[發(fā)明專利]一種核事故放射性氣溶膠沾染的模擬方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210168093.3
• 申請(qǐng)日: 2022-02-23
• 公開（公告）號(hào): CN114547890A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬振輝;唐秀歡;王寶生;馬騰躍;劉龍波;胡攀;李達(dá);蘇春磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北核技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06T17/00;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 趙逸宸

本發(fā)明為解決現(xiàn)有模擬方法在源項(xiàng)處理過程中簡(jiǎn)化處理，氣溶膠的動(dòng)力學(xué)特性差異，降低準(zhǔn)確性的同時(shí)也具有局限性，無法準(zhǔn)確進(jìn)行核事故放射性氣溶膠沾染的理論模擬，為核事故應(yīng)急提供有力的技術(shù)支持，而提供了一種核事故放射性氣溶膠沾染的模擬方法。該模擬方法通過對(duì)核事故工況下放射性氣溶膠顆粒物在大氣中的擴(kuò)散輸運(yùn)計(jì)算，描述氣溶膠濃度的三維時(shí)空分布，同時(shí)準(zhǔn)確計(jì)算氣溶膠的沉降效應(yīng)，沾染區(qū)的范圍及重要沉降參數(shù)，最終獲得地表的劑量場(chǎng)分布，為事故后果評(píng)價(jià)、輻射防護(hù)、作業(yè)路徑優(yōu)化等工作提供技術(shù)支持。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明及核設(shè)施事故后果評(píng)價(jià)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種核事故放射性氣溶膠沾染的模擬方法。

背景技術(shù)

核電廠的安全殼、核設(shè)施以及某些核裝置的外層保護(hù)結(jié)構(gòu)是防止放射性物質(zhì)向外泄漏的重要物理實(shí)體屏障，但其在嚴(yán)重核事故工況下會(huì)發(fā)生破損，從而導(dǎo)致放射性氣溶膠顆粒物彌散到大氣環(huán)境中，并隨著大氣擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)而向下風(fēng)向漂移，同時(shí)由于重力以及湍流擴(kuò)散等作用向地面沉降，最終會(huì)在下風(fēng)向產(chǎn)生大面積的沾染區(qū)，對(duì)該區(qū)域內(nèi)的人員健康安全造成嚴(yán)重影響，使得國(guó)家經(jīng)濟(jì)蒙受巨大損失。比如1986年烏克蘭切爾諾貝利核事故中，在反應(yīng)堆本身設(shè)計(jì)缺陷以及操作人員違規(guī)操作的雙重作用下，短短四秒鐘內(nèi)反應(yīng)堆的功率就升高至滿功率的100倍左右，并緊接著連續(xù)發(fā)生了兩次蒸汽爆炸，將反應(yīng)堆廠房房頂炸開了一個(gè)大洞，混雜著石墨裂變碎片等高放射性物質(zhì)直沖云霄，并隨著高空氣流運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散至白俄羅斯、俄羅斯等國(guó)乃至歐洲其它地區(qū)，造成了這些國(guó)家大片地區(qū)嚴(yán)重的環(huán)境污染。

近些年來，在核事故源項(xiàng)及擴(kuò)散研究領(lǐng)域，相關(guān)研究人員已經(jīng)針對(duì)該問題進(jìn)行了相關(guān)理論研究，比如中國(guó)科學(xué)院大學(xué)的呂曉雯采用修正的高斯煙羽模型對(duì)2MW的液態(tài)釷基熔鹽實(shí)驗(yàn)堆(TMSR-LF1)氣載放射性流出物在遠(yuǎn)場(chǎng)的擴(kuò)散遷移進(jìn)行分析，從而能夠定量評(píng)價(jià)不同物理參數(shù)對(duì)高斯煙羽模型計(jì)算結(jié)果的影響。中國(guó)人民武裝警察部隊(duì)學(xué)院的王孔森利用高斯模型進(jìn)行了核電廠事故中核素氣溶膠煙羽擴(kuò)散的模擬研究，分析了影響氣溶膠擴(kuò)散的主要幾何參數(shù)和氣象因素，探求了放射性污染物在地面上的濃度分布，最大濃度位置以及安全范圍的劃分等問題。

從以上文獻(xiàn)不難看出：高斯模式的優(yōu)點(diǎn)是能夠直接獲得濃度分布的解析表達(dá)式，因此使用簡(jiǎn)便。但是，由于高斯模式模型本身較為簡(jiǎn)單，因此具有以下局限性：

(1)該模式的經(jīng)典適用范圍在20km以內(nèi)，因此對(duì)于中遠(yuǎn)區(qū)擴(kuò)散輸運(yùn)及沉降現(xiàn)象，高斯模式無法進(jìn)行準(zhǔn)確模擬預(yù)測(cè)；

(2)該模式只能考慮點(diǎn)源的擴(kuò)散計(jì)算，在源的幾何特性及參數(shù)分配特性較為復(fù)雜的情況下，高斯模式無法直接考慮；

(3)因?yàn)槿狈ο鄳?yīng)的氣象模型的支持，該模型無法考慮復(fù)雜的氣象過程變化對(duì)氣溶膠物理行為的影響，因此計(jì)算結(jié)果與真實(shí)情況差異較大；

(4)該模式為穩(wěn)態(tài)模式，無法直接在模型中進(jìn)行瞬態(tài)計(jì)算，因此模型求解出的濃度場(chǎng)都是恒定的，無法直接求解濃度及沉降參數(shù)隨時(shí)間的變化特性。

除了高斯模式以外，也有研究人員利用其它方法進(jìn)行了類似的數(shù)值模擬工作。如中國(guó)專利《核事故場(chǎng)外后果評(píng)價(jià)中拉格朗日煙團(tuán)大氣擴(kuò)散模擬方法》(公開號(hào)：CN107526908A)，將拉格朗日煙團(tuán)大氣擴(kuò)散模擬方法引入了核事故場(chǎng)外后果評(píng)價(jià)中；中國(guó)專利《一種基于集成大氣擴(kuò)散模型的源項(xiàng)釋放反演和擴(kuò)散預(yù)測(cè)方法》(公開號(hào)：CN110457829A)，將CFD、Aeromod和Calpuff三種大氣擴(kuò)散模型進(jìn)行了集成，用于不同尺度的大氣擴(kuò)散數(shù)值模擬計(jì)算；中國(guó)專利《一種事故時(shí)放射性核素大氣擴(kuò)散軌跡集合預(yù)測(cè)計(jì)算方法》(公開號(hào)：CN105069299A)，公開了一種放射性核素事故大氣擴(kuò)散軌跡預(yù)測(cè)的計(jì)算方法；中國(guó)專利《一種核物質(zhì)大氣擴(kuò)散及沉降多尺度模擬方法及系統(tǒng)》(公開號(hào)：CN111898296A)，則通過多尺度嵌套技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)放射性物質(zhì)的擴(kuò)散沉降模擬。

從上述專利可以看出，盡管在該領(lǐng)域相關(guān)研究人員已經(jīng)開展了許多工作，但仍存在一些不足：