CN109858722A - 核电厂oil的计算方法及基于其的防护行动决策*** - Google Patents

核电厂oil的计算方法及基于其的防护行动决策*** Download PDF

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徐潇潇
杨亚鹏
张建岗
贾林胜
冯宗洋
王宁
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Abstract

本发明属于核事故应急响应技术领域，涉及核电厂OIL的计算方法及基于其的防护行动决策***。所述的计算方法根据在线获取的事故源项及气象、环境监测数据计算各相关剂量，由各相关剂量计算并修正得到各OIL的值。利用本发明的核电厂OIL的计算方法，能够在线获取事故源项及气象、环境监测数据，根据核事故发展进程，进行OIL计算和OIL修正；利用本发明的基于前述计算方法的防护行动决策***，能够基于OIL计算和OIL修正结果，根据场外固定监测点、移动监测车等相关监测数据，实现多个监测点数据同时输入，并基于多个OIL计算结果实现不同阶段公众防护行动的决策。

Description

核电厂OIL的计算方法及基于其的防护行动决策***
技术领域
本发明属于核事故应急响应技术领域，涉及核电厂OIL的计算方法及基于其的防护行动决策***。
背景技术
虽然我国对核电厂事故采取了各种预防措施，要求核电厂严格遵守运营规程，同时接受国家核***等部门的严格监管，因此核设施因***设备故障或人为差错造成事故并导致其进入应急状态的可能性极小，然而核设施发生事故的可能性仍然存在。
操作干预水平(Operation intervention level，简称OIL)是以环境监测结果表示的干预水平，相当于用剂量表示的干预水平的可测量的放射性量，表示为环境或食物样品中放射性核素可测量的剂量率。它是由相应的通用优化干预水平或通用行动水平推算出的水平值，可直接与仪器监测结果或实验室分析结果比较。在应急情况下，将监测数据或实验室分析结果与OIL默认值相比较，当默认值被超过时，要求采取相应的防护和响应行动。
OIL是与事故源项和气象数据密切相关的，因此需要开发基于实时计算的核电厂OIL的公众防护行动决策平台。
发明内容
本发明的首要目的是提供核电厂OIL的计算方法，以能够在线获取事故源项及气象、环境监测数据，根据核事故发展进程，进行OIL计算和OIL修正。
为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供核电厂OIL的计算方法，所述的计算方法根据在线获取的事故源项及气象、环境监测数据计算各相关剂量，由各相关剂量计算并修正得到各OIL的值。
在一种优选的实施方案中，本发明提供核电厂OIL的计算方法，其中所述的气象监测数据包括风速、风向、稳定度、混合层高度、降水量。
在一种优选的实施方案中，本发明提供核电厂OIL的计算方法，其中所述的环境监测数据包括有效释放高度、距源项释放点的距离。
在一种优选的实施方案中，本发明提供核电厂OIL的计算方法，其中所述的各相关剂量包括全身有效剂量、烟羽照射剂量、地面照射剂量、甲状腺剂量。
在一种优选的实施方案中，本发明提供核电厂OIL的计算方法，其中计算各相关剂量采用InterRAS程序(InterRAS程序源自国际***IAEA的辐射评价***，程序原理见IAEA-TECDOC-955报告)。
在一种优选的实施方案中，本发明提供核电厂OIL的计算方法，其中所述的各OIL的修正值的计算公式如下：
其中：
R1为总有效剂量率与外照射周围剂量率的比值；
R2为甲状腺剂量率与外照射周围剂量率的比值；
OIL1为撤离操作干预水平值，单位为毫希每小时(mSv/h)；
GILe为撤离的通用干预水平；
OIL2为服用碘片操作干预水平值，单位为毫希每小时(mSv/h)；
GILthy为碘防护的通用干预水平；
Te为预期受烟羽照射时间，单位为小时(h)；
OIL4为避迁操作干预水平，单位为毫希每小时(mSv/h)；
GILr为避迁的通用干预水平；
WR为地面沉积剂量率与长期沉积剂量的权重比值；
SF为建筑物屏蔽因子；
OF为居留因子，即居民停留在室内的时间份额；
OIL6为131I沉积浓度的操作干预水平，单位为千贝可每平方米(kBq/m2)；
OIL7为137Cs沉积浓度的操作干预水平，单位为千贝可每平方米(kBq/m2)；
Cg,I-131为131I沉积浓度，单位为千贝可每平方米(kBq/m2)；
Cg,Cs-137为137Cs沉积浓度，单位为千贝可每平方米(kBq/m2)；
GALI-131为131I通用行动水平；
GALCS-137为137Cs通用行动水平；
Ci为食物中第i个放射性核素浓度，kBq/kg；
n为测量的放射性核素的数目(计算OIL6食物时n为6，即134Cs、137Cs、103Ru、106Ru、89Sr、131I；计算OIL6牛奶时n为2，即90Sr、131I；计算OIL7食物时n为6，即134Cs、137Cs、103Ru、106Ru、89Sr、131I；计算OIL7牛奶时n为5，即134Cs、137Cs、103Ru、106Ru、89Sr)；
OIL8为食物、牛奶、水样品中131I浓度的操作干预水平，单位为千贝可每千克(kBq/kg)；
OIL9为食物、牛奶、水样品中137Cs浓度的操作干预水平，单位为千贝可每千克(kBq/kg)；
Cf,I-131为食物、牛奶、水样品中131I同位素浓度，单位为千贝可每千克(kBq/kg)；
Cf,Cs-137为食物、牛奶、水样品中137Cs同位素浓度，单位为千贝可每千克(kBq/kg)；
GALI-131为131I通用行动水平；
GALCS-137为137Cs通用行动水平。
本发明的第二个目的提供基于前述计算方法的防护行动决策***，以能够基于OIL计算和OIL修正结果，根据场外固定监测点、移动监测车等相关监测数据，实现多个监测点数据同时输入，并基于多个OIL计算结果实现不同阶段公众防护行动的决策。
为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供基于前述计算方法的防护行动决策***，所述的决策***包括基础数据采集/预处理模块、***业务功能模块、应急数据管理模块、关键信息显示模块、***运行管理模块，
所述的基础数据采集/预处理模块将采集/预处理的基础数据传递给***业务功能模块进行处理；
所述的***业务功能模块在所述的应急数据管理模块的控制下进行***业务处理，并将处理得到的关键信息传递给所述的关键信息显示模块进行显示；
所述的***运行管理模块对***整体运行进行管理和维护。
在一种优选的实施方案中，本发明提供基于前述计算方法的防护行动决策***，其中所述的基础数据采集/预处理模块采集/预处理的基础数据包括堆芯损伤数据、OIL速查手册数据、环境辐射数据、气象监测数据、地理信息数据、防护行动数据、应急文档数据。
在一种优选的实施方案中，本发明提供基于前述计算方法的防护行动决策***，其中所述的***业务功能模块通过操作干预水平计算和基于环境监测结果的修正，提出防护行动建议。
在一种优选的实施方案中，本发明提供基于前述计算方法的防护行动决策***，其中所述的应急数据管理模块应急管理的数据包括机组参数、气象监测数据、环境辐射监测数据、应急文档数据。
在一种优选的实施方案中，本发明提供基于前述计算方法的防护行动决策***，其中所述的关键信息显示模块显示的关键信息包括操作干预水平值、源项计算结果、浓度计算结果、环境监测结果、风场动态变化、防护行动建议。
在一种优选的实施方案中，本发明提供基于前述计算方法的防护行动决策***，其中所述的***运行管理模块的具体功能包括用户权限管理、帮助、备份/恢复、运行配置、日志、***维护。
在一种优选的实施方案中，本发明提供基于前述计算方法的防护行动决策***，其中所述的决策***还包括LED大屏幕投影，用于放大显示所述的关键信息显示模块的关键信息和所述的应急数据管理模块的应急管理数据。
本发明的有益效果在于，利用本发明的核电厂OIL的计算方法，能够在线获取事故源项及气象、环境监测数据，根据核事故发展进程，进行OIL计算和OIL修正；利用本发明的基于前述计算方法的防护行动决策***，能够基于OIL计算和OIL修正结果，根据场外固定监测点、移动监测车等相关监测数据，实现多个监测点数据同时输入，并基于多个OIL计算结果实现不同阶段公众防护行动的决策。
本发明提出了核电厂OIL的计算方法，并基于这一计算方法构建了基于实时计算的核电厂操作干预水平的公众防护行动决策***。本发明的计算方法实现了核电厂事故下操作干预水平的实时自动计算，并可基于实时计算操作干预水平进行公众防护行动决策。本发明的创新点有：(1)实现了从反应堆堆芯损伤源项数据、环境监测数据、气象数据等数据采集到反应堆应急操作干预水平计算，到计算结果修正和防护行动建议等全过程的应用***集成；(2)实现了基于在线堆芯损伤源项数据和气象监测数据的实时操作干预值的计算。本发明适用于核电厂事故条件下的应急准备与响应，以及为公众防护行动的决策提供技术支持，因此具有重要的经济价值和社会价值。
附图说明
图1为示例性的本发明的核电厂OIL的计算方法的流程图。
图2为示例性的基于本发明的核电厂OIL的计算方法的防护行动决策***的组成及业务流程图。
图3为具体实施方式中基于多点防护行动的逻辑判断流程图。
具体实施方式
1、操作干预水平的实时计算与修正
操作干预水平实时计算主要是计算执行撤离/隐蔽的操作干预水平OIL1和碘防护的操作干预水平OIL2的值(OIL3至OIL9因采用国际***默认值，不需要计算)。操作干预水平实时计算的流程如图1所示。
操作干预水平计算时，根据在线获取的事故源项及气象、环境监测数据计算各相关剂量，由各相关剂量计算得到各OIL的值。其中气象监测数据包括风速、风向、稳定度、混合层高度、降水量；环境监测数据包括有效释放高度、距源项释放点的距离；各相关剂量包括全身有效剂量、烟羽照射剂量、地面照射剂量、甲状腺剂量。
计算各相关剂量采用InterRAS程序。
2、操作干预水平的修正
操作干预水平的实时计算是基于堆芯损伤源项估算数据计算得到的。在实际事故发生时，需要根据实际环境监测结果进行相应的修正。核事故过程中需要修正的OIL包括：OIL1、OIL2、OIL4、OIL6、OIL7、OIL8、OIL9。由于OIL3与事故类型、气象条件无关，仅与屏蔽因子和居留因子有关，所以不需要修正。OIL5是基于本底水平设置的一个固定值，与事故类型、气象条件、厂址等因素无关，所以也不需要修正。
a)OIL1和OIL2修正
在事故状况稳定并持续大量释放的情况下，才可以对OIL1和OIL2进行修正。在空气取样过程中测量放射性核素空气浓度和外照射周围剂量率。
计算有效吸入剂量率和甲状腺剂量率
式中：
Einh为吸入途径所致有效剂量率，单位为毫希每小时(mSv/h)；
Hthy为吸入途径所致甲状腺剂量率，单位为毫希每小时(mSv/h)；
Ca,i为烟羽中放射性核素i的活度浓度，单位为千贝可每立方米(kBq/m3)；
CF1,i为放射性核素i的甲状腺剂量转换因子，单位为毫希每小时每千贝可每立方米(mSv/h)/(kBq/m3)；
CF2,i为放射性核素i吸入有效剂量转换因子，单位为毫希每小时每千贝可每立方米(mSv/h)/(kBq/m3)。
计算总有效剂量率、甲状腺剂量率与外照射周围剂量率的比值
式中：
R1为总有效剂量率与外照射周围剂量率的比值；
R2为甲状腺剂量率与外照射剂量率的比值；
为取样点平均周围剂量率，单位为毫希每小时(mSv/h)。
式中：
R1为总有效剂量率与外照射周围剂量率的比值；
R2为甲状腺剂量率与外照射周围剂量率的比值；
OIL1为撤离操作干预水平值，单位为毫希每小时(mSv/h)；
GILe为撤离的通用干预水平；
OIL2为服用碘片操作干预水平值，单位为毫希每小时(mSv/h)；
GILthy为碘防护的通用干预水平；
Te为预期受烟羽照射时间，单位为小时(h)。
b)OIL4修正
在事故放射性物质释放第一个月内，应当每个星期重新计算OIL4，以考虑沉积物组成由于衰变而发生的变化，在随后的月份中每个月重新计算一次，直到衰变不再是主要的影响因素为止。
计算地面沉积剂量率与长期沉积剂量的权重比值
式中：
Cg,i为第i个放射性核素的地面沉积浓度，kBq/m3；
CF3,i为第i个放射性核素的沉积剂量率转换因子；
CF4,i为第i个放射性核素的长期沉积剂量转换因子；
WR为地面沉积剂量率与长期沉积剂量的权重比值。
式中：
OIL4为避迁操作干预水平，单位为毫希每小时(mSv/h)；
GILr为避迁的通用干预水平；
SF为建筑物屏蔽因子；
OF为居留因子，即居民停留在室内的时间份额。
c)OIL6和OIL7修正
根据测量代表性食物、牛奶、水放射性核素的浓度以及地面沉积中131I、137Cs的浓度，修正计算OIL6和OIL7。
式中：
OIL6为131I沉积浓度的操作干预水平，单位为千贝可每平方米(kBq/m2)；
OIL7为137Cs沉积浓度的操作干预水平，单位为千贝可每平方米(kBq/m2)；
Cg,I-131为131I沉积浓度，单位为千贝可每平方米(kBq/m2)；
Cg,Cs-137为137Cs沉积浓度，单位为千贝可每平方米(kBq/m2)；
GALI-131为131I通用行动水平；
GALCS-137为137Cs通用行动水平；
Ci为食物中第i个放射性核素浓度，kBq/kg；
n为测量的放射性核素的数目(计算OIL6食物时n为6，即134Cs、137Cs、103Ru、106Ru、89Sr、131I；计算OIL6牛奶时n为2，即90Sr、131I；计算OIL7食物时n为6，即134Cs、137Cs、103Ru、106Ru、89Sr、131I；计算OIL7牛奶时n为5，即134Cs、137Cs、103Ru、106Ru、89Sr)。
d)OIL8和OIL9修正
根据测量食物、牛奶、水放射性核素131I和137Cs的浓度，分别修正计算OIL8和OIL9。
式中：
OIL8为食物、牛奶、水样品中131I浓度的操作干预水平，单位为千贝可每千克(kBq/kg)；
OIL9为食物、牛奶、水样品中137Cs浓度的操作干预水平，单位为千贝可每千克(kBq/kg)；
Cf,I-131为食物、牛奶、水样品中131I同位素浓度，单位为千贝可每千克(kBq/kg)；
Cf,Cs-137为食物、牛奶、水样品中137Cs同位素浓度，单位为千贝可每千克(kBq/kg)；
GALI-131为131I通用行动水平；
GALCS-137为137Cs通用行动水平。
3、基于操作干预水平实时计算与修正的公众防护行动决策***
该公众防护行动决策***采用浏览器/服务器(Browser/Server，B/S)开发框架，采用WebGIS平台对人员防护行动进行图形化展示。该基于实时操作干预水平的公众防护行动决策***的组成及业务流程如图1所示。
该决策***包括基础数据采集/预处理模块、***业务功能模块、应急数据管理模块、关键信息显示模块、***运行管理模块和LED大屏幕投影。
基础数据采集/预处理模块将采集/预处理的基础数据传递给***业务功能模块进行处理。
***业务功能模块在应急数据管理模块的控制下进行***业务处理，并将处理得到的关键信息传递给关键信息显示模块进行显示。***业务功能模块通过操作干预水平计算和基于环境监测结果的修正，提出防护行动建议。
***运行管理模块对***整体运行进行管理和维护。
LED大屏幕投影用于放大显示关键信息显示模块的关键信息和应急数据管理模块的应急管理数据。
基础数据采集/预处理模块采集/预处理的基础数据包括堆芯损伤数据、OIL速查手册数据、环境辐射数据、气象监测数据、地理信息数据、防护行动数据、应急文档数据。
应急数据管理模块应急管理的数据包括机组参数、气象监测数据、环境辐射监测数据、应急文档数据。
关键信息显示模块显示的关键信息包括操作干预水平值、源项计算结果、浓度计算结果、环境监测结果、风场动态变化、防护行动建议。
***运行管理模块的具体功能包括用户权限管理、帮助、备份/恢复、运行配置、日志、***维护。
该决策***可以实现反应堆堆芯损伤的源项数据、环境监测数据、气象数据自动获取，操作干预水平查询、操作干预水平计算、操作干预水平修正、防护行动建议等人员防护行动流程管理。事故发生后，***可以实时获取反应堆堆芯损伤数据和气象数据，计算操作干预水平值，基于操作干预水平值和环境监测数据快速给出公众防护行动初步判断结果。***还在有完整的环境分析数据(如：空气中核素活度浓度等)时进行操作干预水平修正计算，基于操作干预水平修正值和环境监测数据再进一步给出公众防护行动判断结果。
4、防护行动建议
基于多点监测值与操作干预水平的公众防护行动决策支持的步骤如下，其基于多点防护行动的逻辑判断流程如图3所示。
(1)自动获取多点监测值，包括：监测值方位、距离和监测值；
(2)按照监测点的距反应堆厂房的直线距离1km、2km、5km、10km和25km，分别进行归类；
(3)使用剂量率估算方法将监测点的剂量率转换成1km、2km、5km、10km和25km处的剂量率；
(4)将1km、2km、5km、10km和25km处的剂量率与1km、2km、5km、10km和25km处OIL值进行比较；
(5)监测点的剂量率转换成1km、2km、5km、10km和25km处的剂量率超过1km、2km、5km、10km和25km处OIL值，那么监测点所在方位和距离执行相应的防护行动。
(6)综合分析判断，根据保守原则，得到不同方位的防护行动距离。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。上述实施例或实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。

Claims (10)

1.核电厂OIL的计算方法，其特征在于：所述的计算方法根据在线获取的事故源项及气象、环境监测数据计算各相关剂量，由各相关剂量计算并修正得到各OIL的值。
2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于：
所述的气象监测数据包括风速、风向、稳定度、混合层高度、降水量；
所述的环境监测数据包括有效释放高度、距源项释放点的距离；
所述的各相关剂量包括全身有效剂量、烟羽照射剂量、地面照射剂量、甲状腺剂量。
3.根据权利要求1所述的取样方法，其特征在于：计算各相关剂量采用InterRAS程序。
4.根据权利要求1所述的取样方法，其特征在于，所述的各OIL的修正值的计算公式如下：
其中：
R1为总有效剂量率与外照射周围剂量率的比值；
R2为甲状腺剂量率与外照射周围剂量率的比值；
OIL1为撤离操作干预水平值；
GILe为撤离的通用干预水平；
OIL2为服用碘片操作干预水平值；
GILthy为碘防护的通用干预水平；
Te为预期受烟羽照射时间；
OIL4为避迁操作干预水平；
GILr为避迁的通用干预水平；
WR为地面沉积剂量率与长期沉积剂量的权重比值；
SF为建筑物屏蔽因子；
OF为居留因子，即居民停留在室内的时间份额；
OIL6为131I沉积浓度的操作干预水平；
OIL7为137Cs沉积浓度的操作干预水平；
Cg,I-131为131I沉积浓度；
Cg,Cs-137为137Cs沉积浓度；
GALI-131为131I通用行动水平；
GALCS-137为137Cs通用行动水平；
Ci为食物中第i个放射性核素浓度；
n为测量的放射性核素的数目；
OIL8为食物、牛奶、水样品中131I浓度的操作干预水平；
OIL9为食物、牛奶、水样品中137Cs浓度的操作干预水平；
Cf,I-131为食物、牛奶、水样品中131I同位素浓度；
Cf,Cs-137为食物、牛奶、水样品中137Cs同位素浓度；
GALI-131为131I通用行动水平；
GALCS-137为137Cs通用行动水平。
5.基于权利要求1-4中任意一项所述的计算方法的防护行动决策***，其特征在于：所述的决策***包括基础数据采集/预处理模块、***业务功能模块、应急数据管理模块、关键信息显示模块、***运行管理模块，
所述的基础数据采集/预处理模块将采集/预处理的基础数据传递给***业务功能模块进行处理；
所述的***业务功能模块在所述的应急数据管理模块的控制下进行***业务处理，并将处理得到的关键信息传递给所述的关键信息显示模块进行显示；
所述的***运行管理模块对***整体运行进行管理和维护。
6.根据权利要求5所述的决策***，其特征在于：所述的基础数据采集/预处理模块采集/预处理的基础数据包括堆芯损伤数据、OIL速查手册数据、环境辐射数据、气象监测数据、地理信息数据、防护行动数据、应急文档数据。
7.根据权利要求5所述的决策***，其特征在于：所述的***业务功能模块通过操作干预水平计算和基于环境监测结果的修正，提出防护行动建议。
8.根据权利要求5所述的决策***，其特征在于：所述的应急数据管理模块应急管理的数据包括机组参数、气象监测数据、环境辐射监测数据、应急文档数据。
9.根据权利要求5所述的决策***，其特征在于：所述的关键信息显示模块显示的关键信息包括操作干预水平值、源项计算结果、浓度计算结果、环境监测结果、风场动态变化、防护行动建议。
10.根据权利要求5所述的决策***，其特征在于：所述的***运行管理模块的具体功能包括用户权限管理、帮助、备份/恢复、运行配置、日志、***维护。
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