某核燃料循環(huán)火災(zāi)事故研究裝置及初步研究成果介紹

摘 要：火災(zāi)事故作為核燃料循環(huán)設(shè)施典型事故，是國際核燃料循環(huán)安全領(lǐng)域研究的焦點。中國輻射防護研究院目前建有小、中、大三個尺度的核燃料循環(huán)火災(zāi)事故放射性源項研究裝置。小尺度裝置為200 L 圓柱體燃燒艙室，主要用于可燃物基礎(chǔ)參數(shù)測試;中尺度裝置和大尺度裝置分別為20 m3 、120 m3 長方體燃燒艙室，主要用于開展可燃物燃燒速率、溫度分布、放射性氣體與氣溶膠釋放份額、核素釋放份額和過濾效率等科學(xué)研究。重點對三套裝置各自的特征和研究能力進行總結(jié)，結(jié)合國際研究熱點提出了進一步研究計劃。

關(guān)鍵詞：核燃料循環(huán);火災(zāi)事故;實驗裝置;放射性源項

中圖分類號：TL249;TL73 文獻標(biāo)識碼：A

核燃料循環(huán)前、后端工藝中用到許多可燃、易燃物質(zhì)，以液態(tài)、固態(tài)和氣態(tài)形式存在，其中往往含有大量的放射性核素或者被放射性物質(zhì)污染。一旦發(fā)生火災(zāi)，可能使得人員、公眾和環(huán)境受到放射性危害。因此，國際核燃料循環(huán)安全研究領(lǐng)域通常將火災(zāi)事故作為典型事故之一。國際社會已投入大量的人力、物力及財力來開展核燃料循環(huán)設(shè)施火災(zāi)事故研究，并積累了大量的理論和實驗研究成果，進而提升了核燃料循環(huán)設(shè)施總體安全水平和先進性。目前，國際先進實驗室均建立了專門用于開展核燃料循環(huán)火災(zāi)事故研究的實驗設(shè)施[1-6] 。美國西北太平洋實驗室（ PNNL） 早期于20 世紀(jì)80 年代利用RART 設(shè)施（ radioactiveaerosol release tank）模擬小型設(shè)備室固體、液體可燃物燃燒，RART 是20 m3 不銹鋼圓柱體艙室，能夠?qū)崿F(xiàn)燃燒速率、氣體和氣溶膠釋放速率和份額、氣溶膠特性、溫度分布等參數(shù)測試[7] ;2014 年，法國核安全研究所（IRSN）利用0. 06 m3 立方體燃燒艙室開展核設(shè)施可燃物燃燒釋放的氣溶膠的物理化學(xué)特性研究， 利用1 m3 BANCO （ Banc deColmatage）測試裝置、120 m3 （3 個艙室） 大尺度DIVA 設(shè)施開展了高效過濾器阻塞機制研究[8-9] 。法國卡達拉奇核研究中心更早于1983 年開展池火測試，利用316 L 圓柱體不銹鋼小尺度燃燒艙室和400 m3 長方體混凝土大尺度實驗設(shè)施測試有機溶劑著火釋放的放射性核素份額等安全相關(guān)數(shù)據(jù)[10] 。德國卡爾斯魯厄早期于1989 年實驗研究手套箱著火導(dǎo)致放射性氣溶膠釋放事故，利用約170 m3 混凝土艙室測試釋放的放射性氣溶膠粒徑和輸運距離等參數(shù)[11] ;日本原子能研究所早期利用20 m3 圓柱體艙室、6 m3 圓柱體艙室和連接管道組成的大尺度實驗設(shè)施開展后處理設(shè)施有機溶劑火災(zāi)事故研究，并測試通排風(fēng)系統(tǒng)過濾效率等參數(shù)[2-3] 。2016 年， Takuya Ono 等人利用FSEA（fire source-term evaluation experiment apparatus）開展高效過濾器阻塞機制和揮發(fā)性核素釋放行為研究，F(xiàn)SEA 由50 L 石英燃燒艙室、高效過濾器單元和通排風(fēng)及采樣管道組成[12] 。

目前，中國輻射防護研究院（CIRP）已建立了小、中和大三個尺度的核燃料循環(huán)火災(zāi)事故放射性源項研究裝置。小尺度設(shè)施為200 L 圓柱體燃燒艙室，主要用于可燃物基礎(chǔ)參數(shù)測試;中尺度裝置和大尺度裝置分別為20 m3 、120 m3 長方體燃燒艙室，主要用于開展可燃物燃燒速率、溫度分布、放射性氣體與氣溶膠釋放份額、核素釋放份額和過濾效率等方面研究。上述三套實驗裝置能夠滿足大部分核燃料循環(huán)設(shè)施火災(zāi)事故研究，能夠開展不同類型可燃物著火行為、放射性氣溶膠特征、高效過濾器效率等重要安全參數(shù)測試，為核燃料循環(huán)設(shè)施火災(zāi)事故預(yù)防措施和緩解對策改進提供數(shù)據(jù)支持，也為精確地評估事故對應(yīng)急處置人員、公眾和環(huán)境輻射影響提供依據(jù)，為核燃料循環(huán)設(shè)施安全分析提供手段，提升核燃料循環(huán)設(shè)施總體安全水平和先進性。