李 龍,孫 征,邵 靜,趙守智
(中國原子能科學研究院反應堆工程技術研究部,北京 102413)
2018年3月1日,俄羅斯總統普京在年度國情咨文報告中宣布,俄羅斯已研制出新型核動力巡航導彈,該型導彈已于2017年年底成功試射。俄羅斯宣稱,這種新型核動力戰略武器幾乎不可能被攔截,國際社會為之震動。
根據普京公布的視頻,俄羅斯研發的核動力巡航導彈具有地形匹配飛行的能力,飛行高度較低。這種特性使導彈的隱蔽性大大提升,降低了飛行時被偵查到的概率。但是隨之帶來的問題是,這種核動力巡航導彈飛行過程中是否會對地面人員造成較大的放射性影響?由于這種反應堆的特殊應用場景和設計,在國內尚未有該方面的分析研究。
20世紀中期,蘇聯就實施過洲際核動力巡航導彈“375”計劃,由拉沃奇金設計局負責研發,但沒取得顯著進展,并因拉沃奇金的去世而終結。對于俄20世紀中期及最新的核動力巡航導彈的研發及放射性數據,目前缺乏可靠的技術資料,而20世紀中期美國進行的“冥王星”核動力巡航導彈研發計劃已經公布了一批較為詳細的技術資料,可以讓我們對巡航導彈的放射性有所認識。
RJ版教科書在有理數章節未涉及循環小數的內容,對有理數定義的解讀不完全.而CM教科書對有理數的定義嚴謹而準確,并配有例題進一步解釋說明為何循環小數是有理數.兩版教科書的例題在側重內容、有理數表現形式以及背景素材等方面差異顯著.
對于近日公募密集發力政策性金融債券指數的現象,業內人士表示,今年以來利率債牛市格局較為顯著,未來或有望延續,但國內信用風險目前仍未 出清,而政策性金融債信用評級高、體量大、流動性好,是較為穩健的投資標的,其指數化投資方式也為投資者帶來眾多便利。
通過對美國“冥王星”核動力巡航導彈研發及地面試驗時放射性測試的情況分析,可以獲得核動力巡航導彈放射性影響的總體概貌。對俄核動力巡航導彈飛行過程中的放射性及其放射性來源進行分析,結合推算的俄羅斯導彈參數及近似的反應堆模型,可以參照GB 18871—2002中的有效劑量分析方法,利用MCNP程序對反應堆中子、光子泄漏產生的劑量與空氣活化產生的劑量進行建模和計算。
1957年,美國開始實施“冥王星”計劃,研發低空超音速巡航導彈“SLAM”。美國在冥王星計劃中先后制造了兩臺核沖壓發動機地面試驗樣機“TORY Ⅱ-A”和“TORY Ⅱ-C”,其中試驗樣機“TORY Ⅱ-C”功率更大,主要設計參數與可實際應用于SLAM導彈上的反應堆非常接近。
對照組的每日工作耗時與每周接受治療人數及注射人數均呈正向線性相關,P<0.01。對相應方程的回歸系數b及常數項a進行比較,Excel管理方法較傳統管理方法的b值及a值均更小。
為防止公司通過變更國籍尋求他國外交保護導致濫用外交保護,上述《外交保護條款草案》第10條規定了國籍持續原則,即國家只有權為從發生損害之日到正式提出求償之日持續為該國或任何被繼承國國民的公司實施外交保護。但是,對損害發生日為其國民卻因損害原因而按照成立地國法律終止存在的公司的國家,仍有權實施外交保護。

TORY Ⅱ-C的設計目標功率為500 MW,1964年5月12日和20日的兩次試驗實際功率分別為297 MW(60%設計功率)和461 MW(接近滿功率)。試驗時,60%設計功率運行時間約為250 s,接近滿功率運行時間約300 s[1]。
在1964年5月12日和5月20日,美國在內華達試驗場分別對“TORY Ⅱ-C”進行了兩次地面試驗[1]。試驗中該樣機在接近滿功率情況下連續工作了300 s,最大推力達156 kN。試驗過程中的放射性測量分為兩部分:一部分為試驗過程中,試驗人員進行的試驗場內近距離輻射測量分析[2];另一部分為場外監測,美國原子能委員會(AEC)和美國公共衛生部(PHS)成立了專門的場外放射性安全小組,對內華達試驗場周圍300 km半徑進行了放射性監測[3]。
試驗小組在反應堆運行時,對反應堆周圍的放射性進行了測量,使用多種形式的探測器測量了從反應堆外側壁到183 m(600 ft)距離處攝影掩體范圍的放射性,其中反應堆泄漏的中子注量率和伽馬劑量率隨空間的變化,測量處理結果如表1、表2所示[2]。

表1 TORY Ⅱ-C試驗側向快、熱中子注量率泄露的測量結果(按功率歸一化)Table 1 TORY Ⅱ-C Test Measurement Result of Lateral Leakage of Fast and Thermal Neutron Flux

表2 TORY Ⅱ-C試驗側向光子劑量率測量結果(按功率歸一化)Table 2 TORY Ⅱ-C Test Measurement Result of Gamma Ray Dose Rate
場外放射性安全小組對試驗過程中的場外放射性通過多種手段進行了監測[3],包括:(1)地面監測器10套,用于監測試驗過程中反應堆排放氣體形成的放射性劑量;(2)遠程劑量記錄儀,布置在試驗場周圍16個位置上;(3)飛機空中跟蹤,從空中監測試驗過程中的反應堆放射性氣體排放;(4)膠片襟章劑量計,在試驗場外布置了65處膠片襟章劑量點,并向166個居民分發了膠片襟章劑量計。另外,PHS還在試驗場外進行了遠程空氣、牛奶和水樣測量分析。
在60%功率試驗中,只有一處地面監測器監測到0.2 μSv/h的劑量。約4 h后的植物取樣測量未檢測到放射性。滿功率運行時,距離46 km處的地面監測器監測到0.5 μSv/h的劑量,52 km處的地面監測器監測到<0.5 μSv/h的劑量。遠程劑量記錄儀未監測到超過本底的放射性數據。膠片襟章劑量計也沒有測量到與TORY試驗相關的劑量輻射。空氣抽樣中檢測到了極少量(6.9×10-12Ci/m3)新產生的裂變產物,且僅檢測到133I(半衰期20.8 h)一種裂變核素。
從TORY Ⅱ-C的放射性測量結果可以看出,巡航導彈用核動力發動機周圍近距離的輻射劑量率較大。例如,從表2數據可知,在距離20 m處,在反應堆以461 MW的功率運行時,僅光子劑量率就達到了1.4 Sv/s。但是輻射劑量率隨距離衰減很快,在200 m距離處,該劑量率就比20 m處衰減了超過2個數量級。
另外,短時間的運行,對試驗場外環境的影響很小。TORY Ⅱ-C試驗中反應堆燃料的設計采用UO2+BeO彌散體的形式,未對燃料設置包殼等包容性結構[5]。另外試驗過程中,流經堆芯的空氣直接排放到大氣環境中。在這樣的試驗條件下,從上述監測數據可以看到,經過5分鐘的滿功率運行,對試驗場外環境的影響是幾乎可以忽略的。
核動力巡航導彈在空中飛行時,反應堆形成的劑量需要考慮三方面因素:(1)反應堆堆芯中子、光子泄漏對周圍環境造成的直接輻射劑量;(2)飛行過程中對用于堆芯冷卻的空氣和周圍空氣進行活化,產生的活化產物放射性;(3)反應堆堆內裂變產物的擴散和泄漏。
反應堆泄漏的中子和光子在空氣中形成劑量場,如果有人處在劑量場中會形成放射性危害。由于射線隨空間距離的衰減和空氣對其吸收散射等,中子、光子劑量率隨與反應堆的距離增加而減小。
空氣受反應堆中子輻射后,部分核素會被活化,生成放射性核素??諝饣罨梢苑謨刹糠址治觯?1)從堆芯經過的空氣,雖受較高中子注量率輻照,但活化總量較少;(2)堆芯外部周圍空氣,雖堆芯外中子注量率低,但被輻射活化的空氣總量較大。
v(x) ——導彈飛行至x處的速度,為簡化計算假設導彈按勻速v飛行。
空氣活化的主要反應如下:
(1)空氣中的16O與中子發生(n,p)反應生成16N,其半衰期為7.35 s,在衰變過程中發出6.13 MeV和7.1 MeV兩種不同能量的光子;
其次,經濟發展水平能夠影響基本公共服務水平。經濟發展程度較高的城市,把主要資源投入經濟發展,其基本公共服務水平未必很高。然而,經濟發展水平較低的城市,其基本公共服務水平卻普遍較低。在中國當今的社會經濟發展體制下,經濟發展水平較低的地方,往往會首先把主要資源投入經濟發展,投入對經濟增長拉動較大的項目中,而對于與GDP關系不大的民生類項目的投入則缺乏應有的動力。反過來說,經濟發展水平較低的地區,財政收入也直接制約了各項基本公共服務財政支出的規模。
(2)空氣中的40Ar 與中子發生(n,γ)反應生成41Ar,其半衰期為1.82 h,在衰變過程中釋放一個能量為1.2 MeV的光子;
(3)空氣中的14N與中子與發生(n,p)反應生成14C,其半衰期為5 730年,主要發射低能β粒子。
由于核動力導彈發動機對反應堆重量、體積的限制,采用吸入空氣直接冷卻反應堆的設計形式的可能性較大。反應堆運行過程中如果燃料發生破損,放射性裂變產物可能會發生泄漏,通過冷卻空氣進入大氣環境中,形成較為嚴重的放射性污染。
我國綠色GDP核算體系遲遲未能真正實施,有很多方面的原因,其中有綠色GDP核算的技術問題,也有外部因素的制約。
由于采用空氣直接冷卻的反應堆的特殊性,對其燃料設計和破損率等缺乏有效數據,難以進行較為準確的分析,本次分析中暫時只考慮前兩種放射性來源反應堆中子、光子直接輻射的放射性和空氣活化產物的放射性。
針對上述所說風沙對瀝青路面的各種破壞作用,在路面結構設置時必須采取合理的設置方式,采用相應的處理措施。通過查閱相關資料不難發現,沙基封層的設置可以有效緩解沙漠地區瀝青路面此類病害的發生。二級以上高等級沙漠公路沙基以上應設置封層,本文在基層以上設置下封層,可以有效阻止沙漠路面病害的發生。考慮到一級公路交通量大,且沙漠地區溫度條件惡劣,故表面層選用改性瀝青混凝土面層。
氣吹清掃器技術是在皮帶輸送機頭部卸料處設置氣吹清掃器,利用壓縮空氣由0.8 mm孔徑的氣嘴噴出形成風刀,將黏附在回程皮帶上的細粉硫磺吹掃至料斗,經過溜管進入下游皮帶。其主要存在以下問題:
巡航導彈飛行過程中,反應堆泄漏的中子、光子主要局限在導彈周圍一定距離內。導彈遠離某地之后,反應堆直接泄漏的中子、光子也遠離了該區域。對空氣的活化也是如此,巡航導彈飛過某地之后,反應堆對當地空氣的活化即停止,雖然被活化的核素需要一定時間才能衰變到可忽略的水平。
考慮到巡航導彈的上述特殊性,選擇導彈飛行過程中對其飛行軌跡法向距離r處某點形成的總有效劑量,作為分析對象,對考察核動力巡航導彈的放射性影響具有一定的參考意義。
對于各放射性源項的劑量計算可以參照《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》(GB 18871—2002)[7]中的有效劑量計算方法及轉換因子。該標準和方法主要適用于實踐和干預中人員的防護。
采用該標準中規定的有效劑量計算方法來分析導彈一次飛過某地所形成的有效劑量,并與該標準中的劑量限值進行比較分析。有效劑量的計算公式為:
(1)
式中:Hp(d)——該年內貫穿輻射照射所致的個人劑量當量;
他們也用同樣的方法來分析解決抽血等候的問題。以前,抽血窗口在7點半和8點分別開放。通過測算,他們發現抽血等待時間是最長時段達到30多分鐘;一部分患者來得特別早,導致八九點特別擁擠。專責小組干脆提出,7點開放一個窗口,開始服務;7點半就開放全部窗口。這樣的變革,只是將服務時間向前推移,并不額外增加人力配置和服務時間。運行下來,抽血平均等候時間下降至不到十分鐘,七點到七點半略長一些。
e(g)j,ing、e(g)j,inh——同一期間內g年齡組食入和吸入單位攝入量放射性核素j后的待積有效劑量;
Ij,ing和Ij,inh——同一期間內食入和吸入放射性核素j的攝入量。
對于巡航導彈反應堆而言,公式(1)可以涵蓋反應堆中子、光子的直接貫穿輻射劑量,活化產物射線的貫穿輻射劑量,活化產物的食入和吸入所致個人劑量,可以對需要分析的有效劑量來源進行比較全面的考慮。
n0,i——巡航導彈一次飛行后在其飛行軌跡法向不同距離處生成的活化產物量,Bq/m3;
由于俄羅斯巡航導彈反應堆的技術細節并未公布,可以選用某相似的氣體冷卻核火箭反應堆進行計算。參考俄羅斯KH—101型常規動力巡航導彈的推力需求,可估算得到反應堆的熱功率約為5 MW。假設該導彈以亞音速飛行,飛行速度約為0.7 Ma。

(2)

圖1 導彈飛行過程對其飛行軌跡法向距離r處某點形成的劑量計算示意圖Fig.1 Dose Calculation Method of a Missile to a Point at Distant of r from Its Flight Trace
式中:Ed——直接輻射的有效劑量貢獻,mSv;

值得注意的是,由于“TORY Ⅱ-A”和“TORY Ⅱ-C”運行時間較短,并且陶瓷燃料在美國核動力飛機(ANP)項目中已經進行了測試,美國在進行“TORY Ⅱ-A”和“TORY Ⅱ-C” 地面試驗時,流過反應堆堆芯的空氣都是直接排放到大氣中的[4]。
Akt作為一種絲/蘇氨酸蛋白激酶,是心臟眾多病理、生理信號的重要調節樞紐,控制糖原合成、能量代謝、心肌肌力、心肌細胞存活、心肌正常生長/病理性肥大等過程[54]。Akt信號失控會導致心臟重構甚至最終引起失代償。通過抑制蛋白磷酸酶PHLPP1(Akt的特異性抑制劑)進而激活Akt信號會促進游泳所致的心臟生理性肥大,但會減輕壓力超負荷引起的病理性肥大[55]。本課題組觀察到在容量超負荷后1周,心肌Akt磷酸化程度并不減輕,但在術后2~8周均降低,而在術后2周,心功能尚能維持,提示Akt信號可能在容量超負荷心臟從代償期到心功能不全的過程中起了作用。
對于直接吸入空氣作為冷卻劑的反應堆,受反應堆活化的空氣分為兩部分,反應堆外部空氣與流經反應堆內部的空氣。
對于流經反應堆內部的空氣活化,由于各核素的中子反應截面很小,活化速率與空氣流動速率相關性很小,主要與反應堆內部空氣存量(核子密度)有關。可以根據反應堆內部空氣壓力、溫度計算空氣的核子密度,進而計算得到內部冷卻空氣活化產物的產生速率。
對于導彈飛行過程中,反應堆外部被活化的空氣,暫時只考慮在本地的產生和沉積,不考慮其擴散流動。導彈飛行過程中對其飛行軌跡法向距離r處某點形成的活化產物濃度,計算方法與中、光子直接輻射計算類似,將時間積分轉換為空間積分,通過MCNP程序計算,得到該處導彈飛經一次形成的活化產物濃度。
天氣晴朗、水質良好,小龍蝦活動吃食旺盛宜多投餌,鮮活餌料的日投餌量按體重的8%,高溫、陰雨天氣、發病季節、活動不正常少投餌,提高飼料利用率。
根據GB 18871—2002,對于不同的核素,吸入和食入待積有效劑量的計算有不同的考慮。41Ar屬于惰性氣體,不參與人體新陳代謝,一般不考慮吸入和食入影響,但考慮暴露于惰性氣體受外照射的有效劑量率。成年人或工作人員受41Ar照射時的有效劑量率轉換因子為5.3×10-9(Sv/d)/(Bq/m3),該轉換因子也可使用MCNP建立均勻源分布直接計算得到。16N的半衰期極短,一般不考慮吸入和食入影響,GB 18871—2002中也未給出暴露外照射的有效劑量轉換因子,可以使用MCNP程序建立模型直接計算該轉換因子。14C半衰期較長,如果進入體內會造成長期影響,需考慮食入所致的有效劑量。14C對于成年人的食入單位攝入量所致的待積有效劑量因子為5.8×10-10Sv/Bq。14C的食入途徑一般情況下考慮的是蔬菜或牛奶等食物的攝入,本次按呼吸量進行保守計算,假設空氣吸入速率為20 L/min。
式中:fi——核素i有效劑量率轉換因子,(Sv/d)/(Bq/m3)。

(3)
式中:Ea——活化產物的有效劑量貢獻,mSv;
選用MCNP程序計算反應堆周圍中子、光子注量率和劑量率分布,進而計算得到活化產物生成速率。MCNP程序是國際上著名的通用蒙特卡羅中子-光子輸運程序,可以模擬完整的反應堆結構以及反應堆周圍的空氣環境,并計算核反應率和中子、光子注量率以及反應堆周圍的劑量率等[6]。
ni(t) ——t時刻局部活化產物存量,Bq/m3;
gi——核素i吸入單位攝入量所致的待積有效劑量因子,Sv/Bq;
Iin——單位時間的吸入氣體體積,m3/s;
λi——核素i的衰變常數,s-1。
對于主要考慮暴露外照射的活化產物,如41Ar、16N,如果忽略活化產物的濃度梯度,只考慮局部活化產物濃度對有效劑量貢獻,可以按下式計算:
(4)
對于攝入內照射和暴露外照射兩種情況,需要通過不同的方法進行分析。如果暫時只考慮活化產物在本地的產生和沉積,不考慮其擴散流動,對于主要影響為攝入后內照射的活化產物,如14C,其有效劑量貢獻只與局部活化產物濃度有關。考慮巡航導彈飛過后活化產物的衰變,其有效劑量貢獻可按下式進行計算:
但是考慮到活化產物,如41Ar、16N衰變產生的光子能量都較高,在空氣中可以輸運較遠的距離,所以只考慮局部活化產物濃度對有效劑量貢獻不夠全面。如果利用GB 18871—2002中給出的劑量轉換因子,或使用MCNP建立均勻模型計算出的劑量轉換因子,直接計算活化產物濃度對有效劑量的貢獻存在較大誤差。
可以在計算出活化產物濃度分布后,使用MCNP建立r-z幾何模型,利用固定源近似模擬活化產物核素隨軌跡法向上的濃度梯度分布,建立全局模型計算出導彈飛行軌跡法向不同距離處的劑量。
利用MCNP程序對反應堆建模計算,堆芯結構模型圖如圖2所示。堆芯活性區外為堆容器與10 cm反射層,模型中未考慮發動機及導彈外殼等結構,這樣得到的外部劑量計算結果相對保守。計算時為保證外部空間計算結果的準確性,MCNP模擬堆芯臨界源中子數40 000(中子/代)×1 500(代)=6×107中子,并使用幾何分裂與輪盤賭的減方差技巧,確保堆芯遠距離處計算結果統計誤差小于5%。計算得到反應堆堆芯內外的中子注量率分布如圖3所示。根據式(2),計算得到的中子、光子直接輻射劑量貢獻隨與導彈飛行軌跡法向距離r的分布如圖4所示。

圖2 MCNP程序堆芯建模Fig.2 Model of Reactor Core by MCNP

圖3 反應堆徑向中子注量率分布(功率歸一)Fig.3 Neutron Flux Spatial Distribution of the Reactor

圖4 反應堆隨導彈飛行過程中形成的中子、光子直接輻射劑量分布Fig.4 Dose of Neutron and Photon Direct Radiation of the Reactor When Flying with a Missile
根據巡航導彈發動機進出口溫度壓力等條件,通過理想氣體狀態方程即可估算得到反應堆內部空氣核子密度,然后采用MCNP程序計算得到反應堆內部冷卻空氣活化產物的產生速率。堆外空間空氣的活化產物產率同樣可以采用MCNP直接計算得到。計算結果如表3所示。由于反應堆內部空間較小,空氣量較少,活化產物的產生速率與堆外空間相比幾乎可以忽略,在計算導彈飛行軌跡法向距離r處位置的有效劑量時,是否疊加堆內空氣的活化影響不大。

表3 反應堆內外空氣活化產物產生率Table 3 Production Rates of Air Activation Productions Outside of the Reactor
依據3.5節的方法,巡航導彈從空中飛行一次飛行軌跡法向不同距離處空氣的活化產物量計算結果見表4所示。

表4 巡航導彈一次飛行在其飛行軌跡法向不同距離處的活化產物量Table 4 Air Activation Productions of one Flight of a Cruise Missile at Different Distance Points from Its Trace
利用公式(3)及GB 18871—2002中給出14C對于成年人的食入單位攝入量所致的待積有效劑量因子,即可計算出14C在軌跡法向不同距離處的有效劑量貢獻,參見表5。
C語言作為一門多數工科類學生必修的計算機語言類課程,被多數高校師生所推崇。通過學習C語言,可以掌握程序設計的基本知識,了解一些通用的計算機算法,培養學生對計算機編程的興趣,養成良好的編程習慣,同時培養學生能夠使用計算機思維去思考和解決專業上所遇到的實際問題。
如3.5節所述,對于主要考慮暴露外照射的活化產物41Ar、16N,需要考慮導彈飛行軌跡法向不同距離處的濃度梯度。在計算出表4活化產物濃度分布后,使用MCNP建立r-z幾何模型,通過固定源描述近似模擬活化產物形成的光子源分布,計算出飛行軌跡法向不同距離處的有效劑量貢獻,結果如表5所示。

表5 巡航導彈飛行軌跡法向不同距離處各活化產物的有效劑量貢獻Table 5 Effective Dose of Air Activation Productions at Different Distance Points from the Cruise Missile Trace
從表5與圖3的對比可以看出,對于巡航導彈反應堆,中子、光子的直接輻射劑量遠大于空氣活化產物的劑量。這是因為活化產物是空氣受反應堆中子、光子輻射后產生的放射性物質,屬于次一級產物。但是,空氣活化產物的劑量具有與中子、光子的直接輻射劑量不同的特性,會形成放射性“痕跡”,在巡航導彈飛過后依然會存留一段時間。
根據公式(1)綜合考慮中子、光子的直接輻射劑量,空氣活化產物的浸沒外照射、吸入劑量貢獻等,巡航導彈一次飛行在其飛行軌跡法向不同距離處形成的有效劑量計算結果如表6所示。
(2)穩態神經網絡辨識法。在相同的漿種、設備的條件下,建立x1、x2、x3這3個主導輸入與狀態參數y1、y2的穩態神經網絡模型,如式(2)所示:

表6 巡航導彈一次飛行在其飛行軌跡法向不同距離處的有效劑量Table 6 Effective Dose of one Flight of a Missile at Different Distance Points from Its Trace
對于推算的以5 MW反應堆為動力的俄巡航導彈,中子、光子的直接輻照劑量遠大于空氣活化核素的劑量。如果不考慮燃料裂變產物的泄漏,導彈從空中飛行一次形成的有效劑量,在與其飛行軌跡法向距離大于80 m后,將低于50 mSv的工作人員一年劑量限值。
另外,結合上述計算分析,提出如下建議。
(1)由于導彈對反應堆重量體積的限制,屏蔽相對較差,在近距離內放射性較強。在體積質量允許的條件下,可以考慮增加一定厚度的輕質屏蔽,降低其放射性影響。
(2)對于不同類型的巡航導彈,可以根據具體的設計結構和堆芯裝載等,利用上述方法,進行更為具體和準確的分析。
(3)反應堆中子、光子直接輻照形成的放射性與空氣活化形成的放射性可以在較短時間內消除。如果燃料發生破損,造成一定量的燃料裂變產物泄漏,會造成長期的較為嚴重的放射性影響。為降低這種情況發生的概率,對巡航導彈反應堆應盡量采用包容性強的燃料設計,降低放射性產物釋放概率。