核事故早期阶段源项反演技术研究

摘要

2011年福岛核事故为世界核电的发展提出了更高的要求，随着我国能源结构的调整，核电厂数量不断增加，发展核事故后果评价技术的需求越来越迫切。在核事故发生时应急机构应当准确估计核事故释放核素的大气扩散过程，得到气载放射性核素在地表的浓度分布，为缓解事故危害提供决策支持。福岛核事故中，由于堆芯损伤情况未知，导致事故后果评价的准确性受到质疑。
　　本文以放射性核素在大气中的扩散过程为基础，通过反演方法、参数估计理论和实验研究，建立能够准确描述核事故源项扩散行为的参数自适应模型。在观测值不确定性大的条件下进行核事故源项反演建模，提高源项反演估计的精度。
　　本文建立的SJTUPUFF大气扩散分析系统实现了复杂气象下的中小尺度核事故大气扩散分析，核心算法采用烟团模型，能够处理多点源源项的分析模拟，并具有源项反演模块，经过数值模拟和实验结果的验证，准确性良好，可以应用于国内外核电厂环境评价。
　　以烟团模型为基础，采用遗传算法和集合卡尔曼滤波方法针对源项和输运模型参数建立了参数自适应的大气扩散模型，探索了模型误差和观测误差对同化过程的影响规律，进行了模型的数值稳定性研究，结果表明遗传算法和集合卡尔曼滤波方法均能够较好的估计扩散参数；基于研究发现大气扩散系数具有稳定性性质，根据这一特点采用平滑方法改进参数估计，提高了大气扩散系数自适应估计的精度。
　　基于集合卡尔曼滤波方法建立了源项释放率的反演模型，提出了源项释放率是随机游走过程的假设，通过数值实验验证了该假设的正确性，并利用Kincaid示踪实验对反演模型的准确性进行了分析，研究表明集合卡尔曼滤波相对于比例缩放模型，准确性不受到累计的观测误差的影响，只与整体的观测质量有关，在观测误差不确定性大的情况下能够最大限度地消除观测误差带来的影响。
　　建立了核电厂源项反演系统，通过对于环境γ剂量率的分析和采样能谱的分析，基于支持向量机方法建立了剂量率上升的分类模型，提高了监测数据的准确性，反演模型能够对核电厂事故源项的组分、释放率进行反演，实验验证表明该方法准确性高，对具有较大观测误差的情况适应性好。该系统已应用到国内核电厂的事故应急决策支持系统中。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 课题背景和意义

1.2 国内外现状

1.3 本论文研究内容

第二章 大气扩散模型的建立及准确性研究

2.1 拉格朗日烟团模型

2.2 大气扩散模型软件开发

2.3 SJTUPUFF准确性研究

2.4 本章小结

第三章 大气扩散模型中的自适应参数研究

3.1 大气扩散模型的扩散参数分析

3.2 扩散参数自适应模型建立

3.3 自适应模型的实验验证

3.4 本章小结

第四章 源项反演技术研究

4.1 源项估计介绍

4.2 源项释放率估计

4.3 本章小结

第五章 核电站源项反演系统开发

5.1 源项反演系统分析

5.2 监测数据分析

5.3 源项反演系统建模与分析

5.4 本章小结

全文总结

参考文献

简历

致谢

攻读学位期间发表的学术论文目录

攻读学位期间参与的项目

答辩决议书