CN109657905A - 一种mox燃料的临界事故环境释放源项的估算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种MOX燃料的临界事故环境释放源项的估算方法，所述方法包括以下步骤：(1)确定总裂变次数；(2)确定气溶胶的释放；(3)确定惰性气体和放射性碘的释放；(4)确定通排风设备和净化措施的影响；(5)计算临界事故辐射量。本发明提供的方法能估算MOX燃料的临界事故释放量。
Description
技术领域
本发明属于核技术领域，具体涉及一种MOX燃料的临界事故环境释放源项的估算方法。
背景技术
钚是一种自然界不存在的人造放射性同位素，将钚作为核燃料不仅可以缓解铀资源紧张的局面，提高铀的利用率，还可为处理的大量核废料找到了循环利用的途径。利用钚的最有效方法就是制造铀-钚混合(MOX：Uranium and Plutonium Mixed Oxide)陶瓷燃料元件，用于核反应堆。MOX燃料是UO2和PuO2构成的氧化铀钚燃料，PuO2的含量大约在3％-5％之间。国际上已有40多年的MOX燃料制造和应用的经验，采用MOX燃料的核电站反应堆的安全性和运行性能够达到氧化铀燃料同样的水平。我国实验快堆(CEFR)首次引入MOX燃料，近年来我国研制的MOX燃料芯块和元件也将由实验转向商业生产。
在核设施的辐射环境影响评价中非常重要的一部分是评价设施在可能发生事故情况下对环境和公众的影响。如果在设计基准事故或者最大假想事故情况下，设施对环境和公众产生的辐射影响低于标准要求或者审管要求，那么认为该场址或者设施的运行对环境和公众带来的影响是可以被接受的。
国际***(IAEA)在2008年出版了《核燃料循环设施安全要求》NS-R-5，并在2014年再版了该要求。IAEA在2010年出版了《铀钚混合氧化物燃料制造设施的安全》No.SSG-7。两个导则都对铀-钚混合氧化物燃料制造设施提出了安全要求，明确指出MOX燃料设施在选址、建造、调试和运行等各个阶段，均需要对可能由于外部或者内部始发事件而导致的核临界问题进行分析，并考虑将核临界事故作为其设计基准事故。临界事故是指具有核裂变性质的铀或钚，如果达到一定的量而聚集在某一部位，就会成为临界状态，可能会很快发生核裂变反应，如果这种反应失去了控制，就发生了临界事故。尽管在燃料生产设施的设计和运行时，通过各种控制手段将设施的临界风险降至低于1×10-6a-1，但在辐射环境影响评价中仍需要关注临界安全。
在我国MOX燃料混合物中，生产线上物料的操作量很小，生产线最大岗位批次操作量小于GB15146.2-2008《反应堆外易裂变材料的核临界安全易裂变材料操作、加工、处理的基本技术准则与次临界限值》中含水量<1.5wt％的全密度UO2和PuO2的质量单参数限值分别为37.2kg和11.5kg。因此，在不引入慢化剂的情况下，MOX燃料生产设施是不会发生临界事故的。但按照IAEA对MOX燃料设施的安全要求中明确表示，必须考虑临界安全问题，可将临界事故作为设计基准事故。
我国目前仅有两个行业标准EJ/T967-1995《用于评估核燃料后处理厂核临界事故潜在辐射后果的假定》和EJ/T988-1996《用于评估铀燃料元件制造厂核临界事故潜在辐射后果的假定》，假定了含铀溶液临界事故时的释放源项。但由于释放源项中并没有钚核素的影响，因此，并不适用于MOX燃料的临界事故释放量的假定。
因此，有必要发明了一种MOX燃料的临界事故环境释放源项的估算方法，对其进行实验研究。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种MOX燃料的临界事故环境释放源项的估算方法，通过分析裂变次数、含钚气溶胶的释放量、惰性气体和放射性碘的释放因子以及排风***的净化效率等临界释放量的影响因素分析，提出了合理的参数和估算方法，解决了MOX燃料生产设施临界事故辐射后果影响估算时的环境释放量估算。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：
一种MOX燃料的临界事故环境释放源项的估算方法，所述方法包括以下步骤：
(1)确定总裂变次数；
(2)确定气溶胶的释放；
(3)确定惰性气体和放射性碘的释放；
(4)确定通排风设备和净化措施的影响；
(5)计算临界事故辐射量。
进一步的，所述总裂变次数为1×l018。
进一步的，所述临界事故释放源项中包含1mg PuO2气溶胶的释放。
进一步的，所述惰性气体以及放射性碘的25％释入了事故容器所在的小室。
进一步的，在进行事故处理时，当通排风和净化过滤装置正常开启，有99％的净化效率。
本发明的效果在于，采用本发明所述的方法，可通过分析裂变次数、含钚气溶胶的释放量、惰性气体和放射性碘的释放因子以及排风***的净化效率等临界释放量的影响因素分析，提出了合理的参数和估算方法，解决了MOX燃料生产设施临界事故辐射后果影响估算时的环境释放量估算。
附图说明
图1是本发明所述方法一实施例的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述。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，均属于本发明保护的范围。
在MOX燃料混合物中，生产线上物料的操作量很小，生产线最大岗位批次操作量小于GB15146.2-2008《反应堆外易裂变材料的核临界安全易裂变材料操作、加工、处理的基本技术准则与次临界限值》中含水量
<1.5wt％的全密度UO2和PuO2的质量单参数限值分别为37.2kg和11.5kg。因此，在不引入慢化剂的情况下，MOX燃料生产设施是不会发生临界事故的。
MOX燃料设施选择干性场址，一般情况不会发生临界事故的。但IAEA对此类设施在选址和运行安全中，要求将临界事故作为此类设施的设计基准事故来进行事故后果评价。
在目前的我国的国家标准和行业标准中仅有含铀溶液的临界事故的释放源项的假定。根据MOX燃料生产设施的特点，在其发生临界事故时，释放的源项中可能包括钚核素，而且由于钚核素在临界事故中可能带来的影响，使得MOX燃料在发生临界事故时，释放到环境中的量不可能与单纯含铀溶液发生临界事故时一样。
通过对临界事故发生时的事故情景进行分析，分析可知，在评估MOX燃料设施核临界事故后果时，环境释放量的假定需要关注：临界状态下的裂变次数；含钚气溶胶的释放；惰性气体的释放因子；放射性碘释放因子；以及事故发生时通排风设备和净化措施是否可以使用和运行等。
参阅图1，图1是本发明所述方法一实施例的流程示意图。所述方法包括以下步骤：
步骤101：确定总裂变次数。
裂变次数可以根据临界事故发生时的激发状态进行推算，但计算过程繁杂。因此，事故后果评价中一般采用已有标准推荐值或者经验值。
我国现行的两个行业标准中假定了铀溶液发生临界事故，“第一功率激增事件的裂变次数为1×1018，8h内总共发生了1×1019裂变。”
美国美国核管会(NRC)在1979年发布了RG3.35《用于评价含钚的生产和燃料制造厂的核临界事故所造成的潜在放射性影后果的假定》，报告中指出在含金属的溶液或者固态均质***发生临界状态时，假定第一功率激增为3×l018，总的裂变次数为1×l019。
由此可见，我国标准和RG3.35提出的裂变次数相当，然而，在MOX燃料设施发生临界事故时，由于有钚核素的存在，其减少了临界事故下铀裂变的比表面积，使得1019的裂变次数取值过于保守，参考能源局(DOE)在1996年发布的ORNUTM-13483《萨瓦纳河场址MOX燃料生产设施所致钚沉积的环境影响报告书》中，推荐使用裂变次数经验值为1×l018。
考虑到钚核素对于裂变比表面积的影响，在本专利中临界事故后果估算时裂变次数为1×l018。
步骤102：确定气溶胶的释放。
在DOE在1996年发布的ORNUTM-13483中认为，临界事故发生时含钚气溶胶的产生量非常小，通过净化***处理后，释放到环境中量微乎其微，不需要考虑含钚气溶胶的释放。
但是，在我国GB18871-2001《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》中，钚的同位素列入了极毒组和高毒组内，钚核素的毒性影响主要来自其放射性。
出于对公众接受度的考虑，在MOX燃料核临界事故后果评价中，保守地推荐，临界事故释放源项中包含1mg PuO2气溶胶的释放。
步骤103：确定惰性气体和放射性碘的释放。
在核燃料设施的安全设计中经常采用小室，在事故发生时起到第一级的包容作用，类似于核动力堆的安全壳。我国两个EJ标准中，假定所有惰性气体以及放射性碘的25％释入了事故容器所在的小室中。
在本实施例中，惰性气体以及放射性碘的25％释入了事故容器所在的小室。
步骤104：确定通排风设备和净化措施的影响。
事故发生时，惰性气体和放射性碘的一部分以及含钚气溶胶均进入事故包容小室内。事故发生时，事故包容小室的通排风关闭。当进行事故处理时，通排风和净化过滤装置正常开启。因此，在事故最终向环境释放的排放量估算时，排气***的吸附和过滤装置正常运行对降低环境释放量的作用是需要考虑进来的。
当MOX燃料生产设施采用包容小室的设计时，事故发生后，惰性气体、放射性的25％以及部分含钚气溶胶均进入事故包容小室内。当事故处理时，还需要考虑排气***的吸附和过滤装置正常运行对降低环境释放量的作用。
在本实施例中，在事故后果处理时，当通排风和净化过滤装置正常开启，有99％的净化效率。
步骤105：计算临界事故辐射量。
关于临界事故中各种核素的环境释放量的计算过程，可参考我国目前仅有两个行业标准EJ/T967-1995《用于评估核燃料后处理厂核临界事故潜在辐射后果的假定》和EJ/T988-1996《用于评估铀燃料元件制造厂核临界事故潜在辐射后果的假定》，但计算过程中参数参考上文。
区别于现有技术，本发明提供的一种MOX燃料的临界事故环境释放源项的估算方法，通过分析裂变次数、含钚气溶胶的释放量、惰性气体和放射性碘的释放因子以及排风***的净化效率等临界释放量的影响因素分析，提出了合理的参数和估算方法，解决了MOX燃料生产设施临界事故辐射后果影响估算时的环境释放量估算。
本领域技术人员应该明白，本发明所述的方法并不限于具体实施方式中所述的实施例，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围，本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种MOX燃料的临界事故环境释放源项的估算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)确定总裂变次数；
(2)确定气溶胶的释放；
(3)确定惰性气体和放射性碘的释放；
(4)确定通排风设备和净化措施的影响；
(5)计算临界事故辐射量。
2.根据权利要求1所述一种MOX燃料的临界事故环境释放源项的估算方法，其特征在于，所述总裂变次数为1×l018。
3.根据权利要求1所述一种MOX燃料的临界事故环境释放源项的估算方法，其特征在于，所述临界事故释放源项中包含1mg PuO2气溶胶的释放。
4.根据权利要求1所述一种MOX燃料的临界事故环境释放源项的估算方法，其特征在于，
惰性气体以及放射性碘的25％释入了事故容器所在的小室。
5.根据权利要求1所述一种MOX燃料的临界事故环境释放源项的估算方法，其特征在于，
在进行事故处理时，当通排风和净化过滤装置正常开启，有99％的净化效率。
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