一种小型核反应堆场址边界大气弥散因子分析方法及系统

技术领域

本发明属于核电厂设计技术领域，尤其涉及一种小型核反应堆场址边界大气弥散因子分析方法及系统。

背景技术

短期场外大气弥散因子是评价核动力厂选址假想事故和设计基准事故场外放射性后果的重要输入参数，其大小直接影响着事故后人员剂量的评估。传统大型核反应堆的非居住区边界(EAB)离反应堆的距离不得小于500m，规划限制区(LPZ)半径不得小于5km；对于EAB及LPZ外边界等距离反应堆较远的位置，根据相关规定导则的规定和要求，在大型核动力厂的设计和审评实践中，通常采用PAVAN程序计算这些位置的短期场外大气弥散因子，取全场址95％概率水平大气弥散因子值χ/Q或方位99.5％概率水平大气弥散因子值χ/Q的最大值来作为EAB及LPZ外边界处的大气弥散因子值χ/Q，来用于早期场址申请、建造许可证申请和运行许可证申请中选址假想事故和设计基准事故场外放射性后果的分析评估。

发明人发现，当风速较小或距离建筑物较近时，PAVAN程序中采用高斯烟羽模型计算得到的大气弥散因子将会显著偏高，从而产生过于保守的结果；目前业界还未制定针对小型核反应堆的场址边界大气弥散因子分析原则，如果在小型核反应堆的安全分析和环境影响评价中也采用PAVAN程序计算短期大气弥散因子，则很容易导致场址边界处选址假想事故和设计基准事故剂量超过标准规定的剂量限值，进而导致该场址无法通过早期场址选择审查。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种小型核反应堆场址边界大气弥散因子分析方法及系统，本发明能够显著优化小型核反应堆安全分析和环境影响评价中的事故剂量评估，能够有效解决当前小型核反应堆分析中场址边界处人员剂量接近限值等问题，提高了小型核反应堆场址的适应性。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明提供了一种小型核反应堆场址边界大气弥散因子分析方法，包括：

判断各方位场址边界和反应堆之间的距离；

所有方位和反应堆之间的距离均大于预设距离时，采用第一种计算方法计算多个标准时间段内所有方位处的大气弥散因子值；

一个或多个方位和反应堆之间的距离均不大于预设距离时，如果选择释放源的释放方式为地面释放，采用第二种计算方法计算多个标准时间段内所有方位处的大气弥散因子值；如果选择释放源的释放方式为高架释放，采用第一种计算方法和第二种计算方法分别计算多个标准时间段内所有方位处的大气弥散因子值；

其中，采用第一种计算方法时不考虑低风速和近距离建筑物带来的尾流效应的影响；采用第二种计算方法时考虑低风速和近距离建筑物带来的尾流效应的影响。

进一步的，采用第一种计算方法计算多个标准时间段内95％概率水平的大气弥散因子值，以及各方位99.5％概率水平的大气弥散因子值。

进一步的，采用第二种计算方法计算多个标准时间段内全场址95％概率水平的大气弥散因子值，以及场址边界和反应堆之间的距离小于预设距离对应方位99.5％概率水平的大气弥散因子值。

进一步的，计算99.5％概率水平的大气弥散因子值的内容包括：

计算得到的n小时滑移平均大气弥散因子值的总个数，其中n为常数；

计算得到的n小时滑移平均大气弥散因子值中被不同大气弥散因子值超越的个数，并筛选出99.5％概率水平的n小时滑移平均大气弥散因子值可能落在的相邻阈值区间；

根据相邻阈值区间重新计算99.5％概率水平的n小时滑移平均大气弥散因子值；

计算99.5％概率水平m～n小时时间段内的大气弥散因子值，其中m为常数。

进一步的，采用第一种计算方法时，采用PAVAN程序计算；采用第二种计算方法时，采用ARCON96程序计算的方法。

进一步的，采用第一种计算方法和第二种计算方法分别计算多个标准时间段内所有方位处的大气弥散因子值包括：

当p＝0～2hr时，

当p＝2～8hr或8～24hr时，

当p＝24～96hr或96～720hr时，

其中，(χ/Q)

进一步的，采用ARCON96程序计算地面释放模式的场址边界大气弥散因子时，引入如下修正因子对扩散参数进行修正：

其中，

第二方面，本发明还提供了一种小型核反应堆场址边界大气弥散因子分析系统，包括：

判断模块，被配置为：判断各方位场址边界和反应堆之间的距离；

第一计算模块，被配置为：所有方位和反应堆之间的距离均大于预设距离时，采用第一种计算方法计算多个标准时间段内所有方位处的大气弥散因子值；

第二计算模块，被配置为：一个或多个方位和反应堆之间的距离均不大于预设距离时，如果选择释放源的释放方式为地面释放，采用第二种计算方法计算多个标准时间段内所有方位处的大气弥散因子值；如果选择释放源的释放方式为高架释放，采用第一种计算方法和第二种计算方法分别计算多个标准时间段内所有方位处的大气弥散因子值；

其中，采用第一种计算方法时不考虑低风速和近距离建筑物带来的尾流效应的影响；采用第二种计算方法时考虑低风速和近距离建筑物带来的尾流效应的影响。

第三方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现了第一方面所述的小型核反应堆场址边界大气弥散因子分析方法的步骤。

第四方面，本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现了第一方面所述的小型核反应堆场址边界大气弥散因子分析方法的步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明在所有方位和反应堆之间的距离均大于预设距离时，采用不考虑低风速和近距离建筑物带来的尾流效应影响的第一种计算方法计算多个标准时间段内所有方位处的大气弥散因子值；在一个或多个方位和反应堆之间的距离均不大于预设距离时，如果选择释放源的释放方式为地面释放，采用考虑低风速和近距离建筑物带来的尾流效应影响的第二种计算方法计算多个标准时间段内所有方位处的大气弥散因子值；如果选择释放源的释放方式为高架释放，采用第一种计算方法和第二种计算方法分别计算多个标准时间段内所有方位处的大气弥散因子值；通过两种计算方法在不同情况下的计算，避免了单纯采用高斯烟羽模型计算得到的大气弥散因子将会显著偏高的问题，有效解决了当前小型核反应堆分析中场址边界处人员剂量接近限值等问题，提高了小型核反应堆场址的适应性。

附图说明

构成本实施例的一部分的说明书附图用来提供对本实施例的进一步理解，本实施例的示意性实施例及其说明用于解释本实施例，并不构成对本实施例的不当限定。

图1为本发明实施例1的流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

大型核反应堆，可以是单堆热功率大于300MW的反应堆；

小型核反应堆，可以是单堆热功率不大于300MW的反应堆。

实施例1：

当风速较小或距离建筑物较近时，PAVAN程序中采用高斯烟羽模型计算得到的大气弥散因子将会显著偏高，从而产生过于保守的结果；目前业界还未制定针对小型核反应堆的场址边界大气弥散因子分析原则，如果在小型核反应堆的安全分析和环境影响评价中也采用PAVAN程序计算短期大气弥散因子，则很容易导致场址边界处选址假想事故和设计基准事故剂量超过法规标准规定的剂量限值，进而导致该场址无法通过早期场址选择审查，这是因为：

小型核反应堆的的事故剂量限值比传统大型堆严格很多；根据相关规定：在每发生一次稀有事故时，场址边界上公众个人(成人)在整个事故持续时间内(一般可取30天)可能受到的有效剂量应控制在5mSv以下，甲状腺剂量应控制在50mSv以下；在每生一次极限事故时，场址边界上公众个人(成人)在整个事故持续时间内每发到的有效剂量应控制在10mSv以下，甲状腺剂量应控制在100mSv以下。而适用于传统大型堆核动力厂的相关规定：在发生一次稀有事故时，非居住区边界上公众在事故后2h内以及规划限制区外边界上公众在整个事故持续时间内可能受到的有效剂量应控制在5mSv以下，甲状腺当量剂量应控制在50mSv以下；在发生一次极限事故时，非居住区边界上公众在事故后2h内以及规划限制区外边界上公众在整个事故持续时间内可能受到的有效剂量应控制在0.1Sv以下，甲状腺当量剂量应控制在1Sv以下。由此可知，在小型堆要求场址边界事故剂量评估的时间更长(30天)的前提下，剂量限值却比大型堆小数倍。

小型核反应堆通常会面向小旧火电替代、区域供热供汽等市场对象，作为动力源为居民中心或工业中心供电、供热、供汽，需要将其建设在尽量接近用户的地区以减少能量输送的损失，并通过缩减场址边界来有效控制反应堆建设用地，实现集约用地，节约用地。因此小型堆得场址边界通常在80～500m的范围内，且非居住区边界和规划限制区边界也经常会与场址边界重合。而在距离建筑物的近距离处，由于PAVAN程序计算的大气弥散因子过于保守，也进一步增加了场址边界处事故剂量超出限值的可能性。

因此，为了在满足更加严格的剂量要求的前提下，同时兼顾小型堆场址比边界的缩减，不能直接将用于传统大型堆的场外大气弥散因子分析方法，简单粗暴的照搬到小型堆的设计体系中，而是应该在现有条件下对大型堆的分析方法进行优化改进或提出新的分析方法来应用于小型堆。基于此，如图1所示，本实施例提供了一种小型核反应堆场址边界大气弥散因子分析方法，包括：

判断各方位场址边界和反应堆之间的距离；

所有方位和反应堆之间的距离均大于预设距离时，采用第一种计算方法计算多个标准时间段内所有方位处的大气弥散因子值；

一个或多个方位和反应堆之间的距离均不大于预设距离时，如果选择释放源的释放方式为地面释放，采用第二种计算方法计算多个标准时间段内所有方位处的大气弥散因子值；如果选择释放源的释放方式为高架释放，采用第一种计算方法和第二种计算方法分别计算多个标准时间段内所有方位处的大气弥散因子值；

其中，采用第一种计算方法时不考虑低风速和近距离建筑物带来的尾流效应的影响；采用第二种计算方法时考虑低风速和近距离建筑物带来的尾流效应的影响。

具体的，在所有方位和反应堆之间的距离均大于预设距离时，采用不考虑低风速和近距离建筑物带来的尾流效应影响的第一种计算方法计算多个标准时间段内所有方位处的大气弥散因子值；在一个或多个方位和反应堆之间的距离均不大于预设距离时，如果选择释放源的释放方式为地面释放，采用考虑低风速和近距离建筑物带来的尾流效应影响的第二种计算方法计算多个标准时间段内所有方位处的大气弥散因子值；如果选择释放源的释放方式为高架释放，采用第一种计算方法和第二种计算方法分别计算多个标准时间段内所有方位处的大气弥散因子值；通过两种计算方法在不同情况下的计算，避免了单纯采用高斯烟羽模型计算得到的大气弥散因子将会显著偏高的问题，有效解决了当前小型核反应堆分析中场址边界处人员剂量接近限值等问题，提高了小型核反应堆场址的适应性。本实施例中的低风速可以是低至0.5m/s的风速，可选的范围是0.5m/s～1.5m/s的风速；近距离可以是最近为10m的距离，可选的范围是10m～500m的范围。

可选的，采用第一种计算方法时，采用PAVAN程序计算；采用第二种计算方法时，采用ARCON96程序计算的方法。采用第一种计算方法计算多个标准时间段内95％概率水平的大气弥散因子值，以及各方位99.5％概率水平的大气弥散因子值。采用第二种计算方法计算多个标准时间段内全场址95％概率水平的大气弥散因子值，以及场址边界和反应堆之间的距离小于预设距离对应方位99.5％概率水平的大气弥散因子值。

本实施例的具体步骤为：

S1、判断各方位场址边界和反应堆之间的距离，若16个方位的距离均大于500m，对于地面释放和高架(烟囱)释放两种释放方式，均采用PAVAN程序计算各标准时间段(0～2hr、2～8hr、8～24hr、24～96hr、96～720hr)95％概率水平的大气弥散因子(χ/Q)值，以及16个方位99.5％概率水平的χ/Q值，选取各标准时段其中的较大者作为小型核反应堆场址边界的χ/Q值；若某一方位存在距离小于等于500m的情况，则执行步骤S2～步骤S4；

S2、选择释放源的释放方式，包括地面释放和高架(烟囱)释放；

S3、若释放方式为地面释放，采用ARCON96程序计算该释放方式下各标准时段全场址95％概率水平的大气弥散因子(χ/Q)值，以及场址边界和反应堆之间的距离小于等于500m对应方位99.5％概率水平的χ/Q值；采用PAVAN程序计算各标准时段场址边界和反应堆之间的距离大于500m对应方位99.5％概率水平的χ/Q值；将各时段全场址95％概率水平的χ/Q值与各方位99.5％概率水平χ/Q值中的最大值进行比较，选取其中的较大者作为小型核反应堆场址边界的χ/Q值；

由于ARCON96程序只能输出各标准时段95％概率水平的χ/Q值，而无法输出99.5％概率水平的χ/Q值，故需要按以下步骤计算各方位99.5％概率水平的χ/Q：

S3.1、获取ARCON96程序计算得到的n小时(n＝1，2，4，8……，720)滑移平均χ/Q值的总个数；

S3.2、获取ARCON96程序计算得到的n小时滑移平均χ/Q值中被不同χ/Q值超越的个数，并采用如下关系式筛选出99.5％概率水平的n小时滑移平均χ/Q值最可能落在的相邻阈值区间：

其中，％

S3.3、采用如下关系式求得99.5％概率水平的n小时滑移平均χ/Q值：

其中，

S3.4、采用如下关系式求得99.5％概率水平m～n小时时间段内的χ/Q值：

S4、若释放方式为高架(烟囱)释放，采用ARCON96程序和PAVAN程序分别计算该释放方式下各标准时段16个方位99.5％概率水平的χ/Q值，小型核反应堆场址边界各时段χ/Q的取值如下：

当p＝0～2hr时，

当p＝2～8hr或8～24hr时，

当p＝24～96hr或96～720hr时，

其中，(χ/Q)

本实施例中，所述步骤S3中，采用ARCON96程序计算地面释放模式的场址边界大气弥散因子时，为考虑低风速和邻近建筑物尾流效应的影响，引入如下修正因子对扩散参数进行修正：

其中，

在所述步骤S3中，采用ARCON96程序计算全场址95％概率水平的χ/Q时，风向窗应为360°，释放源到接受点的距离应为释放源与小型核反应堆场址边界之间的最短距离；在计算16个方位99.5％概率水平的χ/Q时，风向窗应为45°，释放源到接受点的距离应分别为各方位角内释放源与小型核反应堆场址边界之间的最短距离。

实施例2：

本实施例提供了一种小型核反应堆场址边界大气弥散因子分析系统，包括：

判断模块，被配置为：判断各方位场址边界和反应堆之间的距离；

第一计算模块，被配置为：所有方位和反应堆之间的距离均大于预设距离时，采用第一种计算方法计算多个标准时间段内所有方位处的大气弥散因子值；

第二计算模块，被配置为：一个或多个方位和反应堆之间的距离均不大于预设距离时，如果选择释放源的释放方式为地面释放，采用第二种计算方法计算多个标准时间段内所有方位处的大气弥散因子值；如果选择释放源的释放方式为高架释放，采用第一种计算方法和第二种计算方法分别计算多个标准时间段内所有方位处的大气弥散因子值；

其中，采用第一种计算方法时不考虑低风速和近距离建筑物带来的尾流效应的影响；采用第二种计算方法时考虑低风速和近距离建筑物带来的尾流效应的影响。

所述系统的工作方法与实施例1的小型核反应堆场址边界大气弥散因子分析方法相同，这里不再赘述。

实施例3：

本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现了实施例1所述的小型核反应堆场址边界大气弥散因子分析方法的步骤。

实施例4：

本实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现了实施例1所述的小型核反应堆场址边界大气弥散因子分析方法的步骤。

以上所述仅为本实施例的优选实施例而已，并不用于限制本实施例，对于本领域的技术人员来说，本实施例可以有各种更改和变化。凡在本实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实施例的保护范围之内。