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美国核管理委员会对严重事故进行MELCOR分析

时间:2023-06-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:尤其是,美国核管理委员会就广泛选择的事故情形做了大量的源项和结果计算。MELCOR分析所考虑的事故情形是由目前最先进的反应堆结果分析或者事故后果分析及最近的福岛核事故研究提供的。MELCOR是一个集成的系统级计算机程序,用于模拟核反应堆中严重事故的进展。表8-4挑选出的MELCOR结果离子注入工艺采用implant语句。

美国核管理委员会对严重事故进行MELCOR分析

遵照美国核管理委员会,事故管理选择监管评估的系统性方法由以下几个方面组成:①基于概率安全分析和过去相关研究的信息,选择主要事故序列;②使用美国核管理委员会事故分析程序MELCOR进行事故源项评估,考虑各种事故预防和缓解措施;③使用MELCOR事故分析程序系统第二版(MACCS2)进行评估(健康影响和厂外财产损失);④与各种预防和缓解措施相一致的风险评估(和风险降低);⑤包括安全壳过滤排放系统在内的各种事故管理选项的监管成本效益分析。业界内有类似的方法,尤其是源项和结果计算。

美国核管理委员会使用上述方法对装有Mark I型安全壳的沸水堆核电站的安全壳过滤排放系统进行监管成本效益评估,并且形成支持安全壳过滤排放策略建议的技术基础。尤其是,美国核管理委员会就广泛选择的事故情形做了大量的源项和结果计算。计算的结果用于对各种事故预防和缓解方案进行成本效益评估,结果详细记录于SECY-12-0157。代表这个行业的美国电力研究院使用MAAP也进行了源项评估分析。

MELCOR分析所考虑的事故情形是由目前最先进的反应堆结果分析或者事故后果分析及最近的福岛核事故研究提供的。具体而言,MELCOR分析选择了两种事故情形:SOARCA研究中定义的长时间电站停电(LTSBO)和短时间电站停电(STSBO)两者都是由地震事件引发的。长时间的电站停电导致外部电源回路)丧失、厂内电源丧失和输电网损坏,所有依赖于交流电的系统不可用。在事故发生后,汽轮机驱动的反应堆堆芯注入冷却系统在一个有限的时间内是可用的,当前的研究假定高压冷却剂注入系统不可用。对于短时间的电站停电,进一步假设汽轮机驱动反应堆堆芯注入冷却系统最初不可用。

人们主要关注长时间电站停电情形,运行大量的MELCOR案例,模拟不同的可能后果(如超压安全壳破损、干阱衬管融穿和主蒸汽管道破裂的后果)。这些案例考虑了堆芯注入冷却系统的运行而且结合了一种或者更多的缓解特性,如堆芯喷淋、安全壳喷淋和排放。那些带有排放的案例包括气体循环的选项。表8-3总结了一些长时间电站停电的案例。该表中的案例运行了48 h。

表8-3 安全壳排放研究中MELCOR案例选择的模型

译者注:1 psi≈6895 Pa。

MELCOR是一个集成的系统级计算机程序,用于模拟核反应堆中严重事故的进展。(如在严重堆芯损坏中的事故后果、可能的堆芯熔化及放射性物质释放)。事故进展建模的范围包括:

(1)堆芯裸露(由于冷却剂丧失)、燃料升温、烛形燃烧、复合膨胀、复合氧化、燃料降解(丧失几何结构)及堆芯材料熔化和移位;

(2)通过移位的堆芯材料加热压力容器底盖;

(3)反应堆腔中熔化堆芯、混凝土相互作用,紧接着产生气溶胶

(4)压力容器内和压力容器外氢产生、传输和燃烧;

(5)从堆芯释放的裂变产物(气溶胶和水汽)传输和堆积在安全壳中,最终释放到环境中;

(6)由高压熔体喷射导致的安全壳持续加载,由包括氢气在内的不凝结气体产生的超压或其他机制(如氢燃烧或热侵蚀)及后续产生的安全壳故障;

安全壳过滤排放系统研究特别关注的是源项的评估(如时间、数量和裂变产物的化学/同位素形式,它们对健康和环境污染有很大的影响)。表8-4总结了表8-3中选择的一些案例的MELCOR结果。

表8-4 挑选出的MELCOR结果(www.xing528.com)

译者注:kg-mole是千克分子的缩写,全称应是kg-molecular。例如,O2的相对分子质量是32,则1 kg-mole O2就相当于32 kg O2

MELCOR程序为MACCS2提供输入,用于分析环境中的放射性材料扩散及其后果。程序模拟气体传输和扩散、应急反应动作、照射途径、健康影响和经济成本。MACCS2用四个步骤评估结果:

(1)排出的气体向土地和水体的输送和沉积量;

(2)释放开始后7天内(早期)估算的照射和健康影响(早期影响);

(3)长达一年的中期时间阶段(中间阶段)估算的照射和健康影响;

(4)长期(如50年)估算的照射和健康影响(后期阶段模型)。

对于土地污染和经济影响,厂外财产损失的评估使用了模型的所有四个部分。污染超过临界水平的土地面积可用几种方法推算。最简单的方法是报告超过一种或多种同位素单位面积活动水平的土地面积。切尔诺贝利核事故后,就是用这个方法报告污染区域(如超过137 Cs活性阈值水平的区域)情况的。目前,MACCS2根据大气传输和沉积的高斯烟羽模型评估这些区域的情况。

影响分析的结果给出了每个案例的公共风险、人口密度、环境污染和经济成本。所有影响后果都作为有条件的后果(如假定事故发生)的形式呈现,并显示了事故后果对个体的风险(即每个事件的LCF风险或每个事件的即时致命风险)。表8-5总结了由MACCS2获得的影响后果。

表8-5 50英里半径范围的MACCS2后果总结

MELCOR和MACCS2都没有机械地模拟湿阱或者干阱排放路径外部过滤器的去污效果,而是用规定的去污因子值来代表外部过滤器的效果。该去污因子适用于经过滤排风净化的部分向环境释放的非惰性气体源项。

对于结果推算,假定湿阱下游的外部过滤器的去污因子是10。如前所述,这种低去污因子值说明了这样一事实,即抑压池过滤器留存了大部分的气溶胶,但通常不能通过过滤有效保留的气溶胶类型(亚微米级微粒)除外。

去污因子值和环境影响减少(如土地污染)的关系是非线性的。去污因子为10通常不会导致环境影响呈10倍减少。根据考虑中的事故序列和结果指标的评价,去污因子的影响可能是从中等到严重的。

一般来说,MELCOR/MACCS2分析显示了外部过滤器对人口密度、潜在癌症风险、环境污染和经济后果的有益影响。将源项分析放在具体情境中,当考虑各种各样安全壳排放效率和事故管理策略时,MELCOR/MACCS2的结果可用于评估可实现的风险降低程度(相对基线情况)。这里的基线情况是指EA-12-050阶可靠的硬化通风口,而备选方案则是指没有和有外部过滤器的严重事故能力硬化通风口。风险评估的结果表明,严重事故可靠排放和其他事故管理手段的运用,辅以外部过滤器,可以使风险大幅降低。当过滤器应用在湿阱排放中时,外部过滤器对总体风险降低的贡献不大;反之,当过滤器应用在干阱排放中时,外部过滤器的贡献显著。

如其他地方所述,本文的总结工作是为了形成SECY-12-0157的技术依据。委员会随后命令美国核管理委员会员工着手实施严重事故能力排放方案,从而达到EA-13-109要求,并进行额外的分析,以支撑安全壳过滤排放策略未来的立法选择。目前正在进行源项、结果和风险的额外分析。

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