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1、 第31卷第1期原子能科学技术Vol . 31,No. 11997年1月A tom ic Energy Science and TechnologyJan.1997核设施气态流出物的环境 吸收剂量 计算及实验验证肖雪夫(中国原子能科学研究院保健物理部,北京, 102413)采用有限烟云大气扩散模式,计算了中国原子能科学研究院的2座核反应堆烟囱排放的放射性气态流出物在核反应堆附近产生的附加吸收剂量。对19901992年间3年的实验测量结果逐年进行了比较,其偏差均在62%以内。关键词 有限烟云 大气扩散 吸收剂量率 气态流出物核设施的气态流出物排入环境后所造成的附加吸收剂量是环境监测与保护等管理部
2、门极 为关切的数据之一。本工作采用有限烟云大气扩散模式,对中国原子能科学研究院内2座研 究堆的气态流出物高架排放在环境空气中产生的附加 吸收剂量率进行计算。在与计算中相应的空间位置点上,将采用高气压电离室吸收剂量率连续监测仪进行长期的连续测量,并对2 种方法得到的结果进行比较和讨论。1 简况中国原子能科学研究院地处距北京市中心约40 km的房山区境内,其地理座标为东经11628,北纬3948。该地区属大陆性季风气候,冬季干旱多偏北风,夏季温湿以偏南风为主, 春季多风沙,一年四季昼夜温差变化较大。本地区的年均气温、 风速、 湿度、 降水量分布及风玫 瑰图等气候特征参见文献1。 实验测量点布置在中
3、国原子能科学研究院院内一幢高14 m的4层楼顶上,测点M与1号反应堆烟囱(高44 m)水平距离为360 m ,与2号反应堆烟囱(高60 m)水平距离为310 m , 其相对位置示于图1。2 计算方法对于烟云或地面沉积物这一类扩展源,空气中某点的 吸收剂量与几百米内的放射性物 质的分布有关。对于尺度小于 辐射平均自由程的烟云,在计算某点的 吸收剂量时,必须考 虑来自烟云各组成部分的辐射。 鉴于本工作实验测量点距烟云排放点较近,计算中采用有限烟 云模式。收稿日期: 1996203227 收到修改稿日期: 1996207201图1 实验测量点与反应堆烟囱相对位置Fig. 1 The relative
4、 position for themonitoring point and two reactor chi mneys11号反应堆烟囱; 22号反应堆烟囱;M实验测量点位置假定有一源排放率为Q0的连续烟柱,则在烟柱附近(x,y, 0)处的 吸收剂量率D 可表示为2:D (x,y, 0) =3193510- 14aEQ0(Qx?Q0) (I1+K I2) u(1)式 中:D (x,y, 0)为地面任意一点的 吸收剂量率(Gyh- 1);a为空气能量吸收系数(m- 1); 为空气总 吸收系数(m- 1);E为每次蜕变发出的 光子平均能 量(M eV);Q0为烟囱排放放射性核素的排放率(Bqh- 1
5、);u为x方向风分量的平均值(m?s);K为 射线 积累因子(1+Kr)中的常数,K= (-a)? a,r为受 照点到烟柱体积微分元的距离(m);I1、I2为求解烟云 外照射 吸收剂量方程时采用的积分式,其定义式参 见文献2;Qx?Q0为初始放射性物质扣除沿途地面沉 积损耗和放射性衰变损耗后的剩余份额。为了估算长期平均吸收剂量率,计算中必须考虑风频及各种大气稳定度的影响。 通常的作 法是:针对不同风频和不同大气稳定度利用式(1)分别求出各自的吸收剂量率,然后以风频和 每种大气稳定度类型出现的频率为权重进行加权求和。3 计算参量与计算结果 在正常运行情况下,中国原子能科学研究院的1、2号2座反应
6、堆经由高烟囱排入环境中 的 放射性核素主要是41A r,其次还有少量60Co、131I等。由1号反应堆烟囱(以下简称1号烟 囱)气态流出物19811987年实测数据分析可知,其它 放射性核素年排放量比41A r年排放 量至少低5个数量级3,因此仅对高架排放的41A r烟云在环境空气中造成的附加 吸收剂量 率进行计算。 表1给出了本厂区地面10 m高处风向i和大气稳定度k的联合频率分布f(i,k),表中表1 风向、 大气稳定度联合频率分布Table 1 The joint frequency distribution of wind direction and atmospheric stabi
7、lity稳定度风 向NNNENEENEEESESESSESSSWSWW SWWWNWNWNNWA81373154 10125412511021183318291473113471602133011401760114B151819172 161024159113411415149816659130 1616451000166012401801101C7197116921460120014401100120018114167915901830110011001340191D78173 64167 441053192315941698122 1017180171 221679106117111380
8、13121403187E12181 111023141019001270141019321818102811711960117015101631166F106185 83147 371564120318131405183712031193 17113 1110821894190013341498173值由文献1统计得到。连续烟柱中,y和z方向上物质浓度分布的标准偏差 y、 z均由文献1给出,=yz。本计算选用P2G曲线,各 值列于表2。I1和I2值分别由文献2中的54第1期 肖雪夫:核设施气态流出物的环境 吸收剂量计算及实验验证积分式用数值积分求得。对于非地面的测量验证点而言,计算I1和I2值
9、时,考虑了其高度修正。表3给出了1、2号 烟囱19901992年间年排放气态41A r的量。表2 连续烟柱中物质浓度分布的标准偏差 y、 z和 值Table 2 The values ofy,z,稳定度标准偏差?m 1号烟囱2号烟囱 yzyzA848383726970B603848503139C422633352228D30142031317E201016141691312F166121011513716表3 19901992年间1、2号反应堆运行功率、 时间及41Ar年排放量 Table 3 The reactors operation data and the radioactivity(
10、41Ar)released from the chi mneys(19901992)反应堆烟囱号年 份平均功率?MW运行时间?d总释能?MWd41A r排放量?Bq11990810710311831172112101419918121111119111121701014199281029917799143137101421990219463141861571201012199131397415252195186101219923162141115101981811012各类大气稳定度的地面10m高处风速列于表4。应用下式可将地面10m高处的风速转 化为排放高度处的风速u=u10(h?10)m(
11、2)式中:u10为离地面10 m高处的风速(m?s);u为排放高度处风速(m?s);h为排放点高度 (m);m为风速廓线系数。 风速廓线系数和1、2号烟囱高度处的风速也列于表4。表4 各类稳定度的平均风速、 风速廓线系数及烟囱排放口高度风速 Table 4 The average wind velocity at 10m and chi mneys exit for different stability class稳定度10 m高处平均风速? ms- 1m值1)44 m高处平均风速? ms- 160 m高处平均风速? ms- 1A1114010111321136B11830115212921
12、39C2178012031743198D3185012551586103E2176013541645117F1133014521402172注: 1)取自文献364原子能科学技术 第31卷计算中取Qx?Q0110,E= 11249M eV ,= 7121410- 3m- 1,a= 3140110- 3m- 1。为简化计算,仅考虑了风向朝向计算点及其相邻的8个方位角区域。对于每个方位角区域,均采用式(1)计算出各不同稳定度条件下所关心位置点上的吸收剂量率Di,k,然后以表1 中列出的风向大气稳定度联合频率分布fi,k为权进行加权求和,即可得到各反应堆烟囱高架排放气态流出物在计算位置点上产生的年平
13、均 吸收剂量率的计算值。现将计算值、 实验值和以实测值为基准的计算值与实测值间的相对偏差列于表5。表5 高架排放气态流出物在测点处产生的附加 吸收剂量率的计算值与实测值Table 5 The calculated andmeasuredabsorbed dose rateresulted from radioactive plumes年 份计算值?nGyh- 1实测值1)?nGyh- 1偏差?%199021224163- 52199121484177- 48199231328173- 62注: 1)引自文献44 实验方法及结果本工作采用高气压电离室 吸收剂量连续监测仪19901992年度的实测
14、值4对模型计算结果进行验证。该监测仪由高气压电离室、 小电流放大器、 吸收剂量率自动连续记录仪和微型打印机构成。 高气压电离室对陆地 的探测灵敏度为10- 16A?(Ckg- 1h- 1),监测仪测量陆地环境 吸收剂量率时,其总不确定度约为11%5。该监测仪的工作方式为10 s采1次样, 5m in对所采集的30个数据取平均, 1 h对12个5m in的平均值再求平均并求出标准偏差值。5m in的平均值和1 h的平均值及偏差值均可通过微型打印机输出或通过接口转录到盒式磁带中保存。19901993年底,将上述连续监测系统安放在计算吸收剂量率的位置点上,对1、2号烟囱高架排放气态流出物在测点处产生
15、的附加 吸收剂量率进行了长达4 a的连续监测。1993年期间,由于监测点楼顶翻修,测量数据受人类活动干扰较大,故本工作仅采用19901992年度的监测数据进行统计并与计算结果进行比较。本工作将1、2号堆同时停堆期间作为测点处的吸收剂量率本底值。19901992年间本底逐月变化情况示于图2。3 a间吸收剂量率本底值变化均呈现冬高夏低的规律。由反应堆运行产生的放射性气态流出物高架排放对测量点处的环境附加 吸收剂量率贡献的年平均值列于表5。表5中的实验测量值是逐月开堆运行期间监测记录的 吸收剂量率月平均值减去该月剂量率本底月平均值,然后对全年参加统计的月份以开堆运行的天数为权加权平均得到。5 讨论1
16、)高架排放气态流出物产生的附加 吸收剂量率的计算平均值与实验测量年均值在62%偏差范围内吻合,说明本工作采用的计算模式和计算参数是可行的。2)计算值与实测值相比系统偏低,其原因是:测量点位置距1、2号烟囱较近,烟云不管往哪个方位漂移,都会或多或少地给测量点处的吸收剂量率大小造成影响,而计算时只考虑了朝74第1期 肖雪夫:核设施气态流出物的环境 吸收剂量计算及实验验证向测量点及其邻近的8个方位的烟云产生的剂量;仅对主要 核素41A r产生的吸收剂量进行 了计算,而没有计算其它核素(如60Co、131I)和惰性气体的贡献,其中有的核素(如131I)是由于 排放量少而予以忽略,有的核素(如133Xe)是没有排放量数据而无法计算。3)计算中采用的气象参数是19891990年的监测数据,将这些参数延伸用于1990
