放射性物質遷移和傳播評估模型構建方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及核輻射安全領域，尤其涉及一種放射性物質迀移和傳播評估模型構建 方法。
【背景技術】
[0002] 放射性物質主要來源于核裝置（如核電站、核動力設備）事故的放射性物質泄露， 隨后放射性物質在大氣中擴散、沉積，造成放射性物質在環(huán)境中迀移和傳播，對周圍環(huán)境與 生物造成輻射污染和傷害。
[0003] 發(fā)生核泄露事故，放射性物質從泄露處釋放進入大氣，需要在場外受放射性物質 影響的區(qū)域進行適當快速的防護措施，做出最優(yōu)化的應急決策，這就要求一旦發(fā)生核泄漏 事故就需要對泄漏的放射性物質在大氣中的彌散過程進行跟蹤，確定其在當時氣象條件和 地理環(huán)境影響下在大氣環(huán)境中的彌散軌跡，進而預測當時事故狀態(tài)下放射性物質在事故現(xiàn) 場以及場外空間中的時間積分濃度的分布，并且以此為依據(jù)，在相應的放射性物質的彌散 區(qū)域，根據(jù)各區(qū)域的核素濃度分布情況而做出相應的防護措施，減少人們所受的輻射危害， 為核事故應急情況下的決策分析提供科學依據(jù)具有十分重要的意義。
[0004] 目前，國際上正日益關注核應急決策支持系統(tǒng)的研宄，并為此而開發(fā)了很多相應 的大氣彌散模型及計算機程序系統(tǒng)，以研宄在事故情況下，放射性物質從安全殼泄漏釋放 進入大氣以后的，時間和空間濃度分布，進一步研宄其相應的決策。
[0005] 現(xiàn)有技術煙羽模型普遍采用高斯煙羽模型，對放射性釋放源項從核電站反應堆釋 放時的模化不夠精確，大氣擴散方式較為保守。尤其對放射性核素在釋放點周圍的煙羽形 成，煙羽段劃分，沒有具體方法。核素在大氣的擴散中多采用直線高斯煙羽模型，雖然保守， 但忽略了煙羽的實際擴散過程。另外，氣象分類也沒有采用適合的分類方法。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術問題在于，針對現(xiàn)有技術的上述準確性不夠高的缺陷，提供 一種放射性物質迀移和傳播評估模型構建方法。
[0007] 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種放射性物質迀移和傳播評 估模型構建方法，用于獲取放射性裂變產物釋放到環(huán)境中的空間濃度和時間濃度，所述方 法包括如下步驟：
[0008] S1、對各放射性釋放類，按物理時間的順序確定必要的源項，獲得各釋放類中的源 項釋放到環(huán)境中的總質量以及總質量隨時間的變化情況；
[0009] S2、根據(jù)所述的總質量隨時間的變化情況，將源項釋放過程劃分成多個煙羽段；
[0010] S3、根據(jù)煙羽段劃分情況，計算各個煙羽段內各源項釋放到環(huán)境的份額，并將源 項按照物理化學性質歸并分組為多個核素組，由源項中的化合物比例計算得到每個核素組 的份額；
[0011] S4、將所需評價的環(huán)境空間劃分為與所述煙羽釋放點距離不等的多個空間單元；
[0012] S5、根據(jù)每個空間單元內的源項信息和氣象序列，按照風向可改變的煙羽擴散模 式計算源項在大氣空間以及沉積到地面上的濃度；
[0013] S6、顯示所分析的源項名稱、煙羽至煙羽釋放點的空間距離以及干濕沉積后煙羽 中源項的剩余物質的份額。
[0014] 在本發(fā)明所述的放射性物質迀移和傳播評估模型構建方法中，所述的劃分成多個 煙羽段是基于源項的釋放速率進行劃分。
[0015] 在本發(fā)明所述的放射性物質迀移和傳播評估模型構建方法中，所述的多個煙羽段 包括：
[0016] 第一個煙羽段：在源項釋放初始階段，釋放時間為數(shù)小時，釋放量小于等于釋放總 量的1% ;
[0017] 第二個煙羽段：釋放時間為第一個煙羽段之后的10-20分鐘，釋放量為釋放總量 的70%以上；
[0018] 第三個煙羽段：第二個煙羽段之后的釋放過程。
[0019] 在本發(fā)明所述的放射性物質迀移和傳播評估模型構建方法中，步驟S4中，以地面 為XY軸所在平面、煙羽釋放點在地面的投影點作為原點、煙囪為Z軸，建立XYZ三維坐標 系，Y軸、Z軸方向服從高斯分布，煙羽中心線在地面的投影對應X軸，多個空間單元的分割 線在地面上的投影為以原點為圓心的多個半徑不等的同心圓。
[0020] 在本發(fā)明所述的放射性物質迀移和傳播評估模型構建方法中，在步驟S5中，風向 可改變的煙羽擴散模式為：將每個煙羽總的釋放時間劃分為多個時間段，每個時間段內的 氣象條件作為一個氣象序列，每個氣象序列具有一個風速，將所需評價的環(huán)境空間劃分為 16個方位，對每一氣象序列分別沿16個方位輪轉。
[0021] 在本發(fā)明所述的放射性物質迀移和傳播評估模型構建方法中，在步驟S5中，計算 源項在大氣空間的濃度基于以下公式計算：
[0023] 〇 y= ax b, 〇 z= cx d
[0024] 其中，x (x, y, z)表示源項在以（x, y, z)為中點的空間單元的時間積分的空氣濃 度，單位為Bq*s/m3 ;Q表示源強，單位為Bq 表示平均風速，單位為m/s 表示釋放高度 單位為m，〇y、％表示擴散參數(shù)，a、b、c、d為常數(shù)，z為0時的x (x，y，z)表示源項沉積到 地面上的濃度。
[0025] 在本發(fā)明所述的放射性物質迀移和傳播評估模型構建方法中，在所述步驟S4和 步驟S5之間還包括以下步驟：
[0026] S45、采用Monte-Carlo取樣方法進行天氣取樣，獲取釋放源處記錄的氣象序列， 把一整年的氣象序列劃入各氣象類別中，再從每個氣象類別中選取幾個氣象序列用于步驟 S5中的大氣擴散計算。
[0027] 在本發(fā)明所述的放射性物質迀移和傳播評估模型構建方法中，所述源項包括：惰 性氣體、Csl、Te02、SrO、M〇02、CsOH、BaO、La、Ce02、Sb、Te2、U02。
[0028] 在本發(fā)明所述的放射性物質迀移和傳播評估模型構建方法中，所述步驟SI中所 述的獲取源項的總質量隨時間的變化情況為：根據(jù)嚴重事故程序MAP的計算結果，提取源 項信息，獲得各源項釋放到環(huán)境中的質量并求和獲得總質量。
[0029] 實施本發(fā)明的放射性物質迀移和傳播評估模型構建方法，具有以下有益效果：本 發(fā)明根據(jù)放射性源項釋放的時間特性與核素的物理化學特性，劃分多個煙羽段，并歸并核 素組，如此在計算時間濃度時，?；_，準確性有效提高，且將所需評價的環(huán)境空間劃分 為與所述煙羽釋放點距離不等的多個空間單元，大氣擴散模型采用風向可改變的煙羽擴散 模式，如此在計算空間濃度時，?；_，準確性有效提高，因此本發(fā)明可以科學預測和有 效應對放射性物質對環(huán)境的影響，防止放射性物質對環(huán)境和公眾造成危害。
【附圖說明】
[0030] 下面將結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中：
[0031 ] 圖1是本發(fā)明的放射性物質迀移和傳播評估模型構建方法的流程圖。
[0032] 圖2是多個煙羽段的劃分示意圖；
[0033] 圖3是本發(fā)明的較佳實施例中多個空間單元劃分的平面投影示意圖。
【具體實施方式】
[0034] 為了對本發(fā)明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖詳細說明 本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0035] 參考圖1，本發(fā)明的放射性物質迀移和傳播評估模型構建方法，包括獲取放射性 裂變產物釋放到環(huán)境中的空間濃度和時間濃度，其中，獲取時間濃度主要包括以下步驟 S1-S3,獲取空間濃度包括以下步驟S4-S6。
[0036] S1、對各放射性釋放類，按物理時間的順序確定必要的源項，獲得各釋放類中的源 項釋放到環(huán)境中的總質量以及總質量隨時間的變化情況。
[0037] 其中，所述的獲取源項的總質量隨時間的變化情況為：根據(jù)嚴重事故程序MAAP的 計算結果，提取源項信息，獲得各源項釋放到環(huán)境中的質量并求和獲得總質量。嚴重事故程 序MAAP的計算為本領域公知常識，此處不再贅述。
[0038] 釋放類有多種，通常包括17類，主要是根據(jù)嚴重事故進程進行歸類，以安全殼狀 態(tài)及失效模式為主，安全殼噴淋的狀態(tài)、壓力容器內堆芯損壞被抑制、容器外恪融物被水淹 沒、旁路失效有無被水淹沒為輔的釋放類分組為依據(jù)。為了預測放射性物質在環(huán)境中的迀 移，可選用若干個釋放類源項，每個釋放類源項具有不同的核素釋放份額，不同的釋放時 間、釋放持續(xù)時間、不同的釋放高度等。按物理時間的順序提取必要的源項信息。一般必 要的源項為從12個常見源項中確定，12個常見源項包括：惰性氣體、Csl、Te02、Sr0、Mo02、 CsOH、BaO、La、Ce02、Sb、Te2、U02。
[0039] S2、根據(jù)所述的總質量隨時間的變化情況，將源項釋放過程劃分成多個煙羽段；
[0040] 在放射性物質在環(huán)境中迀移和傳播分析時，要對所選用的釋放類源項根據(jù)其釋放 特征，?；刹煌臒熡鸲?，劃分成多個煙羽段是基于源項的釋放速率的大小進行劃分。參 考圖2,可以將總質量隨時間的變化情況作圖，從圖中可以根據(jù)圖形變化（主要是釋放速 率）將圖形分段。
[0041] 例如，大部分源項的釋放過程所劃分出來的多個煙羽段包括：第一個煙羽段：在 源項釋放初始階段，源項的釋放量小于等于釋放總量的1%，釋放時間為10小時至10幾天 內；第二個煙羽段：源項的釋放量為釋放總量的70%以上，在第一個煙羽段之后的10-20分 鐘內，該段內釋放速率約為1 ;第三個煙羽段：第二個煙羽段之后的釋放過程。
[0042] 需要明確的是，圖2中僅僅是一個示例，不同釋放類釋放過程不同，其劃分的煙羽 段個數(shù)也不同，煙羽段的劃分要根據(jù)作圖后的圖形特征確定。
[0043] S3、根據(jù)步驟S2中的煙羽段劃分情況，計算各個煙羽段內各源項釋放到環(huán)境的份 額，并將源項按照物理化學性質分類，將步驟S1中的源項歸并分組為多個核素組，由源項 中的化合物比例計算得到每個核素組的份額；其中，核素組最多可分析150種核素。將其中 主要的60種核素按照其物理和化學性質分為惰性氣體、鹵素、堿性金屬等幾類。不同的煙 羽段就按這幾類不同的核素組模化。
[0044] 計算各個煙羽段內各源項釋放到環(huán)境的份額為：根據(jù)嚴重事故程序MAAP的計算 結果，提取源項信息，獲得各源項釋放到環(huán)境中的質量并求和獲得總質量，然后計算各源項 釋放到環(huán)境中的質量占總質量的百分比。由于每個釋放類包含的源項在用MAPP計算出的 結果是化合物形式，在用到放射性擴散計算時需要把這些化合物歸類成九種核素組，即XE/ KR，I，CS，TE，SR，RU，LA，CE，BA。由源項中的化合物比例計算得到每個核素的份額，進而可 以得到每個核素組的份額。
[0045]