严重事故条件下放射性核素在海洋中的迁移扩散模拟研究

摘要

核能作为一种清洁能源，随着核技术的迅猛发展，已成为国家电力能源战略的重要组成部分，但核电安全及其发生严重事故时所引起的放射性污染问题一直是人们关注的焦点。开展放射性核素在海洋中的迁移扩散机理和迁移扩散模拟研究，对于揭示放射性核素浓度随排放点距离及时间变化规律、预测事故后放射性核素对海洋水体环境影响具有重要意义。
　　论文选取福岛核电站事故为研究对象，针对放射性核素的衰变特性，对适用于海洋大尺度瞬时点源迁移扩散研究的瞬时点源约瑟夫模型进行了改进，构建了考虑衰变的瞬时点源弥散模型。根据日本东京电力公司公布的放射性污水泄漏和外排资料，以及海水中放射性核素浓度监测数据，估算了事故源项，确定了模型参数取值;并在此基础上，运用瞬时点源约瑟夫模型和改进模型对4个监测点位的131I、137Cs浓度变化进行了时空模拟;探讨了放射性核素浓度随时间和空间的变化规律;分析了模型改进前后模拟精度变化情况。得出了以下主要结论:
　　(1)同一研究点位，放射性核素经过自身衰变和海水稀释作用，随时间的增加浓度逐渐降低，其中131I对水质的影响在1个月内大幅削减，2～3个月以后基本消除，137Cs对水质的影响在2～3月内大幅削减，浓度降低到可接受水平内，此后的影响可长达数十年，是一种持久、低浓度、累积的影响。
　　(2)同一时间，距离泄漏点越远放射性核素浓度越小，按本文设定的泄漏源项和扩散条件，如将福岛核电站事故瞬时点源泄漏的放射性浓度核素稀释到标准值，其迁移扩散距离需在30km以上。最主要受影响的范围是在核电站周围30km内的海域，其中10km范围内海水的放射性污染最为严重。
　　(3)瞬时点源约瑟夫模型可用于海洋大尺度的核素迁移扩散模拟，其对半衰期较长放射性核素如137Cs的模拟精度在可接受范围内，但对半衰期较短的放射性核素131I来说，模拟精度不够。论文针对放射性核素衰变特征，提出了严重事故条件下考虑衰变的瞬时点源弥散模型。模拟结果表明:模型改进使其对131I的模拟精度从175.18％提高到了35.89％，通过模型改进，模拟结果的相对误差明显减小;而模型改进对137Cs模拟结果的修正效果较小。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及选题意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 放射性核素在海洋中的迁移机理

1．2．2 放射性核素在海洋中迁移扩散模型研究进展

1．2．3 国内外放射性核素在海洋中迁移研究现状

1．3 研究内容和技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

第2章 福岛核电站事故概况

2．1 福岛核电站基本情况

2．2 福岛核电站事故诱因

2．3 福岛核电站事故发展过程

2．4 福岛核电站事故发生后含放射性废水排入海洋的情况

2．4．1 高放射性废水泄漏

2．4．2 低放射性废水外排

第3章 现有核素在海洋中的迁移扩散模型及其参数率定

3．1 模型筛选

3．1．1 瞬时点源约瑟夫模型

3．1．2 IAEA推荐的瞬时点源模型

3．1．3 模型筛选

3．2 放射性核素的遴选

3．3 现有模型参数的率定

3．3．1 模拟点位与模拟时间段选取

3．3．2 福岛核电站事故源项估算

3．3．3 其他参数取值

3．4 约瑟夫模型模拟结果及精度分析

3．4．1 模拟结果及规律分析

3．4．2 约瑟夫模型模拟精度分析

3．4．3 约瑟夫模型存在的不足

第4章 考虑衰变的瞬时点源弥散模型

4．1 对瞬时点源约瑟夫模型的改进

4．1．1 考虑衰变的瞬时点源弥散模型

4．1．2 放射性核素衰变影响因子ki算法及取值

4．2 考虑衰变的瞬时点源弥散模型模拟及精度分析

4．2．1 模拟结果及规律分析

4．2．2 放射性核素131I、137Cs空间分布模拟

4．3 考虑衰变的瞬时点源弥散模型模拟结果精度分析

4．4 改进前后模型精度对比分析及模型合理性验证

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研活动

致谢