聚變堆放射性核素的環(huán)境遷移與公眾后果研究.pdf

1、氘氚聚變反應(yīng)在實(shí)現(xiàn)能量自持方面需要最低的聚變?nèi)胤e，因而被認(rèn)為是能夠率先實(shí)現(xiàn)商業(yè)聚變能的聚變反應(yīng)。氘氚聚變反應(yīng)也帶來(lái)了特殊的放射性安全問(wèn)題:一方面氚具有放射性，另一方面聚變反應(yīng)產(chǎn)生的中子和材料發(fā)生活化反應(yīng)，產(chǎn)生放射性活化產(chǎn)物。以國(guó)際聚變堆ITER為例，整個(gè)聚變系統(tǒng)內(nèi)的最大氚盤存量約4 kg，其中真空室內(nèi)最大可移動(dòng)的放射性物質(zhì)分別為1 kg氚和1000 kg活化粉塵。放射性物質(zhì)的潛在環(huán)境釋放會(huì)影響公眾健康，大量級(jí)的釋放還可能導(dǎo)致公眾急性死

2、亡。因此，聚變堆放射性物質(zhì)釋放的環(huán)境和公眾影響是制約未來(lái)聚變能發(fā)展的重要因素。
　　鑒于氚的環(huán)境遷移和生物代謝特性，本文針對(duì)聚變堆在正常運(yùn)行和事故狀態(tài)下混合氚源（HT和HTO）的環(huán)境釋放，在FDS團(tuán)隊(duì)多年深入研究開發(fā)的TAS2.0基礎(chǔ)上，建立了氚大氣彌散模型、土壤遷移模型、生物代謝模型和劑量計(jì)算模型。同時(shí)根據(jù)個(gè)體受輻照劑量和急性死亡、癌癥發(fā)生率的關(guān)系，最后實(shí)現(xiàn)了氚釋放的環(huán)境遷移和公眾健康評(píng)價(jià)。并開展了國(guó)際知名程序UFOTRI、AC

3、UTRI和HotSpot的子模塊測(cè)試，IAEA-EMRAS-WG7框架協(xié)議例題的集成測(cè)試，及加拿大大氣HT釋放實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，為聚變堆氚釋放的環(huán)境遷移和公眾后果評(píng)價(jià)提供了一套合理、準(zhǔn)確的模型。
　　其次，基于模型程序，對(duì)聚變堆在正常運(yùn)行和事故狀態(tài)下氚釋放的環(huán)境遷移規(guī)律和公眾劑量進(jìn)行模擬分析，并對(duì)聚變堆的氚釋放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行討論和建議。正常運(yùn)行時(shí)，評(píng)估了ITER類型聚變堆正常運(yùn)行的公眾劑量，結(jié)果表明，ITER類型聚變堆正常運(yùn)行的公眾輻射劑

4、量遠(yuǎn)低于輻射劑量限值，甚至低于豁免水平。因此，從輻射防護(hù)的角度，未來(lái)聚變堆的氚排放標(biāo)準(zhǔn)建議在ITER氚排放標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上適當(dāng)放寬，約一個(gè)量級(jí)。事故狀態(tài)下，對(duì)單位氚瞬態(tài)釋放后，環(huán)境中的氚濃度和公眾個(gè)人劑量進(jìn)行評(píng)估分析，同時(shí)參考中國(guó)和ITER對(duì)事故分類、對(duì)應(yīng)的劑量限值的規(guī)定，對(duì)聚變堆不同事故狀態(tài)下的最大允許氚釋放源項(xiàng)進(jìn)行反推，從輻射防護(hù)角度闡述聚變堆的最大允許氚釋放源項(xiàng)參考數(shù)據(jù)。
　　最后，考慮到歷史上兩次7級(jí)裂變核事故對(duì)環(huán)境和公眾造成的

5、嚴(yán)重后果，對(duì)聚變堆假想事故在保守釋放和環(huán)境狀況下的環(huán)境和公眾后果進(jìn)行評(píng)價(jià)。主要從事故描述、放射性釋放源項(xiàng)、公眾個(gè)人劑量、致死區(qū)域和環(huán)境恢復(fù)時(shí)間等角度進(jìn)行系統(tǒng)性評(píng)價(jià)，此外，考慮到中國(guó)積極的核能政策和人口密度大的國(guó)情，基于中國(guó)某沿海核電廠址周邊80 km內(nèi)的人口分布數(shù)據(jù)，對(duì)假想事故導(dǎo)致的公眾急性死亡、急性癌癥率進(jìn)行評(píng)價(jià)。為進(jìn)一步從環(huán)境和公眾后果角度闡述聚變堆的安全特性，分別與兩次7級(jí)裂變核事故的環(huán)境釋放源項(xiàng)在同等環(huán)境狀況下的公眾后果進(jìn)行對(duì)比