calpuff模式用于放射性核素不同尺度迁移扩散地研究.pdf

太原理工大学博士研究生学位论文哪《洲㈣删咖Ⅲ洲㈣I Y22381 02 cALPUFF模式用于放射性核素不同尺度的迁移扩散研究摘要放射性核素在大气中的迁移扩散问题,在核事故应急响应、突发事件应急响应、裂变材料生产、核厂址风险评价、禁核实验的源项估算等领域都倍受关注。从1986年的切尔诺贝利核事故到2011年的日本福岛核泄露事故,放射性核素迁移扩散的研究经历了数十年的发展,无论是模式理论还是模拟技术都有了很大进步。放射性核素迁移扩散研究最主要的应用是核事故的应急响应,美国和欧洲等研究机构在这方面都有自己成熟的不同尺度的模式及体系,但是我国在这方面的研究还很不足, 尤其是在事故情况下对污染水平的应急预测,以及事故后短期的实时模拟计算。为了满足我国核能发展和辐射环境影响评价的需求,本文在调研文献的基础上,总结了放射性核素迁移扩散模式的研究方法,对新的模拟技术如集合分析等进行了分析研究,并利用现有资源进行模拟计算,开展了放射性核素迁移扩散的研究。本论文调研了放射性核素的迁移扩散模式的发展状况,对现有的模式及其应用作了综述,在研究现有模式的基础上,选择拉格朗日烟团模式cALPUFF作为本论文关于放射性核素不同距离迁移扩散研究的工具。 cALPuFF是美国EPA推荐模式,有成熟的理论基础和长期的跟踪改进及验证研究,是一个成熟的应用模式。CALPUFF模式可运用于复杂地形, 非稳态的流场,在长距离情况卜可以矫正地形对流场的影响,而且在扩散计算时可以根据具体流场特点选择积分方式和扩散参数计算方法。 CALPUFF的计算区域可以从几十米到上千公里,从局地尺度到区域尺度, 对于模拟突发核事故情况下的短期及长期扩散非常适合。CALPUFF系统太原理工大学博士研究生学位论文由于针对的是非放物质所以不能用于放射性核素的模拟计算,本论文的工作即是在CALPUFF的基础上,进行进一步的开发,在烟团模式的基础上加入了对放射性核素的放射性衰减的模拟计算、加入放射性核素的二F 湿沉积参数、并建立了事故情况下的剂量估算模式,使CALPUFF能用于核事故情况下的估算分析。在核事故模拟计算中,从事故的初始释放,到事故的持续几十小时的释放,事故释放的各个空间尺度及各时间范围都jf艮关健。为了研究事故释放的各时间、空间范围的迁移扩散特征,本论文进行了不同距离范围的模拟,从近距离20公里到200—300公里及上千公里的应用研究, 并分别进行验证分析。本论文的主要研究工作有四个部分: ,选择拉格朗日烟团模式CALPUFf、作为研究的基础,对现有的烟团模式进行改进。(1) 在CALPUFF模式中加入关于核素的放射性衰减计算模型,并加入有关核素的干湿沉积计算参数。(2) 建立剂量模型,计算在事故应急情况下的有效外照射剂量及吸入内照射‘剂量,为应急决策提供重要的数据支持。 ,最关心的问题是近距离内放射性核素的分布水平,以决定撤离范围及响应的水平。为了研究事故初始释放特征,开展了近场复杂地形的示踪实验研究,并同时用cALPuFF模式进行模拟计算,通过现场j监测数据与模式结果的对比,研究了复杂地形近距离扩散的特征, 并说明CALPUFF模式在近距离短期释放的模拟计算结果较好,但也存在一定问题: 1)从现场实验数据看,对于事故初期的高架源近距离扩散,当风速较小时,地形影响较大,当风速较大时,地形影响减小,地面最高浓太原理工大学博士研究生学位论文度值一般在卜3公里范围。浓度和风向摆动相关,当风向较稳定时,地面浓度分布窄,浓度值较高,当风向摆动时,地面浓度分布较宽,浓度值趋于平均,浓度降低。水平浓度分布并非标准高斯分布,在采样点浓度轴线两边的边缘浓度有异常增高现象。 2)模式结果与实验数据相比,模式的浓度分布呈标准高斯分布没有反映出实测数据的异常值,在模拟计算时,计算了几种扩散计算方法: :P—G法和相似理论(Sim订arity)计算方法和不同的积分取样方式:烟团模式(PUFF)和烟片模式(SLUG),进行了四种方式的模拟计算:PUFF+P—G、PUFF+ Similari ty、SLUG+P—G、SLU+Similari ty。实验结果说明在实验条件下,PUFF+P—G有较好的模拟结果, m。H~, ug m。H1,%%, %。 , 结果比较说明烟片取样函数更能反应近距离、短时间的Causality effects(因果效应),在事故情况的初始阶段能更好的模拟污染物的扩散。 ,并与模式PG方