,iRj。5.根据权利要求1所述的地下核电站事故工况下扩散至大气环境的放射性气体活度计算方法，其特征在于：所述步骤4)的具体步骤包括：41)将放射性气体由反应堆厂房洞室(2)扩散至大气环境的每种扩散路径上的不同的扩散环节按照串联关系处理；42)根据各个路径的扩散过程，确定计算所需的相应扩散模型，并分别评价各扩散环节的扩散行为；43)洞室通道弥散模型计算；44)气密门泄露扩散模型...

【专利技术属性】
技术研发人员：钮新强，赵鑫，袁博，刘海波，喻飞，苏毅，张涛，金乾，张顺，余学真，
申请(专利权)人：长江勘测规划设计研究有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42