田灣核電站1、2號(hào)機(jī)組操作干預(yù)水平OIL1、OIL2的確定

(江蘇核電有限公司,江蘇 連云港 222000)

核事故一般可分為三個(gè)階段，即早期、中期和后期。事故時(shí)可針對(duì)各發(fā)展階段的不同特點(diǎn)采取相應(yīng)的防護(hù)措施。防護(hù)行動(dòng)一般包括隱蔽、撤離、服碘、臨時(shí)性避遷、永久性再定居以及食物及飲用水限制。當(dāng)核電站發(fā)生核事故時(shí)，電站可通過操作干預(yù)水平(簡(jiǎn)稱“OIL”)來確定場(chǎng)外公眾防護(hù)行動(dòng)。操作干預(yù)水平實(shí)際是將周圍環(huán)境劑量率和標(biāo)記核素(131I、137Cs)活度濃度作為采取防護(hù)行動(dòng)的指標(biāo)值。核事故發(fā)生時(shí)，大量放射性核素釋放到環(huán)境中，如果通過環(huán)境測(cè)量?jī)x器得到的監(jiān)測(cè)結(jié)果達(dá)到了操作干預(yù)水平，應(yīng)當(dāng)考慮采取相應(yīng)的防護(hù)行動(dòng)。

田灣核電站1、2號(hào)機(jī)組早期使用的操作干預(yù)水平為2005年發(fā)布的，其技術(shù)路線主要參照IAEA-TECDOC-955中的計(jì)算方法制定的，但制定過程未充分考慮田灣核電站機(jī)組設(shè)計(jì)特點(diǎn)以及廠址環(huán)境特征。另外田灣核電站已實(shí)施了長(zhǎng)周期換料，機(jī)組一回路總源項(xiàng)以及各典型事故的源項(xiàng)發(fā)生了變化，早期確定的操作干預(yù)水平默認(rèn)值也需要重新論證(見表1)。操作干預(yù)水平共有9條(見表2)，確定適合于廠址和設(shè)施特征(事故源項(xiàng)、氣象條件等)的OIL值，特別是用于事故早期行動(dòng)的OIL1和OIL2，有助于在事故早期快速作出決策，也是核電廠在核事故初期情況下提出公眾防護(hù)建議的主要依據(jù)之一。

表1(A) 田灣核電站1、2號(hào)機(jī)組原有操作干預(yù)水平(OIL)默認(rèn)值

表2 IAEA給出核電站事故工況下OIL的缺省值

適用條件：低架釋放；用于距釋放源1～3 km距離范圍，亦可偏安全地用于3～5 km距離范圍；預(yù)期煙羽照射時(shí)間4 h；無降水。

表1(B) 田灣核電站1、2號(hào)機(jī)組原有操作干預(yù)水平(OIL)默認(rèn)值

適用條件：低架和高架釋放；用于距釋放源約5～10km距離范圍，亦可近似用于10～25km距離范圍；預(yù)期煙羽照射時(shí)間4小時(shí)；無降水。

1 田灣核電站廠址氣象條件的分析

田灣核電站廠址地處江蘇省淮河-蘇北灌溉總渠一線以北的徐淮地區(qū)，為北溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)。氣候基本特征是季風(fēng)氣候顯著：冬冷夏熱，四季分明，具有海洋性和大陸性氣候雙重特點(diǎn)。

廠址所在區(qū)域的天氣條件是由于高空天氣系統(tǒng)如東亞大槽、西太平洋副熱帶高壓等和地面天氣系統(tǒng)如氣旋、冷鋒等活動(dòng)造成的，而常年氣候特征基本上由大氣環(huán)流決定。

1.1 降雨量

廠址區(qū)域雨日的季節(jié)分布為夏季最多，冬季最小，春秋居中。根據(jù)2017年1月至2018年12月兩整年的氣象塔梯度觀測(cè)數(shù)據(jù)以及地面站觀測(cè)數(shù)據(jù)，廠址兩年降水量分布為927.3 mm、648.3 mm。觀測(cè)期間2018年7月23日降水量最多，為90.3 mm，2017年7月降水量最小，為0.9 mm。

1.2 廠址地區(qū)風(fēng)向及風(fēng)速統(tǒng)計(jì)

廠區(qū)氣象觀測(cè)系統(tǒng)觀測(cè)期間(2017年1月至2018年12月)10 m、30 m、70 m和100 m全年的風(fēng)頻和平均風(fēng)速進(jìn)行分析，可以得出鐵塔氣象站10 m層、30 m層、70 m層、100 m層最多風(fēng)向均為NNE-ENE方位，風(fēng)向頻率分別為29.84%、30.46%、28.25%和28.99%；10 m層和30 m層的次多風(fēng)向?yàn)閃SW-WNW，風(fēng)向頻率分別為25.63%和25.04%；70 m層次多風(fēng)向?yàn)镾SW-WNW，風(fēng)向頻率為27.42%；100 m層的次多風(fēng)向?yàn)镾W-W，風(fēng)向頻率為24.26%。

田灣核電站廠區(qū)鐵塔氣象站各層的年平均風(fēng)速分別為：10 m層為2.7 m/s；30 m層為3.5 m/s；70 m層為4.1 m/s；100 m層為4.4 m/s。

平均風(fēng)速隨高度的增加而增大，100 m層和10 m層年平均風(fēng)速差為1.7 m/s，是10 m層年均風(fēng)速的63%。

廠址地區(qū)10 m層、30 m層、70 m層、100 m層全年靜風(fēng)頻率分別為2.66%、1.92%、 2.88%和2.21%。

1.3 聯(lián)合頻率

按照《核電廠廠址選擇的大氣彌散問題》(HAD101/02)導(dǎo)則要求，在聯(lián)合頻率統(tǒng)計(jì)中，風(fēng)向分16個(gè)方位，靜風(fēng)風(fēng)向延續(xù)前一時(shí)刻風(fēng)向。將風(fēng)速劃分為6級(jí)，即：風(fēng)速小于0.5 m/s按靜風(fēng)處理，作為第一級(jí)風(fēng)速；0.5～1.9 m/s為第二級(jí)風(fēng)速；2.0～2.9 m/s為第三級(jí)風(fēng)速；3.0～4.9 m/s為第四級(jí)風(fēng)速；5.0～5.9 m/s為第五級(jí)風(fēng)速；大于6.0 m/s為第六級(jí)風(fēng)速。

田灣核電站廠區(qū)鐵塔氣象站2017年1月至2018年12月按照Pasquill六類大氣穩(wěn)定度統(tǒng)計(jì)得到的風(fēng)向、風(fēng)速、大氣穩(wěn)定度聯(lián)合頻率分布。統(tǒng)計(jì)結(jié)果分別按有雨和無雨、有雨、無雨三種情況給出。得到廠址地區(qū)各穩(wěn)定度所占比例分別為：A類：0.84%;B類：1.44%;C類：3.10%;D類：69.96%;E類：20.36%;F類：4.31%。

1.4 混合層高度

中國(guó)輻射防護(hù)研究院曾于1997年夏季和冬季為田灣一期工程在廠址一帶開展過短期低空探測(cè)，用干絕熱上升法由逐一探空溫度廓線和地面溫度確定各時(shí)刻混合層高度的平均值。夏季正午前后混合層達(dá)到最高，冬季混合層高度異常低。究其原因是夜間和早晚時(shí)分貼地層或是逆溫或是近等溫。

利用射陽探空站的1991年至1995年和2001年至2005年逐日的早8時(shí)探空和當(dāng)日最高氣溫觀測(cè)資料確定的最大混合層高度，結(jié)果顯示兩組數(shù)據(jù)確定的最大混合層年高度比較接近，年平均值分別為911 m和925 m。

參照GB/T3840-91《制定地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法》推薦的中性穩(wěn)定度混合層高度計(jì)算公式的中性穩(wěn)定度的混合層高度775 m。

根據(jù)采用探空資料得到的最大混合層高度和采用GB/T 3840—91推薦的中性穩(wěn)定度混合層高度計(jì)算公式的計(jì)算結(jié)果，又根據(jù)這些混合層高度特征值的大小范圍及大氣邊界層越不穩(wěn)定混合層發(fā)展越旺盛的一般概念，綜合考察上列數(shù)據(jù)，給出正常工況評(píng)價(jià)的混合層高度取800 m(A、B類穩(wěn)定度)，和600 m(C、D類穩(wěn)定度)，該取值是偏保守和合理的。

1.5 擴(kuò)散參數(shù)

田灣核電站廠址區(qū)域擴(kuò)散參數(shù)的測(cè)量采用了SF6示蹤實(shí)驗(yàn)、鐵塔湍流測(cè)量和風(fēng)洞室內(nèi)模擬三種方法。對(duì)上述三種獲得的中性天氣(D類)橫向擴(kuò)散參數(shù)和縱向擴(kuò)散參數(shù)隨下風(fēng)距離變化的曲線進(jìn)行比較，可知三種方法得出的σy值(擴(kuò)散質(zhì)點(diǎn)隨濃度中心軸距離的濃度分布的均方差，是大氣擴(kuò)散能力的度量)吻合得很好，對(duì)于σz而言，SF6實(shí)驗(yàn)結(jié)果與湍流測(cè)量結(jié)果幾乎一致。因此，鑒于P-G擴(kuò)散參數(shù)在IAEA《安全叢書》50-SG-S3和HAD101/02中均有推薦，且已廣泛應(yīng)用于核電站氣載放射性流出物大氣彌散計(jì)算，因此，其擴(kuò)散參數(shù)具有較為普遍的適用性，結(jié)合多個(gè)核電站廠址大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn)，田灣核電站一期工程推薦采用P-G擴(kuò)散參數(shù)曲線進(jìn)行大氣彌散估算。

1.6 田灣核電站廠址典型氣象條件

降水類型的劃分為無降水、小雨、中雨、大雨，其中對(duì)有降雨時(shí)的降雨量劃分，按InterRAS分為小雨(<2.54 mm/h)、中雨(2.54～7.62 mm/h)、大雨(> 7.62 mm/h)三類情況來處理。根據(jù)田灣核電站廠址2017年1月到2018年12月兩整年逐時(shí)觀測(cè)資料，統(tǒng)計(jì)出各降水類型的概率如表3所示?？梢钥闯觯餅澈穗姛o降水情況占大多數(shù)，在降雨情況下小雨占大部分，而中雨和大雨總共只占0.90%。同時(shí)考慮到采用小雨作為降雨情況的代表是偏保守的，因此在田灣核電操作干預(yù)水平速查手冊(cè)中對(duì)降雨類型的考慮分為無降水和有降雨兩種情況。

表3 田灣核電站廠址降雨類型出現(xiàn)概率Table 3 The occurrence probability of rainfall type atTianwan nuclear power plant site

同時(shí)統(tǒng)計(jì)出各降雨類型下穩(wěn)定度-風(fēng)速聯(lián)合頻率見表4。

表4 田灣核電站廠址風(fēng)速-雨量-穩(wěn)定度聯(lián)合頻率(%)

從上表可以看出，田灣核電站廠址無降水、風(fēng)速級(jí)在2～4 m/s、D類穩(wěn)定度出現(xiàn)概率最高，為26.44%。因此，田灣核電站OIL1和OIL2性質(zhì)分析中考慮的典型氣象條件為：無降水、D類穩(wěn)定度、風(fēng)速級(jí)為2～4 m/s、混合層高度600 m。

2 田灣核電站設(shè)計(jì)特點(diǎn)及引用技術(shù)路線的分析

2.1 放射性源項(xiàng)

核電廠的各類放射性物質(zhì)均源于反應(yīng)堆燃料芯塊內(nèi)的鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)。正常運(yùn)行工況下裂變產(chǎn)生的放射性裂變產(chǎn)物絕大部分都包容在燃料元件的包殼內(nèi)，只有極少量的裂變產(chǎn)物通過燃料棒包殼缺陷泄漏到一回路冷卻劑中；同時(shí)裂變產(chǎn)生的中子使一回路冷卻劑、硼酸和其它結(jié)構(gòu)材料及其腐蝕產(chǎn)物受到激活而產(chǎn)生活化產(chǎn)物。這些泄漏出的裂變產(chǎn)物和一回路冷卻劑中的活化產(chǎn)物形成反應(yīng)堆冷卻劑中的放射性源。它們通過冷卻劑的凈化、蒸汽發(fā)生器傳熱管束的泄漏等將放射性物質(zhì)轉(zhuǎn)移到核輔助系統(tǒng)和二回路系統(tǒng)。

2.2 典型嚴(yán)重事故源項(xiàng)

田灣核電站1、2號(hào)機(jī)組操作干預(yù)水平的估算，考慮典型的嚴(yán)重事故研究成果，包括壓水堆核電機(jī)組美國(guó)《反應(yīng)堆安全研究》(WASH-1400)確定的PWR1～PWR9九種放射性釋放類，結(jié)合田灣核電站最終安全分析報(bào)告中的嚴(yán)重事故源項(xiàng)，同時(shí)選取典型設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故源項(xiàng)。

根據(jù)田灣核電站一期工程《環(huán)評(píng)報(bào)告》，各類設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故中主蒸汽管斷裂和蒸汽發(fā)生器一根傳熱管破口事故(MSLB)后果最嚴(yán)重，選擇該事故作為典型設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故。

根據(jù)田灣核電站1、2號(hào)機(jī)組最終安全分析報(bào)告，采用大破口失水事故疊加全廠24 h斷電事故(LLOCA+SBO)作為確定田灣核電站操作干預(yù)水平的嚴(yán)重事故源項(xiàng)。

3 田灣核電站OIL1和OIL2初始設(shè)定值計(jì)算

OIL1和OIL2用于核事故早期階段，作為給出是否采取相應(yīng)緊急防護(hù)行動(dòng)建議的參考。為了確定更合理的操作干預(yù)水平初始設(shè)定值，采用InterRAS程序?qū)μ餅澈穗娬?、2號(hào)機(jī)組不同典型嚴(yán)重事故源項(xiàng)及各類環(huán)境特征下的估算OIL1和OIL2初始設(shè)定值。

3.1 田灣核電站OIL1特征分析

根據(jù)1.6中確定的典型氣象條件，可以計(jì)算出各典型釋放類時(shí)OIL1隨距離的變化情況，如表5所示。

表5 OIL1隨釋放類和距離的變化情況

MSLB為田灣核電站一期工程設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故，本報(bào)告中將不根據(jù)本事故指導(dǎo)田灣核電站1、2號(hào)機(jī)組核事故應(yīng)急期間操作干預(yù)水平的推薦值選取。

可以看出，在典型氣象條件，12個(gè)換料和18個(gè)換料條件下，根據(jù)各典型嚴(yán)重事故源項(xiàng)的OIL1計(jì)算值隨距離的變化特征均表現(xiàn)為隨距離的增加而增大。同時(shí)各距離上OIL1的平均值隨典型嚴(yán)重事故源項(xiàng)的變化較大。

根據(jù)在典型氣象條件下各典型嚴(yán)重事故源項(xiàng)OIL1計(jì)算值在各距離上的平均值，保守推薦，在田灣核電站1、2號(hào)機(jī)組核事故應(yīng)急期間，事故釋放特征不清楚的情況下，12個(gè)月?lián)Q料條件下，各典型事故計(jì)算出的OIL1的平均值最小值為0.52 mSv/h，絕大數(shù)情況下計(jì)算出的OIL1的值大于最小平均值0.52 mSv/h，考慮能夠包絡(luò)大多數(shù)的限值，對(duì)OIL1推薦缺省值取0.5 mSv/h，能夠包絡(luò)；18個(gè)月?lián)Q料條件下，各典型事故計(jì)算出的OIL1的平均值最小值為0.5 mSv/h，絕大數(shù)情況下計(jì)算出的OIL1的值大于最小平均值0.5 mSv/h，考慮能夠包絡(luò)大多數(shù)的限值，對(duì)OIL1推薦缺省值取0.5 mSv/h。

3.2 田灣核電站OIL2特征分析

根據(jù)2.6中確定的典型氣象條件，可以計(jì)算出各典型釋放類時(shí)OIL2隨距離的變化情況，如表6所示。

表6 OIL2隨釋放類和距離的變化情況Table 6 OIL2 with release class and distance

可以看出，在典型氣象條件，12個(gè)換料和18個(gè)換料條件下，根據(jù)各典型嚴(yán)重事故源項(xiàng)的OIL2計(jì)算值隨距離的變化特征均表現(xiàn)為隨距離的增加而增大。各距離上OIL2的平均值隨典型嚴(yán)重事故源項(xiàng)的變化較大。

根據(jù)在典型氣象條件下各典型嚴(yán)重事故源項(xiàng)OIL2計(jì)算值在各距離上的平均值，保守推薦，在田灣核電站1、2號(hào)機(jī)組核事故應(yīng)急期間，事故釋放特征不清楚的情況下，結(jié)合IAEA推薦值，12個(gè)月?lián)Q料條件下，各典型事故計(jì)算出的OIL2的平均值最小值為0.05 mSv/h，絕大數(shù)情況下計(jì)算出的OIL2的值大于最小平均值0.05 mSv/h，考慮能夠包絡(luò)大多數(shù)的限值，對(duì)OIL2推薦缺省值取0.05 mSv/h；18個(gè)月?lián)Q料條件下，各典型事故計(jì)算出的OIL2的平均值最小值為0.05 mSv/h，絕大數(shù)情況下計(jì)算出的OIL2的值大于最小平均值0.05 mSv/h，考慮能夠包絡(luò)大多數(shù)的限值，對(duì)OIL2推薦缺省值取0.05 mSv/h。

4 結(jié)論

通過對(duì)田灣核電站1、2號(hào)機(jī)組典型事故源項(xiàng)及結(jié)合壓水堆核電機(jī)組美國(guó)《反應(yīng)堆安全研究》(WASH-1400)中事故源項(xiàng)的分析，并對(duì)田灣核電站廠址地區(qū)環(huán)境參數(shù)的分析結(jié)果，確定典型氣象條件，針對(duì)不同事故情況下，OIL1和OIL2推薦缺省值匯總?cè)缦?，見?、表8。

表7 事故情景不明確OIL1和OIL2推薦缺省值

表8 事故工況明確OIL1和OIL2推薦缺省值