PAVAN在核燃料循环设施事故后果评价中的讨论.pdf

第 45 卷 第 4 期2023 年 7 月环 境 影 响 评 价Environmental Impact AssessmentVol.45,No.4Jul.,2023收稿日期:2023-05-29作者简介:潘伟(1978),男,广西百色人,副研究员,学士,主要研 究 方 向 为 辐 射 防 护 和 环 境 保 护,E-mail workofpan PAVAN 在核燃料循环设施事故后果评价中的讨论潘伟1,2,李杰31.中国辐射防护研究院,山西太原 030006;2.国家环境保护辐射环境与健康重点实验室,山西太原 0300063.中国科学技术大学,安徽合肥 230026摘要:设计基准事故后果评价,是核燃料循环设施(转化、浓缩、元件制造)环境影响评价的重要内容。PAVAN 程序包是根据美国核管会导则 1.145 的要求,由美国太平洋西北实验开发的事故短期弥散因子计算程序包。该程序包广泛应用于核燃料循环前端设施的设计基准事故后果评价。PAVAN 程序包在使用过程中,风速组的划分对事故后果评价具有相当重要的影响。低风速组的细分提高 PAVAN 程序包计算结果的保守性。核燃料循环前端设施设计基准事故的高架源释放情景下,PAVAN 程序包计算的弥散因子出现了下风向双极大值的现象。双极大值现象要求在进行事故后果评估时,不仅仅需要评估厂址边界的事故后果,还需要进一步分析厂址外最大浓度处的事故后果。关键词:事故后果;PAVAN;风速组;弥散因子DOI:10.14068j.ceia.2023.04.015中图分类号:TL75 文献标识码:A 文章编号:2095-6444(2023)04-0077-05The Discussion on the Application of PAVAN in the Evaluation of Accident Consequences of Nuclear Fuel Cycle AcilitiesPAN Wei1,2,LI Jie31.China Institute of Radiation Protection,Taiyuan 030006,China;2.National Key Laboratory of Radiation Environment and Health for Environmental Protection,Taiyuan 030006,China;3.University of Science and Technology of China,Hefei 230026,ChinaAbstract:Design reference accident consequence assessment is an important part of environmental impact assessment of nuclear fuel cycle facilities(conversion,enrichment,component manufacturing).PAVAN package is an accident short-term dispersion factor package developed by Pacific Northwest Laboratory in accordance with the requirements of Nuclear Regulatory Commission Guideline 1.145.This package is widely used in the evaluation of accident consequences based on design criteria of nuclear fuel cycle front-end facilities.In the process of using PAVAN package,the division of wind speed group has a very important influence on the evaluation of accident consequences.The subdivision of the low wind speed group improves the conservatism of the calculation results of the PAVAN package.In the overhead source release scenario of the nuclear fuel cycle front-end facility design reference accident,the dispersion factor calculated by PAVAN package appears the phenomenon of downwind double maximum.The double maximum phenomenon requires that the accident consequences should be evaluated not only at the site boundary,but also at the maximum concentration outside the site.Keywords:accident consequence;PAVAN;wind speed group;dispersion factor 在设计基准事故工况下,事故所致厂址周边公众的个人有效剂量是否满足设计目标值,是核燃料循环前端设施事故后果分析的重要内容。事故后果评价的情景设置一般是 F 类稳定度和 1 ms 风速的条件。国内的核燃料循环设施大多具备气象观测基础,可以统计出风向、风速、稳定度的三维联合频率。在核燃料循环前端设施的设计基准事故后果评估中,更多地采用 PAVAN 程序进行事故短期弥散因子的计算。环 境 影 响 评 价第 45 卷PAVAN 程序进行后果评价的理论来自美国核管理委 员 会(U.S.NRC)的 Atmospheric Dispersion Models for Potential Accident Consequence Assessments at Nuclear Power Plants(NRC Regulatory Guide 1.145)。PAVAN 程序包由美国太平洋西北实验室(PNL)开发,其原版程序包根据 7 类稳定度划分的三维联合频率(风向、风速、稳定度),对禁区边界(EAB)和低人口密度区边界(LPZ)的短期大气弥散因子(Q)进行计算。核燃料循环设施在应用过程中,对 PAVAN 程序进行了调整。程序功能上,将原来只计算 EAB 和LPZ 的代码,修改为计算 12 个距离的短期弥散因子,以满足 80 km 评价范围的要求,同时将 7 类稳定度修改为 6 类稳定度。在事故后果计算中,同距离的 16 个方位采用 0.5%概率水平的大者与全场 5%概率水平的短期弥散因子进行比较后,取大者作为最终进行事故后果计算的弥散因子。在实际使用中,考虑到大多数的事故释放场景为高架释放、且不同风速分组对 PAVAN 程序的预测结果也存在一定的影响。需要针对燃料循环前端设施进行事故后果分析开展进一步的讨论。1 事故短期弥散因子的计算NRC RG 1.145 描述了事故工况下大气弥散因子的计算要求。对于地面释放场景,大气弥散因子的计算依据下列 3 个基本公式:Q=1U10(yz+A2)(1)Q=1U10(3yz)(2)Q=1U10yz(3)式中:Q 为事故弥散因子,m3s;为 3.14159;U10为 10 m 高度处的风速,ms;y为横向扩散参数;z为纵向扩散参数;y为修正后的横向扩散参数,800 m 内的计算公式为 y=My,800 m 之外的计算公式为 y=(M-1)8y800m+y;公式中的 M 取值可以参考 NRC Regulatory Guide 1.145 中的附件。A 为邻近建筑物迎风截面积,m2。对于高价源释放情景,大气弥散因子的计算采用下式进行。Q=1Uhyzexp-h2e22z(4)式中:Uh为释放高度处的风速,ms;he为有效烟囱高度,是烟囱高度与计算点地形高度的差值,如果烟囱高度低于计算点地形高度,则取 0。2 风速组对短期弥散因子的影响以 A、B 两个厂址实地观测数据为例,按 6 个风速组、14 个风速组分别进行了预测模拟。预测中,下风向迎风截面积按 100 m2考虑,分别模拟了地面源和高架源两种释放场景,高架源释放场景的排放高度按 60 m 设计。根据实际工程设计,多数设计基准事故的事故持续时间不长,且事故的关心点主要为厂址边界处和边界外最大浓度处。因此我们选取 2 小时和 8 小时两个事故持续时间来对弥散因子进行预测,计算范围按照 10 km 考虑。2.1 A 厂址计算结果的比较地面源释放情景下,A 厂址的计算结果见表 1。从结果上看,14 个风速组的计算结果普遍高于 6 个风速组的计算结果,在比较关注的 10 km 范围区域内,14 个风速组的结果高出 6 个风速组结果约40%50%。图 1 给出了 10 km 范围内,(02)h、(28)h 结果的比较情况。表 1 地面释放情景下的计算结果(A 厂址)Table 1 The short-term accident dispersion under the ground release scenario(the A site)计算点m6 个风速组(m3s)(02)h(28)h14 个风速组(m3s)(02)h(28)h1501.37E-028.90E-031.96E-021.32E-022008.34E-035.45E-031.19E-028.06E-033004.19E-032.76E-035.98E-034.07E-035001.77E-031.18E-032.54E-031.74E-0315004.26E-042.71E-046.07E-043.97E-0425002.60E-041.60E-043.65E-042.31E-0440001.65E-049.85E-052.31E-041.42E-0475008.85E-055.12E-051.16E-046.92E-05高架源释放情景下,A 厂址的计算结果见表 2。从结果上看,14 个风速组的计算结果显著高于 6 个风速组的计算结果;但与地面释放情景不一样的是,随着时间的推移,事故弥散因子的差异在逐渐减小。87第 4 期潘伟:PAVAN 在核燃料循环设施事故后果评价中的讨论 图 1 地面释放情景下的短期事故弥散因子比较(A 厂址)Fig.1 Comparison of short-term accident dispersion factors under ground release scenarios(the A site)10 km 范围内;(02)h 时的事故弥散因子,14 个风速组的结果可达到 6 个风速组结果两倍,如2500 m 计算点,14 个风速组的结果是 6 个风速组结果的 2.5 倍;(28)h 的事故弥散因子,14 个风速组的结果高出 6 个风速组结果约 70%100%。图 2给出了(02)h、(28)h 结果的比较情况。表 2 高架释放情景下的计算结果(A 厂址)Table 2 The short-term accident dispersion under the elevated release scenario(the A site)计算点/m6 个风速组(m3s)(02)h(28)h14 个风速组(m3s)(02)h(28)h1504.87E-052.06E-058.74E-053.14E-052004.87E-052.65E-058.74E-054.42E-053004.87E-053.14E-05