CN105373665A - 获取用于核电站辐射仿真系统的多核素等效参数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及核反应堆工程技术领域，特别涉及一种获取用于核电站辐射仿真系统的多核素等效参数的方法。本发明从基本的核素衰变理论出发，经过推理和计算，获得适用于多核素等效为单一核素的精确计算方法，即给等效核素赋予两个等效常数，一个等效常数用于描述原子核数的衰减概率，另一个等效常数用于描述放射性活度衰减的动态特性，同时考虑了具有任意运行历史的核反应堆源项数据和影响核素等效参数的时间因素，并对仿真问题的时间跨度可采用分段等效或整段等效，从而获得了用于核电站辐射仿真系统的多核素等效参数，使辐射仿真更加精确。

Description

获取用于核电站辐射仿真系统的多核素等效参数的方法

技术领域

本发明属于核反应堆工程技术领域，具体地涉及一种获取用于核电站辐射仿真系统的多核素等效参数的方法。

背景技术

核电站模拟机是核电站设计验证、系统研究分析以及操作员培训的重要工具。核电站最大的特点是运行时会产生放射性物质。因此，核电站设计和运行的首要问题，是保证放射性物质得到控制，防止辐射物质的泄漏和扩散。在核电站模拟机上实现对放射性物质泄漏状态及输运迁移的准确仿真，能为核电站的设计和改进提供有效的参考依据，也能为操作员的培训提供正确的放射性信息，间接保障核电站的安全。

然而，目前大部分模拟机辐射监测系统对事故工况下的核电厂辐射仿真存在较大的偏差。究其原因，一方面是对不同事故状态下反应堆的运行经验数据不足甚至缺失，另一方面是辐射监测系统的仿真建模方法尚存在不足之处。相应的仿真建模方法包括相关的电站系统模型、物理机理模型以及多核素等效参数获取方法。

在建立辐射监测仿真系统的时候人们往往重视电站系统模型及物理模型，而忽视多核素等效为单一核素的等效参数的获取。多核素等效为单一核素是核电模拟机实现工程模型简化和运行实时性要求的必要手段。先前因各核素衰变动态特性各不相同，导致情况复杂难以精确量化，故而往常人们会凭借工程经验人为地选取一个所属核素类中占辐射源项比重大且半衰期较长的核素作为该类核素的等效代表核素，并在等效参数上做一些人为的变更。这种等效参数并没有详细定量地考虑各个核素的具体比重，也没有考虑到与核素等效密切相关的时间因素，因此具有较大的随意性、不确定性或偏差，从而给模拟机辐射监测系统的仿真精度带来显著的影响。此外，还存在某一电站的核素等效参数不能直接用作另一电站的核素等效参数的问题。

发明内容

本发明的目的在于为解决上述问题而提供一种等效精度高、适用性广且使用方便的获取用于核电站辐射仿真系统的多核素等效参数的方法。

为此，本发明公开了一种获取用于核电站辐射仿真系统的多核素等效参数的方法，包括

S10，收集可靠的放射性源项数据，进入步骤S20；

S20，处理收集到的放射性源项数据，明确每一大类核素所含的具体核素及其放射性活度或者比活度，进入步骤S30；

S30，由核数据库获取各相应核素的半衰期及相对原子质量，并计算出相应的衰变常数λ_i，进入步骤S40；

S40,针对所要仿真的问题及其最大时间TP，判定是否需要采用分段等效，如果否，则进入步骤S50；如果是，则进入步骤S60；

S50,计算问题时间t＝TP所对应的等效活度衰减率λ_ae，问题初始时刻t＝0所对应的等效核衰变常数λ_ne和问题时间t＝TP所对应的等效核相对原子质量M_e，进入步骤S80；

S60，确定问题时间的分段节点t_j，进入步骤S70；

S70，计算各分段问题时间节点t＝t_j所对应的等效活度衰减率(λ_ae)_j，等效核衰变常数(λ_ne)_j和等效核相对原子质量(M_e)_j，进入步骤S80；

S80，将等效活度衰减率λ_ae和等效核衰变常数λ_ne代入等效核活度函数中，或将等效活度衰减率(λ_ae)_j和等效核衰变常数(λ_ne)_j代入等效核活度函数 $A_e\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}\&lsqb;{\left({\mathrm{\&lambda;}}_{ne}\right)}_1\&CenterDot;{\left(N_0\right)}_1\&rsqb;\&CenterDot;\&lsqb;e^{-{\left({\mathrm{\&lambda;}}_{ae}\right)}_1\&CenterDot;t}\&rsqb;& (0\&le;t<t_1)\\ .& .\\ .& .\\ .& .\\ \&lsqb;{\left({\mathrm{\&lambda;}}_{ne}\right)}_j\&CenterDot;{\left(N_0\right)}_j\&rsqb;\&CenterDot;\&lsqb;e^{-{\left({\mathrm{\&lambda;}}_{ae}\right)}_j\&CenterDot;t}\&rsqb;& (t_{j-1}\&le;t\&le;t_j)\\ .& .\\ .& .\\ .& .\\ \&lsqb;{\left({\mathrm{\&lambda;}}_{ne}\right)}_Y\&CenterDot;{\left(N_0\right)}_Y\&rsqb;\&CenterDot;\&lsqb;e^{-{\left({\mathrm{\&lambda;}}_{ae}\right)}_Y\&CenterDot;t}\&rsqb;& (t_{Y-1}\&le;t\&le;TP)\end{array}\right.$ 中，判断等效核活度函数与各核素的叠加活度函数的误差是否满足设定的误差要求，如果是，则进入步骤S90；如果否，则判断前述计算过程是否是采用整段等效，如果否，则返回步骤S60重新进行时段划分，如果是，则判断是否仍采用整段等效，如果否，则返回步骤S60，如果是，则进入步骤S90；

其中，N₀为问题初始时刻t＝0时的放射性原子核数目，(N₀)_j为第j时段的初始时刻的放射性原子核数目，特别地，(N₀)₁＝N₀；

S90，输出最终的等效活度衰减率λ_ae或(λ_ae)_j，等效核衰变常数λ_ne或(λ_ne)_j和等效核相对原子质量M_e或(M_e)_j，即获得多核素等效参数。

进一步的，还包括如下步骤：

把得到的最终的等效活度衰减率λ_ae或(λ_ae)_j和等效核相对原子质量M_e或(M_e)_j置入辐射监测仿真系统的核素输运模型参数中，以模拟在输运过程中核素的动态变化特性，把得到的最终的等效核衰变常数λ_ne或(λ_ne)_j和等效核相对原子质量M_e或(M_e)_j置入辐射监测仿真系统的辐射监测仪表计算式中，以计算核素的放射性水平。

进一步的，所述步骤S20具体包括

S201，处理收集到的放射性源项数据，明确每一大类核素所含的具体核素及其放射性活度或者比活度，进入步骤S202；

S202，以活度最小或比活度最小的核素的相应值作为除数因子，将其他核素的活度或比活度分别除以该除数因子，使得各核素的活度或比活度转化为相对的无量纲活度比，进入步骤S30。

进一步的，所述步骤S60中，确定问题时间的分段节点t_j，采用人为设定时间节点或采用程序自动搜索计算分段时间节点并考虑工程仿真问题的需要做适当的调整以获得实用的分段时间节点t_j。

进一步的，所述步骤S80具体为，绘制等效核活度函数与各核素的叠加活度函数曲线图，并将其输出到同一图形界面，观察两者变化趋势是否有良好的吻合度，以判断是否满足设定的误差要求。

进一步的，所述步骤S80中，通过计算机计算等效核活度函数与各核素的叠加活度函数的误差，判断其是否满足设定的误差要求，所述误差判断公式为

$\mathrm{\&delta;}=\frac{abs\left(A_e\right(t)-A_{total}(t\left)\right)}{A_{total}\left(t\right)}\&le;{\mathrm{\&delta;}}_0$

其中，A_total(t)为各核素的叠加活度函数，δ₀为设定的误差限值。

进一步的，所述等效活度衰减率的计算公式为所述等效核衰变常数的计算公式为等效核相对原子质量的计算公式为 $M_e=\frac{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}(M_i\&CenterDot;N_{i,0}{e}^{-{\mathrm{\&lambda;}}_{i}t})}{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}\left(N_{i,0}{e}^{-{\mathrm{\&lambda;}}_{i}t}\right)}.$

其中，N_i,0为问题初始时刻t＝0时的第i类核素放射性原子核数目，λ_i为第i类核素的衰变常数，M_i为第i类核素的相对原子质量。

本发明的有益技术效果：

本发明通过给等效核素赋予两个等效常数，一个等效常数用于描述原子核数的衰减概率，另一个等效常数用于描述放射性活度衰减的动态特性，同时考虑了具有任意运行历史的核反应堆源项数据和影响核素等效参数的时间因素，并对仿真问题的时间跨度可采用分段等效或整段等效，从而具有以下优点：

1.等效精度更高，能够高度准确地模拟多核素放射活性的动态变化特性；

2.适用性更广泛，可应用于几乎所有类型的核电站，可针对具有任意运行历史的核电站；

3.使用方便。

附图说明

图1为本发明实施例的获取流程图；

图2为本发明实施例的源项数据表图；

图3为本发明实施例的等效参数表图；

图4为本发明实施例的等效效果对比图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

在此之前，先对本发明涉及到的基本原理进行简要说明。

一.衰变常数部分

放射性核素的指数衰变规律：

N(t)＝N₀e^-λt……(1)

放射性核素活性定义：

A(t)＝λN(t)＝λN₀e^-λt……(2)

其中，N₀为问题初始时刻t＝0时的放射性原子核数目，λ为衰变常数。

放射性核素等效的基本原则是要保证任意时刻都满足放射性活度等价，即本质上就是要保证对任意时刻做等效计算前与计算后均须满足原子核衰变数相等。这条原则简称放射活度等价或活度等价。在活度等价原则的背后还隐含另一个基本原则——未衰核数等价或称核数等价，即要求保证对任意时刻做等价计算前与计算后均须满足未衰变的原子核数相等。然而，对于两个或两个核素以上的多核素等价问题，要想用统一的单一等效衰变常数来满足活度等价及核素等价是根本不可行的，因为在多核的问题里按照放射性活度定义式将会在活度等价及核素等价这两条基本原则之间划出一道天然的鸿沟，从而导致采用统一的单一等效衰变常数将对两个原则顾此失彼的问题。

(1)仅依据活度等价原则

所求得的多核素等效衰变常数为：

${\mathrm{\&lambda;}}_{ae}\left(t\right)=\frac{\ln \left(\frac{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&lambda;}}_i{N}_{i,0}}{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&lambda;}}_i{N}_{i,0}{e}^{-{\mathrm{\&lambda;}}_{i}t}}\right)}{t}=\frac{\ln \left(\frac{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}{A}_{i,0}}{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}{A}_{i,0}{e}^{-{\mathrm{\&lambda;}}_{i}t}}\right)}{t}\mathrm{......}\left(3\right)$

在多核素的叠加活性曲线上，针对问题时间段[0，TP]，初始时刻t＝0的放射性衰减率最大，而末尾时刻t＝TP的衰减率最小。从保守的角度考虑，应时刻保证等效的结果比实际值偏大，故应选取t＝TP时刻的等效衰变常数值。

(2)仅依据核数等价原则

所求得的多核素等效衰变常数为：

${\mathrm{\&lambda;}}_{ne}\left(t\right)=\frac{ln\left(\frac{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}{N}_{i,0}}{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}{N}_{i,0}{e}^{-{\mathrm{\&lambda;}}_{i}t}}\right)}{t}......\left(4\right)$

在多核素的叠加核数曲线上，针对问题时间段[0，TP]，初始时刻t＝0的核数衰减率最大且核数最多，而末尾时刻t＝TP的衰减率最小且核数最少。又由于核数衰减率与核数乘积即为放射活度，因此从保守的角度考虑，应选取t＝0时刻的等效衰变常数值。此时相应的值如下：

${\mathrm{\&lambda;}}_{ne}{|}_{t=0}=\underset{t\&RightArrow;0}{\lim }\frac{\ln \left(\frac{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}{N}_{i,0}}{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}{N}_{i,0}{e}^{-{\mathrm{\&lambda;}}_{i}t}}\right)}{t}=\frac{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&lambda;}}_i{N}_{i,0}}{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}{N}_{i,0}}\mathrm{......}\left(5\right)$

(3)依据核数等价原则及活度等价原则

所求得的多核素等效常为：

${\mathrm{\&lambda;}}_e\left(t\right)=\frac{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&lambda;}}_i{N}_{i,0}{e}^{-{\mathrm{\&lambda;}}_{i}t}}{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}{N}_{i,0}{e}^{-{\mathrm{\&lambda;}}_{i}t}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}{A}_{i,0}{e}^{-{\mathrm{\&lambda;}}_{i}t}}{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}\frac{A_{i,0}}{{\mathrm{\&lambda;}}_i}{e}^{-{\mathrm{\&lambda;}}_{i}t}}\mathrm{......}\left(6\right)$

针对问题时间区间[0，TP]有：

${\mathrm{\&lambda;}}_e\left(0\right)=\frac{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&lambda;}}_i{N}_{i,0}}{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}{N}_{i,0}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}{A}_{i,0}}{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}\frac{A_{i,0}}{{\mathrm{\&lambda;}}_i}};{\mathrm{\&lambda;}}_e\left(TP\right)=\frac{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}{A}_{i,0}{e}^{-{\mathrm{\&lambda;}}_i\&CenterDot;TP}}{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}\frac{A_{i,0}}{{\mathrm{\&lambda;}}_i}{e}^{-{\mathrm{\&lambda;}}_i\&CenterDot;TP}}$

式(6)为递减函数，易判断得λ_e(0)＞λ_e(TP)，再综合考虑λ_ne(t)和λ_e(t)函数，可知一旦有考虑到核数等价原则，最佳的等效常数推荐值便是λ_e(0)≡λ_ne|_t＝0。

综上所述，所谓依据活度等价原则的等效衰变常数，其实质就是多核素叠加活度曲线的衰减率，它直接描述多核素放射性活度的动态特性；而所谓依据核数等价原则的等效衰变常数，实际是原子核衰变概率。

等效核素的等效常数既要保证能够描述前端快速衰减的放射性活度，又要保证能够描述后端缓慢衰减的原子核数目。这是两个相互矛盾的属性，犹如一道不可逾越的鸿沟，若用统一的等效衰变常数来描述将不可同时兼具这两种属性。然而，这两种属性是可以分别用各自的等效衰变常数来描述的。

为解决上述矛盾，本发明提出给等效核素赋予两个等效常数，一个等效常数用于描述原子核数的衰减概率，即等效核衰变常数λ_ne；另一个等效常数用于描述放射性活度衰减的动态特性，称为等效活度衰减率λ_ae。如此，本发明给出的等效核活度函数如下所示：

$A_e\left(t\right)=\&lsqb;{\mathrm{\&lambda;}}_{ne}\&CenterDot;N_0\&rsqb;\&CenterDot;\&lsqb;e^{-{\mathrm{\&lambda;}}_{ae}\&CenterDot;t}\&rsqb;\mathrm{......}\left(7\right)$

其中， ${\mathrm{\&lambda;}}_{ne}=\frac{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&lambda;}}_i{N}_{i,0}}{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}{N}_{i,0}};{\mathrm{\&lambda;}}_{ae}=\frac{\ln \left(\frac{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&lambda;}}_i{N}_{i,0}}{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&lambda;}}_i{N}_{i,0}{e}^{-{\mathrm{\&lambda;}}_{i}t}}\right)}{t}=\frac{\ln \left(\frac{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}{A}_{i,0}}{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}{a}_{i,0}{e}^{-{\mathrm{\&lambda;}}_{i}t}}\right)}{t};N_0=\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}{N}_{i,0}$

对上述方法的正确性，可见如下所证：

$\begin{array}{c}{A}_e\left(t\right)=\&lsqb;{\mathrm{\&lambda;}}_{ne}\&CenterDot;N_0\&rsqb;\&CenterDot;\&lsqb;e^{-{\mathrm{\&lambda;}}_{ae}\&CenterDot;t}\&rsqb;=\&lsqb;\frac{\&Sigma;{\mathrm{\&lambda;}}_i{N}_{i,0}}{\&Sigma;N_{i,0}}\&CenterDot;N_0\&rsqb;\&CenterDot;\&lsqb;e^{-\frac{\ln \left(\frac{\&Sigma;{\mathrm{\&lambda;}}_i{N}_{i,0}}{\&Sigma;{\mathrm{\&lambda;}}_i{N}_{i,0}{e}^{-{\mathrm{\&lambda;}}_{i}t}}\right)}{t}\&CenterDot;t}\&rsqb;\\ =\&Sigma;\left({\mathrm{\&lambda;}}_i{N}_{i,0}\right)\&CenterDot;\frac{\&Sigma;{\mathrm{\&lambda;}}_i{N}_{i,0}{e}^{-{\mathrm{\&lambda;}}_{i}t}}{\&Sigma;{\mathrm{\&lambda;}}_i{N}_{i,0}}=\&Sigma;{\mathrm{\&lambda;}}_i{N}_{i,0}{e}^{-{\mathrm{\&lambda;}}_{i}t}=\&Sigma;A_i\left(t\right)\end{array}$

二.相对原子质量部分

由相对原子质量的定义式：

$\begin{array}{c}{M}_e=\underset{i=1}{\overset{X}{\mathrm{\&Sigma;}}}({\mathrm{\&eta;}}_i\&CenterDot;M_i)\\ \&DoubleLeftRightArrow;M_e=\underset{i=1}{\overset{X}{\mathrm{\&Sigma;}}}(\frac{N_i}{N_1+\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;+N_i+\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;+N_X}\&CenterDot;M_i)=\underset{i=1}{\overset{X}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left(\frac{M_i\&CenterDot;N_{i,0}{e}^{-{\mathrm{\&lambda;}}_{i}t}}{N_{\mathrm{1,0}}{e}^{-{\mathrm{\&lambda;}}_{1}t}+\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;+N_{i,0}{e}^{-{\mathrm{\&lambda;}}_{i}t}+\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;+N_{X,0}{e}^{-{\mathrm{\&lambda;}}_{X}t}}\right)\end{array}$

所求的等效核相对原子质量为：

$M_e=\frac{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}(M_i\&CenterDot;N_{i,0}{e}^{-{\mathrm{\&lambda;}}_{i}t})}{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}\left(N_{i,0}{e}^{-{\mathrm{\&lambda;}}_{i}t}\right)}\mathrm{......}\left(8\right)$

其中，η_i为待等效的多个核素中第i种核素原子核数所占总核数的比例，

$M_e{|}_{t=0}=\frac{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}{M}_i{N}_{i,0}{e}^{-{\mathrm{\&lambda;}}_{i}t}}{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}{N}_{i,0}{e}^{-{\mathrm{\&lambda;}}_{i}t}}{|}_{t=0}=\frac{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}{M}_i{N}_{i,0}}{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}{N}_{i,0}};M_e{|}_{t=TP}=\frac{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}{M}_i{N}_{i,0}{e}^{-{\mathrm{\&lambda;}}_i\&CenterDot;TP}}{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}{N}_{i,0}{e}^{-{\mathrm{\&lambda;}}_i\&CenterDot;TP}}$

一般地，一组同位素里面半衰期短的核素其相应的相对原子质量也越大，故而针对问题时间段[0,TP]，初始时刻(t＝0)等效核相对原子质量最大，而末尾时刻(t＝TP)等效核相对原子质量最小；又由于给定同样的放射性核素质量，若等效核相对原子质量越小，则原子核数越多，放射性水平会越高。因此从保守的角度考虑，应选取t＝TP时刻的等效核相对原子质量。

根据上述的基本原理，一种获取用于核电站辐射仿真系统的多核素等效参数的方法，如图1所示，包括：

S10，收集可靠的放射性源项数据，具体的，放射性源项数据可以是具有任意运行历史的核反应堆源项数据，进入步骤S20。

S20，处理收集到的放射性源项数据，明确每一大类核素所含的具体核素及其放射性活度或者比活度，进入步骤S30。

具体的，步骤S20包括

S201，处理收集到的放射性源项数据，明确每一大类核素所含的具体核素及其放射性活度或者比活度，进入步骤S202。

S202，以活度最小或比活度最小的核素的相应值作为除数因子，将其他核素的活度或比活度分别除以该除数因子，使得各核素的活度或比活度转化为相对的无量纲活度比，以便于简化计算，进入步骤S30。

S30，由核数据库获取各相应核素的半衰期及相对原子质量，并计算出相应的衰变常数λ_i，进入步骤S40。

S40,针对所要仿真的问题及其最大时间TP，判定是否需要采用分段等效，如果否，则进入步骤S50；如果是，则进入步骤S60。

S50,按照公式(3)计算问题时间t＝TP所对应的等效活度衰减率λ_ae，按照公式(5)计算问题初始时刻t＝0所对应的等效核衰变常数λ_ne，按照公式(8)计算问题时间t＝TP所对应的等效核相对原子质量M_e，进入步骤S80。

S60，确定问题时间的分段节点t_j，进入步骤S70。

具体的，确定分段的时间节点，可以人为设定时间节点，亦可以采用程序自动搜索计算以获得最佳的分段时间节点，然而，还需综合考虑工程仿真问题的需要做适当的调整以获得实用的分段时间节点t_j。

S70，按照公式(3)计算各分段问题时间节点t＝t_j所对应的等效活度衰减率(λ_ae)_j，按照公式(5)计算各分段问题时间节点t＝t_j所对应的等效核衰变常数(λ_ne)_j，按照公式(8)计算各分段问题时间节点t＝t_j所对应的等效核相对原子质量(M_e)_j，进入步骤S80。

S80，将等效活度衰减率λ_ae和等效核衰变常数λ_ne代入等效核活度函数中，或将等效活度衰减率(λ_ae)_j和等效核衰变常数(λ_ne)_j代入等效核活度函数 $A_e\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}\&lsqb;{\left({\mathrm{\&lambda;}}_{ne}\right)}_1\&CenterDot;{\left(N_0\right)}_1\&rsqb;\&CenterDot;\&lsqb;e^{-{\left({\mathrm{\&lambda;}}_{ae}\right)}_1\&CenterDot;t}\&rsqb;& (0\&le;t<t_1)\\ .& .\\ .& .\\ .& .\\ \&lsqb;{\left({\mathrm{\&lambda;}}_{ne}\right)}_j\&CenterDot;{\left(N_0\right)}_j\&rsqb;\&CenterDot;\&lsqb;e^{-{\left({\mathrm{\&lambda;}}_{ae}\right)}_j\&CenterDot;t}\&rsqb;& (t_{j-1}\&le;t\&le;t_j)\\ .& .\\ .& .\\ .& .\\ \&lsqb;{\left({\mathrm{\&lambda;}}_{ne}\right)}_Y\&CenterDot;{\left(N_0\right)}_Y\&rsqb;\&CenterDot;\&lsqb;e^{-{\left({\mathrm{\&lambda;}}_{ae}\right)}_Y\&CenterDot;t}\&rsqb;& (t_{Y-1}\&le;t\&le;TP)\end{array}\right.$ 中，判断等效核活度函数与各核素的叠加活度函数的误差是否满足设定的误差要求，如果是，则进入步骤S90；如果否，则判断前述计算过程是否是采用整段等效，如果否，则返回步骤S60重新进行时段划分，如果是，则判断是否仍采用整段等效，如果否，则返回步骤S60进行时段划分，如果是，则进入步骤S90。

其中，N₀为问题初始时刻t＝0时的放射性原子核数目，(N₀)_j为第j时段内的初始时刻的放射性原子核数目，特别地，(N₀)₁＝N₀，A₀为问题初始时刻t＝0时的各核素的叠加活度。

具体的，判断等效核活度函数与各核素的叠加活度函数的误差是否满足设定的误差要求方法为：1.利用计算机绘制等效核活度函数与各核素的叠加活度函数曲线图，并将其输出到同一图形界面，观察两者变化趋势是否有良好的吻合度，以判断是否满足设定的误差要求；2.通过计算机计算等效核活度函数与各核素的叠加活度函数的误差，判断其是否满足设定的误差要求，所述误差判断公式如下：

$\mathrm{\&delta;}=\frac{abs\left(A_e\right(t)-A_{total}(t\left)\right)}{A_{total}\left(t\right)}\&le;{\mathrm{\&delta;}}_0$

其中，A_total(t)为各核素的叠加活度函数，δ₀为设定的误差限值。

S90，输出最终的等效活度衰减率λ_ae或(λ_ae)_j，等效核衰变常数λ_ne或(λ_ne)_j和等效核相对原子质量M_e或(M_e)_j，即获得多核素等效参数。

进一步的，还包括如下步骤：

把得到的最终的等效活度衰减率λ_ae或(λ_ae)_j和等效核相对原子质量M_e或(M_e)_j置入辐射监测仿真系统的核素输运模型参数中，以模拟在输运过程中核素的动态变化特性，把得到的最终的等效核衰变常数λ_ne或(λ_ne)_j和等效核相对原子质量M_e或(M_e)_j置入辐射监测仿真系统的辐射监测仪表计算式中，以计算核素的放射性水平。

图2所示为某核电站实际所用的惰性气体放射性源项数据，在辐射监测系统仿真时需要把这11种核素等效为一种核素。所针对的最大问题时间是1800s，假设采用人工分段，时间点分别取为0s、30s、60s、180s、600s、1800s。取最大误差为0.001，采用程序自动优化的分段结果是：0.0s、254.0s、519.0s、799.0s、1097.0s、1419.0s、1771.0s、1800.0s，图3示出了整段等效、人工分段和自动分段等效的等效参数。图4为各核素的叠加活度函数与整段等效、人工分段和自动分段等效的等效核活度函数曲线对比图，由图上可以看出，自动分段等效的等效核活度函数曲线与各核素的叠加活度函数基本重合，人工分段的等效核活度函数曲线与各核素的叠加活度函数有一大部分重合，整段等效的等效核活度函数曲线与各核素的叠加活度函数基本没有重合部分，但很接近且具有保守性。由此可见，进行多核素等效参数的获取时需要考虑所针对的仿真问题的时间因素，不同的时间有不同的等效参数，做分段等效能够增进等效效果。计算结果表明采用本发明能非常准确地模拟多核素动态特性。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.获取用于核电站辐射仿真系统的多核素等效参数的方法，其特征在于：包括

S10，收集可靠的放射性源项数据，进入步骤S20；

S20，处理收集到的放射性源项数据，明确每一大类核素所含的具体核素及其放射性活度或者比活度，进入步骤S30；

S30，由核数据库获取各相应核素的半衰期及相对原子质量，并计算出相应的衰变常数λ_i，进入步骤S40；

S40,针对所要仿真的问题及其最大时间TP，判定是否需要采用分段等效，如果否，则进入步骤S50；如果是，则进入步骤S60；

S50,计算问题时间t＝TP所对应的等效活度衰减率λ_ae，问题初始时刻t＝0所对应的等效核衰变常数λ_ne和问题时间t＝TP所对应的等效核相对原子质量M_e，进入步骤S80；

S60，确定问题时间的分段节点t_j，进入步骤S70；

S70，计算各分段问题时间节点t＝t_j所对应的等效活度衰减率(λ_ae)_j，等效核衰变常数(λ_ne)_j和等效核相对原子质量(M_e)_j，进入步骤S80；

S80，将等效活度衰减率λ_ae和等效核衰变常数λ_ne代入等效核活度函数中，或将等效活度衰减率(λ_ae)_j和等效核衰变常数(λ_ne)_j代入等效核活度函数 $A_e\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}\&lsqb;{\left({\mathrm{\&lambda;}}_{ne}\right)}_1\&CenterDot;{\left(N_0\right)}_1\&rsqb;\&CenterDot;\&lsqb;e^{-{\left({\mathrm{\&lambda;}}_{ae}\right)}_1\&CenterDot;t}\&rsqb;& (0\&le;t<t_1)\\ \begin{array}{c}.\\ .\\ .\end{array}& \begin{array}{c}.\\ .\\ .\end{array}\\ \&lsqb;{\left({\mathrm{\&lambda;}}_{ne}\right)}_j\&CenterDot;{\left(N_0\right)}_j\&rsqb;\&CenterDot;\&lsqb;e^{-{\left({\mathrm{\&lambda;}}_{ae}\right)}_j\&CenterDot;t}\&rsqb;& (t_{j-1}\&le;t<t_j)\\ \begin{array}{c}.\\ .\\ .\end{array}& \begin{array}{c}.\\ .\\ .\end{array}\\ \&lsqb;{\left({\mathrm{\&lambda;}}_{ne}\right)}_Y\&CenterDot;{\left(N_0\right)}_Y\&rsqb;\&CenterDot;\&lsqb;e^{-{\left({\mathrm{\&lambda;}}_{ae}\right)}_Y\&CenterDot;t}\&rsqb;& (t_{Y-1}\&le;t\&le;TP)\end{array}\right.$ 中，判断等效核活度函数与各核素的叠加活度函数的误差是否满足设定的误差要求，如果是，则进入步骤S90；如果否，则判断前述计算过程是否是采用整段等效，如果否，则返回步骤S60重新进行时段划分，如果是，则判断是否仍采用整段等效，如果否，则返回步骤S60，如果是，则进入步骤S90；

其中，N₀为问题初始时刻t＝0时的放射性原子核数目，(N₀)_j为第j时段内的初始时刻的放射性原子核数目，(N₀)₁＝N₀；

S90，输出最终的等效活度衰减率λ_ae或(λ_ae)_j，等效核衰变常数λ_ne或(λ_ne)_j和等效核相对原子质量M_e或(M_e)_j，即获得多核素等效参数。

2.根据权利要求1所述的获取用于核电站辐射仿真系统的多核素等效参数的方法，其特征在于：还包括如下步骤：

把得到的最终的等效活度衰减率λ_ae或(λ_ae)_j和等效核相对原子质量M_e或(M_e)_j置入辐射监测仿真系统的核素输运过程参数中，以模拟在输运模型中核素的动态变化特性，把得到的最终的等效核衰变常数λ_ne或(λ_ne)_j和等效核相对原子质量M_e或(M_e)_j置入辐射监测仿真系统的辐射监测仪表计算式中，以计算核素的放射性水平。

3.根据权利要求1或2所述的获取用于核电站辐射仿真系统的多核素等效参数的方法，其特征在于：所述步骤S20具体包括

S201，处理收集到的放射性源项数据，明确每一大类核素所含的具体核素及其放射性活度或者比活度，进入步骤S202；

S202，以活度最小或比活度最小的核素的相应值作为除数因子，将其他核素的活度或比活度分别除以该除数因子，使得各核素的活度或比活度转化为相对的无量纲活度比，进入步骤S30。

4.根据权利要求1或2所述的获取用于核电站辐射仿真系统的多核素等效参数的方法，其特征在于：所述步骤S60中，确定问题时间的分段节点t_j，采用人为设定时间节点或采用程序自动搜索计算分段时间节点并考虑工程仿真问题的需要做适当的调整以获得实用的分段时间节点t_j。

5.根据权利要求1或2所述的获取用于核电站辐射仿真系统的多核素等效参数的方法，其特征在于：所述步骤S80具体为，绘制等效核活度函数与各核素的叠加活度函数曲线图，并将其输出到同一图形界面，观察两者变化趋势是否有良好的吻合度，以判断是否满足设定的误差要求。

6.根据权利要求1或2所述的获取用于核电站辐射仿真系统的多核素等效参数的方法，其特征在于：所述步骤S80中，通过计算机计算等效核活度函数与各核素的叠加活度函数的误差，判断其是否满足设定的误差要求，所述误差判断公式为

$\mathrm{\&delta;}=\frac{abs\left(A_e\right(t)-A_{total}(t\left)\right)}{A_{total}\left(t\right)}\&le;{\mathrm{\&delta;}}_0$

其中，A_total(t)为各核素的叠加活度函数，δ₀为设定的误差限值。

7.根据权利要求1或2所述的获取用于核电站辐射仿真系统的多核素等效参数的方法，其特征在于：所述等效活度衰减率的计算公式为所述等效核衰变常数的计算公式为等效核相对原子质量的计算公式为 $M_e=\frac{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}(M_i\&CenterDot;N_{i,0}{e}^{-{\mathrm{\&lambda;}}_{i}t})}{\underset{i=1}{\overset{X}{\&Sigma;}}\left(N_{i,0}{e}^{-{\mathrm{\&lambda;}}_{i}t}\right)};$

其中，N_i,0为问题初始时刻t＝0时的第i类核素放射性原子核数目，λ_i为第i类核素的衰变常数，M_i为第i类核素的相对原子质量。