大气扩散模型ATSTEP在核应急决策支持系统中的应用研究

以广东大亚湾核电站为参考厂址，研究了欧洲核应急决策支持系统RODOS3．0中的大气摭用模型ATSTEP的适用性。研究结果表明，ATSTEP是一个计算速度快，适用于事故后快速评价的模型。另外，对模型中存在的若干缺陷和不足进行了修改和说明。     

核事故条件下的大气扩散模式及应用

本文介绍一个适用于核事故条件的大气扩散模式(粒子-烟团模式)的建立与调试。模式在模拟大气扩散的粒子随机游走方法中引入类似于扩散烟团的核函数概念，用以反映单个随机游走粒子所代表的污染物质的空间影响范围。模式解决了随机游走粒子与核函数“烟团”耦合后反映扩散物理真实过程的一致性问题，在约200km的范围内模拟结果与理论结果相一致。与代表实际大气典型扩散状况的高斯烟羽模式的结果进行定量比较，表明本模式结果在10km的范围内总体合理，但在近源处有系统偏小。模式瞬时浓度的涨落相对于平均轴线浓度大体控制在20％～30％的范围内。将模式应用于秦山地区的实际地形和气象条件进行实例测试表明，其结果可以反映当地复杂的大气扩散过程和特性。     

核事故应急气载放射性物质扩散的精细化模拟方法研究

通过对国内外有代表性的中小尺度核与辐射事故后果评价数值模拟方法的调研,对发生在我国及境外邻近地区的核事故确立了精细化评估气载放射性物质扩散的数值模拟软件系统的总体研发方案,拟建系统采用相应的气象场与扩散场的预报方法和回顾性分析方法。该方法为软件的顺利研发奠定了技术基础,进而可有效提升我国核与辐射事故的应急响应能力。     

海域放射性后果评价方法研究

本文通过对国内外海流数值预报、放射性物质在海域的输运数值模拟和剂量评估等方法的分析研究,建立了用于核电厂海域放射性后果预测与评价的数值模拟方法,确立了核电厂海域放射性后果预测与评价系统的总体研发方案,为该系统的顺利研发奠定了技术基础。该系统的建立可实现对我国不同核电厂址核事故状态下液态放射性物质在近岸海域的辐射后果的精细模拟,同时也能快速模拟核电厂址海域辐射后果,以满足核事故应急响应工作对时效性和准确性的需求,进而可有效提升我国核事故的应急响应能力。     

小型动力堆海上核事故后放射性核素在大气和海洋中扩散研究

为准确评估小型动力堆海上严重核事故后释放的气载核素造成的海洋放射性污染水平,以小型动力堆断电诱发的严重核事故为例,建立核素在大气和海洋中扩散的计算模型,计算事故后大气和海洋中¹³⁷Cs的放射性污染水平,并分析了气载核素释放高度、大气稳定度对沉降核素海洋扩散的影响。结果表明,在一定的释放高度下,源下风轴线上表层海水中核素的时间积分浓度随下风向距离的增大呈先升高后下降的变化规律;在离源一定距离内,释放位置越高,表层海水中核素的时间积分浓度越小;在离源一定距离外,大气越不稳定,表层海水中核素的时间积分浓度越小。     

小型动力堆核事故后放射性核素海洋大气扩散研究

应用于海洋的小型核反应堆技术日渐成熟,但目前核事故大气扩散研究主要针对于沿海或内陆情况。为使大气扩散计算模型适用于海洋环境,本文对高斯烟羽模型进行了修正,应用MACCS程序研究了小型动力堆严重事故所造成的后果。结果表明,若烟羽未抬升,可溶性核素积分浓度垂直分布受水体影响较大,低空的核素积分浓度明显降低;若烟羽被抬升,源项附近海面的核素积分浓度较低,水体对其产生的影响较小;整个扩散过程中,水体主要影响海面附近核素积分浓度大的区域。     

海岛下垫面对核事故核素扩散影响规律研究

为研究核事故发生后气载核素在海洋环境中的扩散,以海岛核电厂为研究对象,采用计算流体动力学（CFD）模拟的方法对海岛核电厂各下垫面要素、风速变化、喷口速度变化进行了模拟,并用风洞实验验证CFD模拟的准确性。结果表明,山体会对地面最大扩散因子产生显著影响;平台的高度增加时,地面最大扩散因子降低,出现距离更靠近喷口;风速的增大会使得面最大扩散因子出现位置后移;喷口速度增大会使得地面最大扩散因子变小,其出现位置后移;在喷口速度变化的情况下,地面最大扩散因子的CFD模拟值和高斯烟羽模型计算值呈倍数关系,并以此对高斯烟羽模型进行了修正。      

欧共体核事故后果评价研究及其程序系统的引进开发

介绍了欧共体核事故后果评价研究计划所取得的主要成果，主要包括大气扩散模式，辐射剂量和健康效应主评价模式以及应急干预措施经济代价评估模式等；描述了ＭＡＲＩＡ研究计划的后果评价程序系统ＣＯＳＹＭＡ的结构和功能。最后简要介绍了清华大学核能技术设计研究院在ＣＯＳＹＭＡ程序系统的应用开发方向所进行的有关研究。     

大气扩散模型验证与比对的工具和方法

大气扩散模型的验证和比对是核应急决策支持／事故后果评价系统的研究与开发工中的一个非常重要的方面,同时又是一项具有挑战性的课题。本文针对大气扩散模型验证工作中的主要难点和相应对策,重点介绍了两种进行模型验证和比对的软件工具及其验证和比对的方法,包括相关的数据集,并列举了一些模型验证与比对分析的实例。     

境外核事故放射性后果评价软件(RADCON)的开发及应用

境外核事故放射性后果评价软件(RADCON)将区域气象数值预报和中长距离放射性污染物迁移放射性后果评价集成为一体,可用于模拟全球不同位置释放的放射性污染物的中、长距离输送和扩散及辐射剂量后果。本文介绍了RADCON的基本结构和功能,并以日本福岛第一核电站核事故为例进行了应用实例分析,给出了福岛第一核电站事故大气释放量最高的3月15—16日期间的长距离输送和扩散及其辐射剂量分布的模拟结果。结果表明,RADCON系统能够较真实地反映释放的放射性核素在环境中的迁移趋势和扩散的时空分布,可为应急决策提供技术支持。     

某厂址沿海大气边界层和大气扩散特征的数值模拟与分析

利用WRF数值模式和随机游动扩散模式对某厂址沿海地区的中小尺度风场和大气扩散特征进行了数值模拟研究与分析。结果表明,该地区受地形和滨海条件的影响,大气扩散输运总体受天气系统和海陆风环流影响,天气系统环流下风场在水平方向的空间变化不大,扩散烟流基本平直;海陆风环流下的风场随时间变化和空间摆动对当地扩散有重要意义。随机游动模拟方法较好地反映出当地大气扩散特征,特别是在复杂地形及中性层结作用下,放射性污染物易在迎风坡出现堆积现象。     

222Rn在大气输运研究中的示踪应用

本文简要回顾了222Rn及其子体示踪应用的主要方面,介绍了国内外对利用222Rn及其子体在预报地震和大气物质输运研究这两方面的工作.对这些示踪应用而言,要进行准确的定量分析和数值模拟,必须对222Rn及其子体在大气中的输运规律有细致的了解,这一点可以通过研究其动力学特征,建立输运模型来实现.本文中列举了部分对222Rn及其子体输运模式的研究,对比上层大气中的简单输运模型,一个比较全面的222Rn输运模型还需要考虑地表层结大气中的复杂的动力学因素,并将其作为222Rn在上层大气输运模型中的下垫面边界条件.     

聚变堆失真空事故下氚的大气扩散模拟研究

聚变反应堆发生失真空事故的情况下氚会泄漏到环境中,氚大气扩散模拟是聚变堆事故后果评价的重要内容。基于高斯烟团模型以及Pasquill稳定度分类方法,考虑重力沉降、烟气抬升、风速等因素的影响,建立了适用于事故下瞬态分析的大气扩散模型,在高斯烟团模型中加入修正了像源贡献的地面反射系数,提高了模型对于地面边界处干沉降的计算效果。选取加拿大氚气释放实验和美国萨凡那河工厂氚释放事故验证了所建立模型的准确性,模型的计算结果与HotSpot 3.0和UFOTRI软件的精度相当。选取国际热核聚变实验堆（International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER）的失真空事故作为研究对象,分析了氚的分阶段释放、风速以及释放高度对氚扩散分布的影响。结果表明：氚的分阶段释放会导致沿下风向出现两个高放射性区域;释放高度和风速的增加会强化氚在大气中的扩散行为,从而减弱放射性在近场的积聚。     

核事故大气扩散的多风扇风洞设计及实验验证

在核电厂发生严重事故时,需用大气扩散模型对核事故后果进行环境评价,而模型的准确性可通过风洞实验进行验证。为了提高风洞实验验证的准确性,克服被动风洞对边界层模拟的适应性差、调节复杂等缺点,本文将结构抗风中的多风扇技术引入到核事故大气扩散模拟研究中。通过设计10（行）×8（列）多风扇风洞,搭建了带风速反馈的风机阵列主动控制系统,对D类稳定度下边界层风速廓线特性进行了风洞模拟。本文实现了石岛湾核电厂址的风速廓线的快速模拟,且模拟精度较高,验证了多风扇风洞技术对大气边界层模拟的可靠性,为核电厂址大气扩散风洞实验提供了新的实验方法。     

核事故后果评价系统的进展与比较

对国内外若干主要的核事故后果评价系统，如美国的ARAC、日本的SPEEDI、欧共体的RODOS、中国的CRODOS等的性能进行了概述与比较。对核事故后果评价中的主要组成部分，如大气扩散模型、动态食物链模型、防护措施、干预水平及计算防护措施有效性中所得的屏蔽因子、居址因子等的国内外概况与进展进行了评述。     

拉格朗日烟团模型的大气扩散系数自适应修正

在核事故后果实时评价系统中,拉格朗日烟团模型作为大气扩散模型得到了广泛应用。大气扩散系数是影响烟团模型的重要参数之一,本文提出一种动态修正拉格朗日烟团模型的大气扩散系数的自适应方法,以提高放射性核素浓度分布计算的准确性。该方法利用观测的核素浓度数据、气象数据和源项释放数据,以最小二乘法实时地对大气扩散系数进行了估计。使用大气扩散模型验证工具MVK中的Kincaid实验数据,将动态大气扩散系数自适应修正方法与传统的以Pasquill-Gifford（P-G）曲线为基础的方法相比较,结果表明,大气扩散系数自适应修正方法能提高拉格朗日烟团模型计算结果的准确性。     

小型动力堆码头中破口失水事故大气扩散研究

采用高斯分段烟羽模型估算了某小型动力堆在码头内发生破口尺寸为29.4%当量直径的设计基准事故时,放射性核素在码头20 km区域范围内的大气扩散规律。源项采用严重事故计算程序MELCOR仿真获得,并将计算结果输入到大气扩散分析软件MACCS进行分析计算。计算结果表明：中破口失水事故会造成码头区域的放射性污染,风速越小、气象条件越稳定,放射性的影响范围越大。     

气象扩散耦合模型对经典示踪试验ETEX-1的模拟分析

将中尺度气象模型WRF和扩散模型FLEXPART-WRF相耦合,对经典欧洲长距离示踪试验(ETEX-1)的扩散过程进行数值模拟,同时结合示踪试验数据和MVK(Model Validation Kit)中的统计验证方法,将气象和扩散模拟结果分别与气象观测和浓度监测数据进行了对比分析。结果表明,气象风分量的模拟值与观测值相关系数平均为0.43,均方根误差平均为3.4 m/s;粒子扩散趋势与风场匹配程度较高,近地面过境浓度覆盖大部分监测站点;指标统计结果也表明,模拟与监测一致性较好,模拟结果能够有效反映当时的流场和扩散特征。气象扩散耦合模型可用于辅助评价核事故下气载放射性污染物扩散对环境的影响。     

JRODOS模拟核事故时核素扩散及剂量时空分布

核事故时核素扩散范围和造成的辐射剂量是核电厂事故应急措施制定的重要参考,利用JRODOS软件模拟了不同气象源和大气扩散模型对核电厂核素浓度和辐射剂量时空分布的影响。结果表明:WRF气象场情景下核素的扩散范围广,FNL气象场情景下核素浓度和有效剂量区域均值较高。不同大气扩散模型中LASAT模型模拟的有效剂量最高。这为核事故后果评价数据来源和大气扩散模型选择提供了依据。     

长江中游丘陵地区的大气扩散实验研究

本文介绍了1979年6月—1980年12月在长江中游丘陵地区进行的一组大气扩散示踪实验的主要结果。描述了实验场址风场与温度场的特征,给出了由实验测定的大气稳定度分类,水平和垂直扩散参数以及各个方位的年均扩散因子。