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核设施气载核素浓度及辐射剂量计算研究

作　者: 刘爱华
导　师: 蒯琳萍
学　校: 上海交通大学
专　业: 核能科学与工程
关键词: 气载放射性核素大气弥散 CALPUFF 有效剂量当量
分类号: TL84
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

在我国,为我国国防和科研做出巨大贡献的多个核设施均位于西部内陆。随着我国核电站建设由沿海向内陆发展,内陆将出现越来越多的核设施。内陆地区特殊的地理环境和气象条件,尤其是普遍存在的静小风频率偏高的气象条件,很不利于区域内气载放射性核素的输送与扩散,很容易发生严重的放射性污染事故。因此研究静小风频率较高厂址中放射性核素的大气弥散和辐射影响,对指导核设施建设和事故应急,保护人们免受或少受放射性物质的辐射危害具有至关重要的意义。本论文基于高斯烟羽模型和高斯烟团模型,建立了可用于静小风频率较高厂址正常工况下放射性核素大气弥散计算的新模型。并将模型编译成程序,利用程序计算了我国西部内陆一军工核设施正常运行工况下,周围80公里范围内的气载放射性核素浓度,进一步结合核设施周围80公里内的农业、种植业、畜业等统计信息,采用合理的剂量模式,计算出周围公众的个人最大年有效剂量当量。结果表明:核素浓度随着离源距离的增加而降低,距源10公里内下降梯度大,距源10公里外,下降梯度大大降低;核设施正常运行工况下,对周围公众的个人最大年有效剂量当量为6.37×10-8Sv/a,仅为国家批准限值的0.025%,个人天然本底辐射平均值的0.003%;个人有效剂量当量主要由核素I-131贡献,且主要通过食入照射路径对人体进行照射,在食入的食物类别中,因蔬菜食入量大,且食用前存储时间短,剂量贡献最大。本论文选用可用于静小风条件下污染物扩散计算的CALPUFF模型,模拟了事故工况下放射性核素的大气弥散。得出如下结论:核设施厂址较高的静风伴随不稳定大气层结出现频率,限制了核素在水平方向的输运,却大大增加了核素在垂直方向的扩散,使得从高架源排出的核素在近源处形成核素浓度和辐射剂量峰值。选定事故工况和气象条件下,核设施对周围80公里内公众的最大个人有效剂量当量为1.80×10-7Sv（不考虑食入照射剂量）,类比正常工况下I-131食入照射所占比率,计算出个人最大有效剂量当量为8.08×10^-4Sv,仅为国家重大事故剂量限值的0.8%。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第1章绪论  12-26
  1.1 研究背景与意义  12
  1.2 国内外研究现状  12-22
    1.2.1 放射性核素大气弥散机理  12-14
    1.2.2 放射性核素大气弥散研究方法  14-16
    1.2.3 大气弥散模式的研究综述  16-22
    1.2.4 放射性核素对人体的照射  22
  1.3 存在的问题  22-24
  1.4 本文内容  24-25
  1.5 本章小节  25-26
第2章正常工况下的核素浓度计算模型  26-41
  2.1 高斯烟羽模型  26-28
    2.1.1 高斯烟羽模型的建立  26-27
    2.1.2 高斯烟羽模型的优点及局限性  27-28
  2.2 高斯烟团模型  28-29
    2.2.1 高斯烟团模型的建立  28-29
    2.2.2 高斯烟团模型优点及局限  29
  2.3 核素浓度计算模型的建立  29-30
  2.4 大气稳定度及扩散参数  30-33
    2.4.1 大气稳定度分类  30-31
    2.4.2 有风时的扩散参数  31-32
    2.4.3 静小风时的扩散参数  32
    2.4.4 扩散参数的抽样时间修正  32-33
  2.5 风速修正  33
  2.6 源高修正  33-34
  2.7 混合层影响修正  34-38
    2.7.1 受混合层限制的高斯烟羽模型  34-35
    2.7.2 受混合层限制的高斯烟团模式  35-38
  2.8 烟羽损耗修正  38-40
  2.9 本章小节  40-41
第3章事故工况下的核素浓度计算模型  41-55
  3.1 CALPUFF 空气质量模型简介  41-42
  3.2 CALPUFF 模型输入数据要求  42-43
  3.3 CALMET 气象场原理  43-48
    3.3.1 CALMET 模型中的网格系统  43
    3.3.2 诊断风场生成  43-47
    3.3.3 微气象模块  47-48
    3.3.4 降水插补  48
  3.4 CALPUFF 烟团模型基本原理  48-53
    3.4.1 烟团模式的一般形式  48-49
    3.4.2 CALPUFF 积分烟团  49-50
    3.4.3 Slug 计算公式  50
    3.4.4 扩散作用  50-51
    3.4.5 大气湍流分量  51-52
    3.4.6 浮力抬升扩散  52-53
  3.5 本章小节  53-55
第4章厂址和数据  55-63
  4.1 应用厂址介绍  55-56
  4.2 模型坐标系统  56-58
    4.2.1 正常工况下的坐标系统  57
    4.2.2 事故工况下的坐标系统  57-58
  4.3 数据收集与参数选择  58-62
    4.3.1 气象数据  58-59
    4.3.2 大气扩散参数  59-60
    4.3.3 沉降参数  60-61
    4.3.4 风速廓线  61
    4.3.5 源数据  61-62
  4.4 本章小节  62-63
第5章结果与讨论  63-70
  5.1 正常工况下的结果与讨论  63-65
    5.1.1 正常工况下的核素浓度和沉积量  63
    5.1.2 结果分析  63-65
  5.2 事故工况下的结果与讨论  65-69
    5.2.1 事故工况下的核素浓度和沉积量  65-67
    5.2.2 结果分析  67-69
  5.3 本章小节  69-70
第6章辐射剂量计算  70-83
  6.1 正常工况下的剂量模式  70-76
    6.1.1 正常工况下的核素浓度  70-72
    6.1.2 正常工况下的个人剂量当量  72-76
  6.2 事故工况下的剂量模式  76-77
    6.2.1 空气浸没外照射剂量  76
    6.2.2 吸入内照射剂量  76-77
    6.2.3 地面沉积外照射剂量  77
    6.2.4 食入照射剂量  77
  6.3 剂量计算结果  77-82
    6.3.1 正常工况下各受体点的年有效剂量当量  77-79
    6.3.2 正常工况下的最大个人有效剂量  79-80
    6.3.3 事故工况下的受体剂量  80-81
    6.3.4 事故工况下的最大个人有效剂量  81-82
  6.5 本章小节  82-83
第7章结论与展望  83-85
  7.1 主要结论  83-84
  7.2 论文创新点说明  84
  7.3 研究展望  84-85
参考文献  85-88
致谢  88-89
附录1  89-93
附录2  93-103
附录3  103-107
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  107

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