反应堆失水事故的源项分析方法及系统

技术领域

本发明涉及核电厂安全分析领域，尤其涉及一种反应堆失水事故的源项分析方法及系统。

背景技术

安全壳是核电站的重要安全设施，是防止放射性物质释放到大气环境中的最后一道屏障。为防止从堆芯释放出的放射性物质向环境泄漏，现有大型核电站的安全壳设计为双层结构。但是，海上核电站因其特殊性而需基于现有大型核电站进行小型化设计，而双层结构的安全壳结构较为复杂，并不利于海上核电站安全壳的小型化设计，因此，海上核电站的安全壳设计为单层结构。

目前，虽然制定有压水堆核电厂设计基准事故源项分析准则，在根据该准则进行失水事故的源项分析时，需要考虑包壳间隙释放、安全壳内喷淋系统或自然沉积机理的去除、安全壳泄漏率的分析假设、双层安全壳设计下放射性释放的假设等。但是，由于海上核电站(小型类)没有双层安全壳，安全壳内放射性核素泄漏出来后经过舱室再释放到环境中，准则中并没有直接给出相关分析方法或假设。而且，对于安全壳泄漏率，准则中给出的假设为24h内采用安全壳设计压力下的安全壳泄漏率，24h后考虑为设计值的50％，没有考虑事故后安全壳压力的瞬态变化过程。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的现有的源项分析方法不适用于海上核电站的缺陷，提供一种反应堆失水事故的源项分析方法及系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种反应堆失水事故的源项分析方法，对于特定的放射性核素，进行以下步骤：

步骤S10.获取所述放射性核素的衰变常数和沉降因子，及实时获取安全壳泄漏率，并根据所述衰变常数、所述沉降因子及实时的安全壳泄漏率，计算瞬态过程的安全壳内放射性核素浓度；

步骤S20.根据舱室的通风率、当前的安全壳泄漏率、前一时刻的安全壳内放射性核素浓度、舱室内前一时刻的放射性核素浓度，计算舱室内当前的放射性核素浓度；

步骤S30.获取舱室的通风系统对所述放射性核素的过滤效率，并根据所述通风率、所述过滤效率、舱室内当前的放射性核素浓度，计算当前时段向环境释放的放射性核素浓度；

步骤S40.根据多个不同时间段向环境释放的放射性核素浓度，计算整个事故期间所述放射性核素向环境的释放总量。

优选地，安全壳外有一个舱室，所述步骤S10中，根据公式1计算瞬态过程的安全壳内放射性核素浓度：

其中，A

优选地，所述步骤S20中，根据公式2计算舱室内当前的放射性核素浓度：

其中，C

优选地，所述步骤S30中，根据公式3计算当前时段向环境释放的放射性核素浓度：

其中，Q

优选地，所述步骤S40中，根据公式4计算整个事故期间所述放射性核素向环境的释放总量：

其中，Q

优选地，安全壳外有多个独立的舱室，所述步骤S10中，根据公式5计算瞬态过程的安全壳内放射性核素浓度：

其中，A

优选地，所述步骤S20中，根据公式6计算舱室k内当前的放射性核素浓度：

其中，C

优选地，所述步骤S30中，根据公式7计算当前时段第k个舱室向环境释放的放射性核素浓度：

其中，Q

优选地，所述步骤S40中，根据公式8及公式9计算整个事故期间所述放射性核素向环境的释放总量：

其中，Q

本发明还构造一种反应堆失水事故的源项分析系统，包括处理器及存储有计算机程序的存储器，所述处理器在执行所述计算机程序时实现以上所述的反应堆失水事故的源项分析方法的步骤。

在本发明所提供的技术方案中，针对海上核电站(小型类)的安全壳和舱室的设计特点，构造了一套完整的失水事故的源项分析方法，该源项分析方法考虑了事故后安全壳内压力变化所导致的安全壳泄漏率的变化，分别计算不同时间段的以下三个阶段的放射性核素浓度：释放到安全壳内；安全壳内释放到周边舱室内；周边舱室释放到环境中，最后，根据事故期间所有时间段释放到环境中的放射性核素浓度计算整个事故期间放射性核素向环境的释放总量。因此，在反应堆发生失水事故时，特别是海上核电站(小型类)发生失水事故时，提高了评估事故对公众造成放射性后果的关键输入的准确性，为核电厂安全分析和环境影响评价提供了准确的数据支持。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：

图1是发生海上小型堆失水事故时的源项释放的示意图；

图2是本发明反应堆失水事故的源项分析方法实施例一的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

首先说明的是，当海上小型堆发生失水事故(LOCA)时，一回路冷却剂中的放射性核素以及破损燃料中的放射性核素将会释放到安全壳内，随后通过泄漏的方式释放到周边的舱室内，通过舱室通风系统、烟囱释放到环境中，给公众和生物造成辐射危害。计算释放到环境中的放射性核素活度，是评估事故对公众造成放射性后果的关键输入，是核电厂安全分析和环境影响评价中重点关注的内容。

如图1所示，失水事故发生后，冷却剂中的初始放射性核素通过破口释放到安全壳内大气中。当燃料破损后，破损燃料棒包壳间隙中的放射性核素释放到冷却剂中，随后通过破口释放到安全壳内。而且，失水事故发生后，安全壳内压力迅速上升，安全壳内大气中的放射性核素以安全壳泄漏的方式释放到周边舱室内，进而通过通风系统、烟囱释放到环境中。

本申请针对海上小型堆的安全壳和舱室的设计特点，构造出一套完整的LOCA源项方法，考虑了事故后安全壳内压力变化所导致的安全壳泄漏率的变化，分别计算安全壳内放射性核素浓度变化、舱室内放射性核素浓度变化以及向环境的释放量。

图2是本发明反应堆失水事故的源项分析方法实施例一的流程图，在该实施例的源项分析方法中，对于某特定的放射性核素，进行以下步骤：

步骤S10.获取所述放射性核素的衰变常数和沉降因子，及实时获取安全壳泄漏率，并根据所述衰变常数、所述沉降因子及实时的安全壳泄漏率，计算瞬态过程的安全壳内放射性核素浓度；

在该步骤中，该放射性核素的衰变常数为已知值，其单位为s

步骤S20.根据舱室的通风率、当前的安全壳泄漏率、前一时刻的安全壳内放射性核素浓度、舱室内前一时刻的放射性核素浓度，计算舱室内当前的放射性核素浓度；

步骤S30.获取舱室的通风系统对所述放射性核素的过滤效率，并根据所述通风率、所述过滤效率、舱室内当前的放射性核素浓度，计算当前时段向环境释放的放射性核素浓度；

步骤S40.根据多个不同时间段向环境释放的放射性核素浓度，计算整个事故期间所述放射性核素向环境的释放总量。

在一个具体实施例中，安全壳外只有一个舱室，即，安全壳内的放射性核素通过安全壳泄漏的形式仅向一个舱室释放，这种情况下，放射性核素的源项分析步骤具体为：

在该实施例的步骤S10中，失水事故发生后0时刻，保守假设所有的反应堆冷却剂喷放进入安全壳大气，冷却剂中的放射性核素与安全壳大气均匀混合。而且，保守假设LOCA导致全堆芯燃料包壳发生破损，燃料破损后，进入包壳释放阶段，假设该阶段释放的放射性核素释放到冷却剂中后，瞬间进入安全壳大气并均匀混合，不考虑冷却剂对放射性核素的滞留。在分析中考虑裂变产物在燃料内的分布，以确定保守的裂变产物在包壳间隙内的份额。气溶胶和元素碘释放到安全壳内后，保守考虑在安全壳内的自然沉降过程。不考虑抑压池对放射性核素的去除。瞬态过程中，考虑裂变产物在安全壳内的衰变过程。安全壳内裂变产物(放射性核素)的浓度A

其中，A

在该实施例的步骤S20中，事故发生后，安全壳压力迅速升高，安全壳内大气中放射性核素通过安全壳泄漏的形式向周边舱室释放，而且，根据安全壳内压力变化，计算瞬态过程中的安全壳泄漏率。根据安全壳泄漏率和安全壳内放射性核素浓度，可以计算得到泄漏到周边舱室的放射性核素浓度。具体地，在失水事故发生前，假设周边舱室的通风系统正常列以最大通风流量连续运行。失水事故发生后，从安全壳泄漏到周边舱室的放射性核素保守假设全部释放到环境中，随后舱室通风系统正常列隔离，事故通风列启动并以最大通风流量运行。从安全壳泄漏到舱室内的放射性核素经过舱室通风系统事故列过滤后排放到环境中，根据通风系统过滤器的设计保守考虑放射性核素的过滤。因此，对于周边舱室，根据安全壳泄漏的放射性核素浓度、舱室通风流量可以计算得到舱室内的放射性核素浓度变化，即，根据公式2计算舱室内当前的放射性核素浓度：

其中，C

在该实施例的步骤S30中，根据周边舱室的放射性核素浓度变化(公式2)、舱室通风系统流量和过滤效率，可以计算得到当前时间段(t

其中，Q

在该实施例的步骤S40中，对不同时间段的释放量Q

式4计算整个事故期间所述放射性核素向环境的释放总量：

其中，Q

在另一个具体实施例中，安全壳外有多个舱室，即，安全壳内的放射性核素通过安全壳泄漏的形式分别向多个舱室释放，这种情况的源项分析计算步骤与一个舱室的情况类似，具体地：

在该实施例的步骤S10中，根据公式5计算瞬态过程的安全壳内放射性核素浓度：

其中，A

在该实施例的步骤S20中，根据公式6计算舱室k内当前的放射性核素浓度：

其中，C

在该实施例的步骤S30中，根据公式7计算当前时段第k个舱室向环境释放的放射性核素浓度：

其中，Q

在该实施例的步骤步骤S40中，根据公式8及公式9计算整个事故期间所述放射性核素向环境的释放总量：

其中，Q

本发明还构造一种反应堆失水事故的源项分析系统，包括处理器及存储有计算机程序的存储器，所述处理器在执行所述计算机程序时实现以上所述的反应堆失水事故的源项分析方法的步骤。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何纂改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。