船用堆破口叠加全船断电事故进程及后果研究

采用MELCOR程序,对船用堆破口叠加全船断电事故进行建模计算,并对事故进程和源项释放进行了研究。计算结果表明:若应急电源无法投入,最终将导致压力容器下封头失效和舱底失效;所研究事故的惰性气体、碘释放量均在80%以上,且释放的I主要以CsI形式存在,滞留量大,气载量小。事故进展快慢取决于破口当量尺寸,但氢气的产量与堆芯温度、堆芯残余水量相关,与破口当量尺寸无直接关系,堆舱内发生氢爆可能性不大。本文计算结果可为应急抢修和应急决策提供技术支持。     

蒸汽发生器传热管破损叠加全船断电事故放射性分析

以严重事故分析程序MELCOR为计算工具,研究了某型船用堆发生蒸汽发生器传热管破损叠加全船断电事故,针对传热管破损所导致的放射性物质向其他舱室的泄漏,着重分析了惰性气体和CsI的释放、迁移、滞留特点及其在舱室内的分布。计算结果表明:二回路蒸汽管道会发生超压失效,氢燃导致堆舱邻舱的超压失效。至计算结束,约占累积总量99.61%的Xe和49.96%的CsI从堆芯释放出来。舱室Ⅰ和Ⅱ内Xe的分布份额分别为38%和18%,CsI的分布份额分别为22.2%和2.7%,CsI主要存在于舱底水池中,且泄漏至舱室Ⅱ的份额微少。本文分析结果可为进一步的源项剂量分析及船内外应急提供依据。     

压水堆严重事故下裂变产物迁移与释放研究

严重事故情况下大量放射性裂变产物释放到环境中,直接对人体造成危害。本文采用MELCOR程序,研究了DVI管小破口始发严重事故下,Cs I在一回路系统和安全壳中的存在形态,以及Cs I和惰性气体向安全壳、环境的迁移和释放行为。结果表明:Cs I主要以气溶胶形式释放出来,滞留在一回路系统中的Cs I几乎全部沉积在热构件上,约70%的Cs I以气溶胶的形式迁移到安全壳中,并不断沉积在安全壳热构件或溶于水中,极少量释放到环境中。事故后绝大部分惰性气体迁移到安全壳中,只有少部分滞留在反应堆其他系统中,在安全壳正常泄漏率下,释放到环境的惰性气体质量很少,仅为0.11%。     

船用堆大破口失水事故放射性后果分析

本文以严重事故分析程序MELCOR为计算工具,建立了某型船用堆的计算模型,研究了某型船用堆发生冷段双端断裂大破口失水事故的源项行为及放射性后果。分析了惰性气体Xe与挥发性气体CsI的释放、迁移和舱室分布规律,并对通风系统投入时机进行研究。结果表明:为保证堆舱临舱的剂量辐射在剂量限值内,应于事故发生后10min内投入全船通风。否则,应于全身剂量和甲状腺剂量达到剂量限值前及时采取防护措施。     

核电站LOCA释放源项的模拟计算

文章在对轻水堆核电站先进堆型AP1000失水事故(LOCA)的事故进程分析的基础上,明确了失水事故堆芯释放源项的核素类型,再基于《AP1000设计手册》中提供的基础设计数据,利用ORIGEN2编程对关注的核素进行计算,求取各核素在0～8 h内放射性活度随时间的变化。并将计算结果与设计值进行对比分析,从结果来看,大部分核素的计算值与设计值数量级基本吻合,部分核素的计算值与设计值之间存在1～2个数量级的差异,这是因为在源项选择中忽略了部分核素,此外,选取的堆芯放射性核素的积存量为保守的基准设计值。核电站应当加强对碱金属、惰性气体和碘的关注。在事故前期,碱金属138Cs约占总放射性的85.6%;事故后期,则是惰性气体133Xe占比最大,约为53.1%。     

船用堆断电事故仿真及源项滞留分析

以某船用压水堆为研究对象,借助MELCOR程序建立事故分析模型,对全船断电事故进程进行仿真;对事故源项进行计算。结果表明:若应急电源无法投入,将导致堆芯熔化、支撑结构失效、舱底熔穿;大部分放射性物质排出舷外,稳压器及波动管滞留量次之,回路滞留量最少;各放射性核素在系统中滞留量也不相同,惰性气体滞留比例最小,仅为0.338 2%;卤素滞留量也相对较小,为3.848%;其余核素滞留比例都较高。本文研究结果可为进一步事故缓解研究及船外应急研究提供依据。     

船用堆断电事故仿真及源项滞留分析

以某船用压水堆为研究对象,借助MELCOR程序建立事故分析模型,对全船断电事故进程进行仿真;对事故源项进行计算。结果表明:若应急电源无法投入,将导致堆芯熔化、支撑结构失效、舱底熔穿;大部分放射性物质排出舷外,稳压器及波动管滞留量次之,回路滞留量最少;各放射性核素在系统中滞留量也不相同,惰性气体滞留比例最小,仅为0.338 2%;卤素滞留量也相对较小,为3.848%;其余核素滞留比例都较高。本文研究结果可为进一步事故缓解研究及船外应急研究提供依据。     

池式钠冷快堆熔融物堆内滞留初步分析研究

为防止堆芯熔毁后熔融物熔穿反应堆容器,造成大量放射性释放,三、四代反应堆设计中普遍考虑了熔融物滞留方案。池式钠冷快堆在主容器底部安装堆芯熔化收集器,对熔融物进行有效收集和长时冷却。利用中国原子能科学研究院自主开发的FRTAC程序,计算堆芯熔毁后主容器内的自然循环,分析熔融物长时冷却过程,研究钠冷快堆的熔融物堆内滞留方案。结果表明：熔融物掉落至堆芯熔化收集器上后,主容器内的自然循环可以有效冷却熔融物,并由事故余热排出系统将余热导出至大气环境中。     

EPR核电厂放射性气体释放前运动及延迟滞留状态论证

以EPR堆型为基础,建立堆芯裂变产生的放射性惰性气体在废气管理系统中运动的模型,以1个换料周期为时长,计算系统吹扫单元和滞留单元两个主要结构部分在两类模式,即稳态运行模式和波动运行模式,以及28类工况下,气体运动的起止时刻、流量等参数,重点分析Kr和Xe等放射性核素经由活性炭的延迟滞留状态,并推导出关键核素在系统内的停留时间。同时,结合系统参数及衰变方程推导出释放的活度流量。该计算方法和结果为分析EPR气态流出物是否满足国家法规标准要求奠定理论基础。     

压水堆事故期间不同核素对安全壳内辐射监测仪表示值的贡献

事故期间安全壳内的辐射水平是堆芯损伤评价和进行防护决策的重要依据,计算不同堆芯状况下安全壳内辐射监测仪表示值是应用该方法的前提条件.文章比较了正常冷却剂释放、间隙释放和堆芯熔化状况下不同核素对安全壳内辐射监测仪表示值的相对贡献.在安全壳内无喷淋情况下,安全壳内辐射监测仪表示值主要来自碘和惰性气体;安全壳内有喷淋情况下的辐射监测仪表示值主要来自于惰性气体.     

严重事故条件下安全壳响应模拟研究

压水堆核电厂发生严重事故期间,从主系统释放的蒸汽、氢气以及下封头失效后进入安全壳的堆芯熔融物均对安全壳的完整性构成威胁。以国内典型二代加压水堆为研究对象,采用MAAP程序进行安全壳响应分析。选取了两种典型的严重事故序列：热管段中破口叠加设备冷却水失效和再循环高压安注失效,堆芯因冷却不足升温熔化导致压力容器失效,熔融物与混凝土发生反应（MCCI）,安全壳超压失效;冷管段大破口叠加再循环失效,安全壳内蒸汽不断聚集,发生超压失效。通过对两种事故工况的分析,证实了再循环高压安注、安全壳喷淋这两种缓解措施对保证安全壳完整性的重要作用。     

核电厂严重事故下安全壳通风导致放射性后果的快速评价

提出一种严重事故下安全壳通风导致放射性后果的快速评价方法。通过预先计算通风后安全壳的释放份额和1%初始堆芯总量释入安全壳时的公众个人终身剂量,以及通过事故下安全壳的辐射监测仪表间接得到堆芯向安全壳的释放份额,能够快速评价厂外不同距离处公众的个人终身剂量,它可为严重事故的管理和厂外应急策略的实施提供强有力的支持。     

AP1000小破口失水始发严重事故的源项研究

建立AP1000的事故分析模型,选取小破口失水始发的严重事故,在研究事故进程的基础上,分析计算事故下裂变产物释放和迁移的特性,重点关注惰性气体、挥发性裂变产物和非挥发性裂变产物在核电厂的分布,并选择破口位置、破口尺寸和安全壳泄漏率进行源项敏感性分析.本文分析结果可为严重事故管理和厂外放射性后果评价提供支持.     

福岛核电厂3号机组严重事故模拟分析

本文应用MELCOR程序,通过建立全厂详细的模型,对福岛第一核电厂3号机组在地震发生后3 d内的严重事故进程进行了模拟分析并与电厂实测数据进行了比较,再现了从事故开始到堆芯失效坍塌直至氢气爆炸在内的主要严重事故现象。基于文中假设的模拟计算得到的趋势与电厂现有实测数据较为一致,结果表明：地震发生后约36 h反应堆水位降至堆芯活性区顶部。操纵员未能及时成功对安全壳和反应堆进行快速卸压,以在堆芯底部出现裸露前向反应堆补充冷却水,使得堆芯出现严重的锆水反应,大部分燃料包壳已破损而导致易挥发的放射性裂变产物的释放;但此时堆芯整体依然维持可冷却几何形状;在消防水泵向反应堆注入冷却水期间,由于冷却注入流量出现中断,导致堆芯进一步熔毁坍塌;碎片迁移至下腔室后,进一步的锆水反应(金属 水反应)新增的氢气泄漏并积聚在反应堆厂房上部,引发了安全壳厂房的爆炸;72 h内,堆芯内约50%的锆合金发生了氧化,压力容器下封头未发生失效。     

船用堆中破口失水加全部电源丧失事故分析

针对船用堆的运行特点,制定了船用堆发生中破口失水叠加全部电源丧失事故时的事故序列,运用RELAP5/MOD3.2程序对某船用堆30%额定功率运行时,一回路主管道上发生30 mm不可隔离的中破口失水叠加全部电源丧失事故进行了分析,并讨论了事故下燃料元件的完整性。结果表明：在发生该类叠加事故后,热阱丧失,反应堆的剩余热将无法导出,堆芯燃料元件会发生大面积破损。研究结果可为运行人员的事故处理和操作提供参考。     

应急设施可居留性分析的严重事故源项初步探讨

以先进压水堆核电厂为对象,开展了适用于应急设施可居留性评价的严重事故源项分析方案研究,覆盖了堆芯释放、安全壳内自然去除、放射性物质向环境释放途径等。结合非能动安全壳冷却系统的特征,重点研究了安全壳可能的失效行为,论证了安全壳在事故后24h和72h失效工况的辐射影响。结果表明:两种工况放射性释放水平均达到了INES(国际核事件分级)第6级的水平,属于比较严重的核事故;133 Xe、131I为主导核素组的主导核素,所释放的133 Xe介于WASH-1400中PWR2~PWR4之间的水平,131I介于PWR5~PWR6之间水平。同时,以国内某沿海厂址为例,评价了两种工况下应急指挥中心(EOF)工作人员的有效剂量,均可满足100mSv的剂量限值要求。     

Analysis on containment depressurization under severe accidents for a Chinese 1000 MWe NPP

Containment depressurization has been implemented for many nuclear power plants (NPPs) to mitigate the risk of containment overpressurization induced by steam and gases released in LOCA accidents or generated in molten core concrete interaction (MCCI) during severe accidents. Two accident sequences of large break loss of coolant accident (LB-LOCA) and station blackout (SBO) are selected to evaluate the effectiveness of the containment venting strategy for a Chinese 1000 MWe NPP, including the containment pressure behaviors, which are analyzed with the integral safety analyses code for the selected sequences. Different open/close pressures for the venting system are also investigated to evaluate CsI mass fraction released to the environment for different cases with filtered venting or without filtered venting. The analytical results show that when the containment sprays can't be initiated, the depressurization strategy by using the Containment Filtered Venting System (CFVS) can prevent the containment failure and reduce the amount of CsI released to the environment, and if CFVS is closed at higher pressure, the operation interval is smaller and the radioactive released to the environment is less, and if CFVS open pressure is increased, the radioactive released to the environment can be delayed. Considering the risk of high pressure core melt sequence, RCS depressurization makes the CFVS to be initiated 7 h earlier than the base case to initiate the containment venting due to more coolant flowing into the containment.     

Accident sequence precursor analysis: level 2/3 model development

The US Nuclear Regulatory Commission’s Accident Sequence Precursor (ASP) program currently uses simple level 1 models to assess the conditional core damage probability for operational events occurring in commercial nuclear power plants (NPP). Not all accident sequences leading to core damage will result in the same radiological consequences. Therefore, it is necessary to develop simple level 2/3 models that can be used to analyze the response of the NPP containment structure in the context of a core damage accident, estimate the magnitude of the resulting radioactive releases to the environment, and calculate the consequences associated with these releases. This level 2/3 model development work was initiated in 1995, and several prototype models have been completed. Two versions of these prototype level 2/3 models have been developed. Simple level 2/3 models have been linked to the simple level 1 models to provide risk perspectives for operational events. Additionally, very complex and detailed models have been developed that take provide much greater flexibility in accommodating a much wider range of level 1 core damage accident sequences. These detailed models also make possible assessments that are integrated with the level 1 model, on the importance of different severe accident phenomena and containment performance characteristics. This paper describes the development and capabilities of these level 2/3 ASP models, and the linkage to the level 1 models.