一种基于放射性释放的安全壳卸压策略确定方法与流程

1.本发明属于核与辐射安全技术领域，涉及一种基于放射性释放的安全壳卸压策略确定方法。


背景技术：

2.安全壳过滤排放系统是应用于核电站安全壳的一种过滤装置，通过主动卸压使安全壳内的压力不超过其承载限值，从而确保安全壳的完整性，避免放射性物质的不可控释放。
3.在目前压水堆核电站的严重事故管理导则中，安全壳过滤排放系统的开启压力是基于安全壳失效概率曲线确定的。而系统的关闭，在安全壳过滤排放系统手册规定：“在得到应急指挥组织的关闭指令后，运行人员通过手动关闭安全壳隔离阀来停闭本系统。压力降至安全壳设计压力的50％时应关闭系统，以免由于蒸汽冷凝造成安全壳内负压。当出现文丘里水洗器的液位到达低液位时，必须关闭安全壳过滤排放系统。”4.在上述开启关闭策略下，通常都直接认为安全壳过滤排放系统开启将导致大规模放射性释放。基于合理可行尽量低的原则，从尽可能减小放射性释放的角度出发，提出了一种基于放射性释放的安全壳过滤排放系统卸压策略的确定方法。


技术实现要素：

5.针对现有技术中所存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于放射性释放的安全壳卸压策略确定方法，以尽可能减小安全壳过滤排放系统开启导致的放射性释放，达到使通过安全壳过滤排放系统的放射性释放合理可行尽量低的目标。
6.为实现此目的，本发明提供一种基于放射性释放的安全壳卸压策略确定方法，所述方法包括如下步骤：
7.s1、选取用于安全壳过滤排放卸压策略的典型严重事故序列；
8.s2、确定用于安全壳过滤排放卸压策略分析的计算工况；
9.s3、计算各所述典型严重事故序列在各所述工况事故后目标时间内的各类核素的累积释放份额；
10.s4、计算每个输出时刻对应的输出步长的释放份额变化量；
11.s5、确定放射性源项释放开始时刻；
12.s6、计算各所述工况目标距离处的总有效剂量和甲状腺当量剂量；
13.s7、确定最优化的安全壳过滤排放系统卸压策略。
14.进一步，所述典型严重事故序列包括但不限于：一回路管道大破口、主蒸汽管道大破口、一回路管道中破口、一回路管道小破口、全厂断电、丧失给水、丧失热阱、未能紧急停堆的预期瞬态。
15.进一步，所述工况用于确定安全壳过滤排放系统的开启条件和关闭条件；所述开启条件包括开启压力，所述开启压力的取值范围在安全壳设计压力与极限承载力之间；
16.所述关闭条件包括关闭压力、系统运行时间，所述关闭压力的取值范围在设计压力一半与开启压力之间；所述系统运行时间为操纵员对安全壳过滤排放系统开启关闭操作间隔，单次所述系统连续运行时间在4小时以上。
17.进一步，所述累积释放份额使用严重事故分析程序进行计算，所述严重事故分析程序对各所述典型严重事故序列按不同所述工况进行计算；所述严重事故分析程序将不同核素分组进行计算，并将不同分组的裂变产物的释放份额作为所述分组中对应核素的释放份额。
18.进一步，所述严重事故分析程序包括但不限于maap程序、melcor程序、astec程序。
19.进一步，所述工况目标距离处的总有效剂量和甲状腺当量剂量的计算方法包括以下步骤：
20.计算核素初始积存量；
21.计算大气弥散因子；
22.计算每个释放时段所释放核素在目标距离处的积分浓度；
23.计算目标时间目标距离处的总有效剂量和甲状腺当量剂量。
24.进一步，所述累积释放份额采用式(1)计算：
[0025][0026]
其中：
[0027]
i-核素对应分组；
[0028]
r(i)-i组裂变产物的累积释放份额；
[0029]
w-安全壳过滤排放系统对应流道的流量，kg/s；
[0030]
mg-与安全壳过滤排放系统对应流道相连的控制体中气体总质量，kg；
[0031]
mfp
i-与安全壳过滤排放系统对应流道相连的控制体中i组裂变产物的气体和气溶胶总质量，kg；
[0032]
mfp
i-程序模型中输入的i组裂变产物初始质量，kg；
[0033]
△
t-计算步长，s。
[0034]
进一步，所述每个输出时刻对应的输出步长的释放份额变化量采用式(2)计算：
[0035]
δr(i)n=r(i)
n 1-r(i)nꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0036]
其中：
[0037]
△
r(i)
n-第n个输出时刻对应的输出步长期间的i组裂变产物的释放份额变化量，n为自然数；
[0038]
r(i)
n-第n个输出时刻对应的i组裂变产物的累积释放份额，n为自然数；
[0039]
r(i)
n 1-第n 1个输出时刻对应的i组裂变产物的累积释放份额，n为自然数。
[0040]
进一步，所述核素初始积存量计算使用源项分析程序，包括但不限于点燃耗源项分析程序v-sic、origen2程序、origen-s程序；所述大气弥散因子计算方式包括但不限于rg1.145模式、crxq程序、arcon程序；
[0041]
以所述每个输出时刻对应的输出步长作为一个所述释放时段，所述每个释放时段所释放核素在目标距离处的积分浓度采用式(3)计算：
[0042][0043]
其中：
[0044]
△
a(m)
n,d-第n个释放时段核素m释放量对应目标距离d处的积分浓度，bq
·
s/m3，n为自然数；
[0045]
a(m)
0-核素m的初始积存量，bq；
[0046]
△
r(i)
n-第n个输出时刻对应的输出步长期间的i组裂变产物的释放份额变化量，n为自然数；
[0047]
λ
m-核素m的衰变常数，1/h；
[0048]
t
n-第n个释放时段对应的释放时刻，s，n为自然数；
[0049]
d-目标距离，m；
[0050]
ν-核素在环境中的迁移速率，m/s；
[0051]
(x/q)
d-目标距离d处的大气弥散因子，s/m3；
[0052]fm-过滤排放过程中对核素m的过滤系数。
[0053]
进一步，所述总有效剂量包括放射性烟云浸没外照射剂量、吸入放射性物质引起的内照射剂量、地面沉积外照射剂量；
[0054]
所述放射性烟云浸没外照射剂量采用式(4)计算：
[0055][0056]
其中：
[0057]
da
t,d-目标时间t目标距离d处放射性烟云浸没外照射剂量，sv；
[0058]
△
a(m)
n,d-第n个释放时段核素m释放量对应目标距离d处的积分浓度，bq
·
s/m3，n为自然数；
[0059]nt-目标时间t所对应的第n个释放时段，n为自然数；
[0060]
dfa
m-核素m的空气浸没外照射剂量转换因子，sv
·
m3/(bq
·
s)；
[0061]
所述吸入放射性物质引起的内照射剂量采用式(5)计算：
[0062][0063]
其中：
[0064]
di
t,d-目标时间t目标距离d处吸入放射性物质引起的内照射剂量，sv；
[0065]
△
a(m)
n,d-第n个释放时段核素m释放量对应目标距离d处的积分浓度，bq
·
s/m3，n为自然数；
[0066]
br-成人呼吸率，m3/s；
[0067]
dfi
m-核素m的吸入剂量转换因子，sv/bq；
[0068]
所述地面沉积外照射剂量采用式(6)计算：
[0069][0070]
其中：
[0071]
dg
t,d-目标时间t目标距离d处地面沉积外照射剂量，sv；
[0072]
△
a(m)
n,d-第n个释放时段核素m释放量对应目标距离d处的积分浓度，bq
·
s/m3，n为自然数；
[0073]
vd
m-核素m的干沉积速度，m/s；惰性气体取0m/s，其他核素取0.0015m/s；
[0074]
dfg
m-核素m的地面沉积外照射剂量转换因子，sv
·
m2/(bq
·
s)；
[0075]
λ
m-核素m的衰变常数，1/s；
[0076]
t
r-地面沉积剂量的评价时间，s，取30天；
[0077]
所述总有效剂量采用式(7)计算：
[0078]dt,d
＝da
t,d
di
t,d
dg
t,d
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0079]
其中：
[0080]dt,d-目标时间t目标距离d处总有效剂量，sv；
[0081]
da
t,d-目标时间t目标距离d处放射性烟云浸没外照射剂量，sv；
[0082]
di
t,d-目标时间t目标距离d处吸入放射性物质引起的内照射剂量，sv；
[0083]
dg
t,d-目标时间t目标距离d处地面沉积外照射剂量，sv。
[0084]
进一步，所述甲状腺当量剂量采用式(8)计算：
[0085][0086]
其中：
[0087]
dt
t,d-目标时间t目标距离d处的甲状腺当量剂量，sv；
[0088]
△
a(m)
n,d-第n个释放时段核素m释放量对应目标距离d处的积分浓度，bq
·
s/m3，n为自然数；
[0089]
br-成人呼吸率，m3/s；
[0090]
dft
m-核素m的甲状腺当量剂量转换因子，sv/bq。
[0091]
本发明的有益效果在于，采用本发明所提供的基于放射性释放的安全壳卸压策略确定方法，通过选取用于安全壳过滤排放卸压策略的典型严重事故序列、确定用于安全壳过滤排放卸压策略分析的计算工况、计算各典型严重事故序列在各工况事故后目标时间内的各类核素的累积释放份额、计算每个输出时刻对应的输出步长的释放份额变化量、确定放射性源项释放开始时刻，来计算各工况目标距离处的总有效剂量和甲状腺当量剂量，进而确定最优化的安全壳过滤排放系统卸压策略。采用本发明的方法，可以通过对不同开启条件和关闭条件的过滤排放卸压策略的放射性后果进行计算分析，确定最优化的安全壳过滤排放卸压策略，可以尽可能减小安全壳过滤排放系统开启导致的放射性释放，实现使通过安全壳过滤排放系统的放射性释放合理可行尽量低的目标。
附图说明
[0092]
图1为本发明所述的基于放射性释放的安全壳卸压策略确定方法示意图。
[0093]
图2为本发明所述的各工况目标距离处总有效剂量和甲状腺当量剂量计算方法示意图。
[0094]
图3为本发明实施方式中一回路管道大破口事故(lloca)不同关闭压力下的总有效剂量曲线图。
[0095]
图4为本发明实施方式中一回路管道大破口事故(lloca)不同系统运行时间下的总有效剂量曲线图。
具体实施方式
[0096]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。
[0097]
如图1和图2所示，一种基于放射性释放的安全壳卸压策略确定方法，包括如下步骤：
[0098]
s1、选取用于安全壳过滤排放卸压策略的典型严重事故序列，所述典型严重事故序列包括：一回路管道大破口、主蒸汽管道大破口、一回路管道中破口、一回路管道小破口、全厂断电、丧失给水、丧失热阱、未能紧急停堆的预期瞬态等。
[0099]
s2、确定安全壳过滤排放卸压策略分析的计算工况：通过确定典型严重事故序列情况下，用于安全壳过滤排放卸压策略分析的计算工况，以确定安全壳过滤排放系统的开启条件和关闭条件。所述开启条件包括开启压力，开启压力的取值范围在安全壳设计压力与极限承载力之间；所述关闭条件包括关闭压力、系统运行时间，关闭压力的取值范围在设计压力一半与开启压力之间；系统运行时间为操纵员对安全壳过滤排放系统开启关闭操作间隔，单次系统连续运行时间在4小时以上。
[0100]
本实施方式中，确定典型严重事故序列的计算工况如下：开启压力范围为0.52mpa(设计压力)～0.70mpa(极限承载力)，选取0.55mpa、0.60mpa、0.65mpa、0.70mpa作为开启压力分析条件；关闭压力范围在0.26mpa(设计压力一半)和开启压力之间，选取0.26mpa、0.30mpa、0.35mpa、0.40mpa、0.45mpa、0.50mpa和0.55mpa作为关闭压力分析条件；系统运行时间考虑选取6～24h中的偶数值，即6、8、10
……
24h。各工况计算时，对关闭压力和系统运行时间分别独立考虑，确定的计算工况如表1所示。实际使用时不限于表1所列计算工况。
[0101]
表1各典型严重事故序列的计算工况
[0102][0103]
s3、计算各典型严重事故序列在不同工况下事故后目标时间内的各类核素的累积释放份额：使用严重事故分析程序对各典型严重事故序列按不同卸压策略的工况进行计算，程序通常将不同核素分组进行计算，因此并将不同分组的裂变产物(fp)的释放份额作
为所述分组中对应核素的释放份额。国际上广泛使用的严重事故分析程序包括但不限于maap程序、melcor程序、astec程序，在本实施方式中，maap4程序的核素对应分组如表2所示。
[0104]
核素的累积释放份额可用下式(1)计算(一般需要在程序中自定义函数)。
[0105][0106]
其中：
[0107]
i-核素对应分组；
[0108]
r(i)-i组裂变产物的累积释放份额；
[0109]
w-安全壳过滤排放系统对应流道的流量，kg/s；
[0110]
mg-与安全壳过滤排放系统对应流道相连的控制体中气体总质量，kg；
[0111]
mfp
i-与安全壳过滤排放系统对应流道相连的控制体中i组裂变产物的气体和气溶胶总质量，kg；
[0112]
mfp
i-程序模型中输入的i组裂变产物初始质量，kg；
[0113]
△
t-计算步长，s。
[0114]
通过得到通过过滤排放流道释放的气体质量流量相对其上游控制体中气体的释放份额，mfpi与之相乘得到单位时间通过过滤排放流道释放的i组fp的质量，再除以mfpi便可得到单位时间通过过滤排放流道释放的i组fp相对初始质量的份额，将每个计算步长
△
t计算步长释放的i组fp释放份额相加可得到i组fp的累积释放份额。
[0115]
表2不同核素的分组情况
[0116]
fp分组核素1惰性气体(xe kr)2csi rbi3teo24sro5moo26csoh,rboh7bao8la2o3,pr2o3,nd2o3,sm2o3,y2o39ceo210sb11te212uo2 npo2 puo2[0117]
s4、计算每个输出时刻对应的输出步长的释放份额变化量：每个输出时刻对应的输出步长的释放份额变化量可根据下式(2)计算：
[0118]
δr(i)n=r(i)
n 1-r(i)nꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0119]
其中：
[0120]
△
r(i)
n-第n个输出时刻对应的输出步长期间的i组裂变产物的释放份额变化量，
2002)或《辐射安全手册》；
[0139]
t
n-第n个释放时段对应的释放时刻，s，n为自然数；
[0140]
d-目标距离，m；
[0141]
ν-核素在环境中的迁移速率，m/s；
[0142]
(x/q)
d-目标距离d处的大气弥散因子，s/m3，见表5；
[0143]fm-过滤排放过程中对核素m的过滤系数。
[0144]
s64、计算目标时间目标距离处的总有效剂量和甲状腺当量剂量，需要考虑所有核素和到目标时间(如事故后7天)期间的所有释放时段。
[0145]
s641、采用式(4)计算放射性烟云浸没外照射剂量：
[0146][0147]
其中：
[0148]
da
t,d-目标时间t目标距离d处放射性烟云浸没外照射剂量，sv；
[0149]
△
a(m)
n,d-第n个释放时段核素m释放量对应目标距离d处的积分浓度，bq
·
s/m3，n为自然数；
[0150]nt-目标时间t所对应的第n个释放时段，n为自然数；
[0151]
dfa
m-核素m的空气浸没外照射剂量转换因子，sv
·
m3/(bq
·
s)，见《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》(gb 18871-2002)、美国fgr12报告《external exposure to radionuclides in air,water,and soil:federal guidance report no.12》。
[0152]
s642、采用式(5)计算吸入放射性物质引起的内照射剂量：
[0153][0154]
其中：
[0155]
di
t,d-目标时间t目标距离d处吸入放射性物质引起的内照射剂量，sv；
[0156]
△
a(m)
n,d-第n个释放时段核素m释放量对应目标距离d处的积分浓度，bq
·
s/m3，n为自然数；
[0157]
br-成人呼吸率，取3.5
×
10-4
m3/s；
[0158]
dfi
m-核素m的吸入射剂量转换因子，sv/bq，见《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》(gb 18871-2002)。
[0159]
s643、采用式(6)计算地面沉积外照射剂量：
[0160][0161]
其中：
[0162]
dg
t,d-目标时间t目标距离d处地面沉积外照射剂量，sv；
[0163]
△
a(m)
n,d-第n个释放时段核素m释放量对应目标距离d处的积分浓度，bq
·
s/m3，n为自然数；
[0164]
vd
m-核素m的干沉积速度，m/s；惰性气体取0m/s，其他核素取0.0015m/s；
[0165]
dfg
m-核素m的地面沉积外照射剂量转换因子，sv
·
m2/(bq
·
s)，见美国fgr12报告
《external exposure to radionuclides in air,water,and soil:federal guidance report no.12》；
[0166]
λ
m-核素m的衰变常数，1/s，见《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》(gb 18871-2002)或《辐射安全手册》；
[0167]
t
r-地面沉积剂量的评价时间，s，取30天。
[0168]
s644、采用式(7)计算目标时间t目标距离d处的总有效剂量d
t,d
：
[0169]dt,d
＝da
t,d
di
t,d
dg
t,d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0170]
其中：
[0171]dt,d-目标时间t目标距离d处总有效剂量，sv；
[0172]
da
t,d-目标时间t目标距离d处放射性烟云浸没外照射剂量，sv；
[0173]
di
t,d-目标时间t目标距离d处吸入放射性物质引起的内照射剂量，sv；
[0174]
dg
t,d-目标时间t目标距离d处地面沉积外照射剂量，sv；
[0175]
s645、采用式(8)计算甲状腺当量剂量：
[0176][0177]
其中：
[0178]
dt
t,d-目标时间t目标距离d处的甲状腺当量剂量，sv；
[0179]
△
a(m)
n,d-第n个释放时段核素m释放量对应目标距离d处的积分浓度，bq
·
s/m3，n为自然数；
[0180]
br-成人呼吸率，取3.5
×
10-4
m3/s；
[0181]
dft
m-核素m的甲状腺当量剂量转换因子，sv/bq，见美国fgr11报告《limiting values of radionuclide intake and air concentration and dose conversion factors for inhalation,factors for inhalation,submersion and ingestion:federal guidance report no.11》。
[0182]
表4核素初始积存量
[0183]
[0184][0185]
表5保守气象条件下的大气弥散因子
[0186]
[0187][0188]
s7、对各典型严重事故序列在不同工况下的剂量结果进行比较，确定最优化的安全壳过滤排放系统卸压策略。
[0189]
本实施方式中，对一回路管道大破口事故(lloca)在不同工况下的剂量结果进行比较，图3和图4分别给出了开启压力为0.55mpa、0.60mpa、0.65mpa和0.70mpa时，对应不同关闭压力和系统运行时间的总有效剂量比较结果，由此能够确定最优化的安全壳过滤排放系统卸压策略为开启压力0.7mpa，关闭压力0.55mpa同时考虑单次系统运行时间6h。
[0190]
上述实施例只是对本发明的举例说明，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。