[发明专利]一种核燃料循环设施UF6

权利要求书

1.一种核燃料循环设施UF₆事故泄漏后果评估计算方法，其特征在于，所述的评估计算方法依次包括如下步骤：

(1)源项参数确定：根据实际工况计算源项参数，或者已知或假设源项参数；

(2)根据步骤(1)确定的源项参数在不同事故情景下进行在大气环境中的扩散计算；

(3)UF₆事故后果健康效应计算，

其中：

步骤(2)中，为进行所述的扩散计算，需要输入的参数为包括释放率、释放烟团密度和/或释放烟团温度在内的源项参数和包括风速、温度、湿度、稳定度和/或地表粗糙度在内的环境气象条件，

步骤(2)中，建立一个主模型和四个子模型进行所述的扩散计算，其中主模型的计算方程组如下：

(1)对于UF₆持续释放情景，建立如下只考虑下风向距离变量x的主方程组，

d(ρuBhu)/dx+0.5a_ggd[(ρ-ρ_a)Bh²]/dx＝ρ_a(v_eh+w_eB)u_a+f_u

d(ρuBhv_g)/dx＝g(ρ-ρ_a)h²+f_vg

d(ρuBhw_c)/dx＝-g(ρ-ρ_a)Bh+f_w

以及为主方程组计算提供所需计算参数的如下辅助方程，

u(dB/dx)＝(ρ_a/ρ)v_e+v_g

u(db/dx)＝v_g·b/B

u(dz_c/dx)＝w_c

ρ＝ρ_aT_a/[αT+γT_a]

对主方程组进行求解；

(2)对于UF₆瞬时大量释放情景，建立如下只考虑时间变量t的主方程组，

(ρB_xhu)dB_y/dt＝ρ_a[(v_exB_y+v_eyB_x)h+w_eB_xB_y]u_a+B_xf_u

(ρB_xhu_g)dB_y/dt＝g(ρ-ρ_a)h²B_x+B_xf_vg

(ρB_xhv_g)dB_y/dt＝g(ρ-ρ_a)h²B_y+B_xf_vg

(ρB_xhw_c)dB_y/dt＝-g(ρ-ρ_a)hB_xB_y+B_xf_w

以及为主方程组计算提供所需计算参数的如下辅助方程，

dB_y/dt＝(ρ_a/ρ)v_ey+v_g

db_y/dt＝v_gb_y/B_y

dB_x/dt＝(ρ_a/ρ)v_ex+u_g

db_x/dt＝u_gb_x/β_x

u(dz_c/dt)＝w_c

ρ＝ρ_aT_a/[αT+γT_a]

对主方程组进行求解；

上述各方程中：

ρ为混合烟团密度；

u为风速；

B,h分别为烟团宽度和高度；

为混合烟团中UF₆未发生化学反应的质量浓度；

为释放UF₆烟团的密度；

为UF₆烟团垂直喷射速度；

为源的宽度；

ρ_a为环境空气密度；

T，T_a和分别为混合烟团温度、环境大气温度和UF₆的温度；

v_e,w_e分别为水平和垂直空气夹卷率；

分别为混合烟团的比热容、空气的比热容、UF₆气体的比热容；

c_p为混合烟团的比热容；

u_a为环境风速；

u_g为水平重力波速度；

ΔH为化学反应热；

a_g,v_g分别为烟团的水平下风向及横风向的重力波速度；

g为重力加速度；

f_u,f_vg,f_w分别为下风向、横风向和垂直向的摩擦力；

w_c为烟团的垂直速度；

B_x,B_y分别为混合烟团x、y方向的宽度；

v_ex,v_ey分别为x、y方向的空气混合夹卷率；

b,b_x,b_y分别为混合烟团的宽度参数；

z_c为烟团的高度参数；

α,γ分别为混合烟团分子量计算及密度计算参数；

四个子模型的计算公式如下：

(1)风廓线模型

du_a/dz＝(u_a*/kz)Φ_m(z/L)g(z/H)

Φ_m(z/L)＝1+5L^-1z/(1+z/z_L(s))

z_L(s)＝1+0.8(s-4)

g(z/H)＝1-z/130·2^(7-s)

其中：

u_a为环境风速；

u_a*环境摩擦速度；

k为冯卡门常数；

z为高度；

Φ_m为莫奥函数；

L为莫奥长度；

H为混合层高度；

z_L(s)稳定度参数；

s为稳定度；

(2)空气夹卷率模型

g(h/H)＝1-h/H

Φ_h(h/L)＝1+5h/L,L≥0

其中：

w_e为垂直夹卷率；

a,k分别为常数；

u_*为环境摩擦速度；

g(h/H)为混合层高度函数；

h为高度；

H为混合层高度；

Φ_h(h/L)为莫奥高度函数；

v_ey为水平y方向空气夹卷率；

v_ex为水平x方向空气夹卷率；

v_a为水平速度项；

v_j,v_s为垂直速度项；

(3)化学热力学模型

ΔH_air＝0.24037ΔT_c

其中：

ΔH_plume为混合烟团的焓；

为UF₆组分的焓；

为UO₂F₂组分的焓；

为HF-H₂O体系组分的焓；

ΔH_air为空气组分的焓；

H_rxn为化学反应放出的热量；

ΔT_r,ΔT_f和ΔT_c分别为温度变化，单位分别为°R、°F、℃；

z_P,T为UF₆气体压缩系数；

和分别为HF的不同组分所占的份额；

为UF₆的质量；

为UF₆的分子量；

(4)烟团抬升模型

对于初始高密度UF₆排放，

R_v＝w_s/u_a

S_g＝ρ_s/ρ_a

其中：

h_pr为混合烟团的抬升高度；

R_v为风切变比；

S_g为烟团密度比；

F_r为重力函数；

w_s为UF₆释放速度；

u_a为环境风速；

ρ_s,ρ_a分别为UF₆气体密度和环境空气密度；

g为重力加速度；

D_s,B_s分别为源的宽度参数和源的宽度；

上述主模型和四个子模型计算输出结果为下风向UF₆、UO₂F₂、HF在不同距离处的浓度，

步骤(3)中，所述的健康效应计算的参数包括铀的总积分浓度、吸入铀的量、待积有效剂量、肺中HF小时当量浓度，计算公式如下：

H_E,50＝m_uD_u-235A_uDCF_E,50

c_1HF＝c_HF(t)(t/3600)^1/2

其中：

和分别为铀的总积分浓度、UF₆浓度和UO₂F₂的浓度；

m_u(x)为铀的吸入量；

H_E,50为待积有效剂量；

D_u-235为铀的丰度；

A_u为铀的比活度；

DCF_E,50为待积有效剂量系数；

c_1HF为肺中1小时当量浓度；

t为照射持续时间；

为成人的呼吸率。