rascal程序严重事故源项计算方法研究及应用

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 RASCAL 程序严重事故源项计算方 法研究及应用 【摘 要】福岛事故发生后， NRC 通过研究发现 RASCAL 4 版本不 能满足长期厂外断电（LTSBO）事故源 项的计算要求，并在 RASCAL4.3.1 版 本中加入了针对 LTSBO 事故的源项计 算方法。应用 RASCAL 4.3.1 程序，建 立了某电厂机组的 LTSBO 事故和 LOCA 事故模型，计算了两种事故工况 下释放到环境的源项及距电厂中心不同 距离处的公众受到的剂量，并对两种事 故工况下的计算结果进行对比分析。研 究结果表明：（1）8 小时后，与 LOCA 事故相比，LTSBO 事故下释放到环境 的碘和其他核素的活度较大，惰性气体 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 的活度较小；（2）LTSBO 事故下的有 效剂量和甲状腺当量剂量均大于 LOCA 事故。因此，使用针对 LTSBO 事故序 列的源项计算方法能够更加准确的反映 LTSBO 事故后果。 中国论文网 /8/view-12932440.htm 【关键词】 RASCAL；LTSBO ；LOCA；严重事故； 源项 中图分类号： TM623 文献标识 码： A 文章编号： 2095- 2457（2017）35-0008-003 Study and Application of Severe Accidents Source Term Method in RASCAL YAN Jin KANG Ya-ning LONG Liang LIU Xin-jian XUE Na （China Nuclear Power Engineering Co. Ltd.， Beijing 100080， China） 【Abstract】After Fukushima -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 accident， NRC found that RASCAL 4 version cannot meet the demand of the calculation of LTSBO， and add the source term calculation method under LTSBO accident sequence to RASCAL. RASCAL 4.3.1 was applied for modeling LTSBO and LOCA accident， and source term released to environment and dose of different distance far away from the center of the site was calculated. Besides， the results of LTSBO and LOCA was compared and analyzed. Results show that： （1） 8 hours later， the release activity of iodine and other nuclide under LTSBO was larger than the activity under LOCA， but the release activity of noble gas was smaller； （2） The total effective dose equivalent （TEDE） and thyroid committed equivalent dose（ CED） under LTSBO was larger than the doses under LOCA. Consequently， it is necessary to use the -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 calculation method of source term under LTSBO accident， which will reflect the accident consequence more accurately. 【Key words】RASCAL； LTSBO； LOCA； Severe accident； Source term 福u 事故发生后，美国 NRC 通 过一系列调查研究发现，RASCAL 4 版 本中没有针对长期厂外断电（Long-term station blackout， 简称 LTSBO）事故的 源项。LTSBO 事故序列是由导致失去 厂外电源的外部事件引发的事故。在这 种事故情况下，反应堆如期停堆，但是 柴油发电机失效，无法提供交流电源。 反应堆冷却系统在直流电源下持续了几 个小时。最终，场内电源耗尽，失去冷 却，反应堆冷却剂系统逐渐沸腾。与 RASCAL 4 源项计算中所参考的失水事 故（Loss-of-coolant accident， 简称 LOCA）的事故进程相比，LTSBO 事故 下冷却剂丧失在事故发生几个小时后开 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 始，而 LOCA 事故下，从发生破口到冷 却剂丧失只有几秒或几分钟的时间，因 而 LTSBO 事故下堆芯的释放的延迟时 间较 LOCA 事故长1。因此，需要针 对 LTSBO 这类事故给出合适的事故源 项。 目前国内关于 RASCAL 程序的 研究基本还处于消化吸收的阶段。文献 2中介绍了 RASCAL 4 版本的计算原 理及使用方法，并以具体算例给出了计 算结果2。NRC 发布的 4.3.1 版本较 RASCAL4 版本有较大改进，增加了 LTSBO 释放类型选项用于计算此类事 故源项。为了说明 LTSBO 事故源项和 后果与 LOCA 事故之间的差异，以及使 用 LTSBO 事故源项的必要性，本文首 先研究了 RASCAL4.3.1 的 LTSBO 事故 和 LOCA 事故源项计算方法，计算了某 电厂在 LTSBO 事故与 LOCA 事故下释 放到环境的源项，并将计算结果进行对 比分析，研究了 LTSBO 事故源项与 LOCA 事故源项的差异。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 1 RASCAL 简介 RASCAL 程序（Radiological Assessment System for Consequence Analysis）是由美国 NRC 开发并由 NRC 的应急操作中心使用的应急响应 和后果评价工具，主要用于在应急响应 期间对放射性剂量进行独立预测评估。 该程序可以基于电厂和环境条件评估源 项、大气输运、剂量对事故后果进行评 价，可以评估核电厂、乏燃料池、燃料 循环厂等的剂量后果。该程序主要应用 于应急行动的早期决策。1 2 RASCAL 源项计算方法 2.1 堆芯释放源项 2.1.1 “LTSBO 事故” 堆芯释放源 项计算方法 RASCAL4.3.1 版本中的 LTSBO 事故源项的计算主要依据 SOARCA 项 目的源项计算结果。SOARCA 项目是 NRC 发起的针对 Peach Bottom 和 Surry 核电站严重事故源项、场外剂量后果进 行分析的项目。SOARCA 项目考虑了 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 目前最先进的应急响应手段、改进后的 核电厂性能、缓解措施（包括应急操作 规程、严重事故管理导则）等。5-8 RASCAL4.3.1 程序根据 SOARCA 的研究成果，将从堆芯释放 到安全壳内的各裂变产物组的释放份额 随时间的变化数据内置到 LTSBO 事故 源项中，图 1 为 RASCAL 在计算 LTSBO 源项时使用的各裂变产物的释 放份额。然后根据该释放份额以及释放 时间、堆芯积存量等参数计算堆芯释放 的放射性裂变产物的量。 2.1.2 “LOCA 事故” 堆芯释放源项 计算方法 LOCA 源项根据 NUREG-1465 文 件中描述的事故序列进行计算。 RASCAL 4.3.1 版本根据 NUREG-1465 给出了各核素组分在各释放阶段的释放 份额，为计算简便，对压力容器外释放 阶段和晚期压力容器内释放阶段的释放 份额做了调整。 RASCAL 程序中，堆芯融化在堆 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 芯裸露时开始，堆芯损坏的程度依赖于 堆芯裸露时间，并在堆芯再淹没时损坏 停止。 对于“LOCA 事故”源项， RASCAL 首先根据用户选择的释放途径 计算燃料中释放到冷却剂或安全壳大气 中的活度。计算释放活度的公式为： Ai（k）=IiAFi（k） （1） 其中：Ii 为堆芯放射性核素 i 的 堆芯积存量；AFi （k）为在步长 k 间堆 芯中核素 i 的堆芯积存量可以释放的有 效份额。 2.1.3 LTSBO 与 LOCA 事故堆芯 释放份额比较 LTSBO 事故和 LOCA 事故源项 之间最明显的差别为初始事件到开始释 放之间的延迟时间。增加的延迟时间为 放射性核素的衰变提供了足够的时间。 图 2 为堆芯损伤后释放到安全壳中的份 额随时间的变化。可以看出，同类的放 射性核素，在 LTSBO 事故下释放开始 时间较 LOCA 事故晚。另外，各放射性 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 核素的释放份和释放进程也不同。 2.2 安全壳内放射性产物的去除 堆芯释放的裂变产物进入安全壳 后，会由于各种去除机理而降低浓度， 各种机理对裂变产物的去除作用以去除 系数来表征。去除系数可作用于除惰性 气体以外的所有放射性核素。同一去除 机理下的所有核素的去除系数都是相同 的，放射性碘的去除也与所有其他非惰 性气体的核素相同。去除系数如表 1 所 示。另外，RASCAL 给出了喷淋去除因 子和其他去除系数的下限值，分别为 0.03 和 0.001。 2.3 放射性裂变产物向环境的释 放 对于压水堆，RASCAL 程序包括 四种潜在的释放途径：安全壳泄漏，安 全壳旁通，蒸汽发生器传热管破裂及直 接释放到环境的途径。而对于 LTSBO 事故和 LOCA 事故，潜在释放途径为安 全壳泄漏，安全壳旁通以及蒸汽发生器 传热管破裂三种释放途径。在计算 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 LTSBO 事故和 LOCA 事故时，均选取 安全壳泄漏的释放途径计算放射性核素 向环境的释放。两种事故工况下的安全 壳泄漏率均取 0.1%/d。 3 计算结果分析 3.1 释放到环境的活度结果 利用 RASCAL 程序分别计算了 LTSBO 事故和 LOCA 事故下释放到环 境的活度，如图 3图 5 所示。计算中， 假设堆芯没有再淹没，并计算到事故释 放开始后 96h 的环境活度。假设安全壳 泄漏率为设计泄漏率。0 时刻为释放开 始的时刻。由图 3图 5 可以看出，事 故释放开始 8 小时后，LTSBO 事故下 释放到环境的惰性气体较 LOCA 事故少， 碘和其他裂变产物释放到环境的活度大 于 LOCA 事故。 LTSBO 事故中惰性气体释放的 减少与反应堆停堆到堆芯开始损坏的延 迟时间相关。大部分 Kr 的活度来自于 Kr-87 和 Kr-88，其半衰期小于 3 小时。 Xe 的活度大概一半来自 Xe-135m 和 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 Xe-138，其半衰期约为 15 分钟。因此， 堆芯损伤时间的延迟使得一部分惰性气 体在释放之前衰变，从而减小了释放到 环境的活度。LTSBO 事故下，碘和其 他气溶胶的释放率较 LOCA 事故下多， 是因为 LTSBO 事故中碘和铯组的释放 份额较 LOCA 事故的堆芯释放份额多。 3.2 剂量后果 利用 RASCAL 程序计算了某厂 址机组在“LTSBO 事故” 和“LOCA 事故” 下 8h 距厂址不同距离处个人受到的总 有效剂量（effective dose，简称 ED）和 甲状腺当量剂量（committed equivalent dose，简称 CED） ，如图 6 所示。可以 看出，在 LTSBO 事故下，2.5km 距离 内的总有效剂量和甲状腺当量剂量均大 于相同假设条件下的 LOCA 事故剂量。 这是因为，事故释放开始 8 小时后，除 惰性气体外，LTSBO 事故下的其他放 射性核素的释放活度均大于 LOCA 事故， 另外，惰性气体对于总有效剂量的贡献 很小。在约 2.5km 后，LTSBO 事故与 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 LOCA 事故下个人受到的总有效剂量和 甲状腺当量剂量趋于一致。 4 结论 针对 RASCAL4.3.1 程序中的 “LTSBO 事故” 和“LOCA”事故源项进行 了研究，计算了两种事故序列下释放到 环境的源项和厂外剂量结果，并将两种 计算结果进行对比分析，研究了 LTSBO 事故与 LOCA 事故