CN112649318B - 核设施物料洒落事故气溶胶测量装置及释放源项估算方法 - Google Patents

核设施物料洒落事故气溶胶测量装置及释放源项估算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种核设施物料洒落事故气溶胶测量装置及释放源项估算方法，测量装置包括：倾倒容器、物料质量测量系统和气溶胶粒径测量系统；所述倾倒容器中放置有放射性粉末物料；在所述倾倒容器下方放置有收集板，在所述收集板下方布置有所述物料质量测量系统，在所述收集板四周布置有所述气溶胶粒径测量系统。本发明通过设置关键参数，可监测不同实验条件下的气溶胶浓度和粒径分布，估算事故工况下的气溶胶释放份额和释放源项。

Description

核设施物料洒落事故气溶胶测量装置及释放源项估算方法
技术领域
本发明涉及核设施环境影响评价领域，具体涉及一种核设施物料洒落事故气溶胶测量装置及释放源项估算方法。
背景技术
核设施生产运行过程中涉及到粉末物料的生产和使用，以及在工艺系统中的转移和输送，由于设备故障、人员误操作等因素可能会造成粉末物料从工艺设备中意外洒落，导致放射性物料释放到工作场所，并以气溶胶形式通过排风系统释放到环境中，对工作人员和公众造成辐射影响。
物料洒落事故工况下，大部分物料会迅速在洒落点沉降，但是空气动力学粒径小于10μm的气溶胶会随气流组织在厂房内迁移扩散，并最终通过排风系统释放到环境。洒落事故产生的气溶胶会通过呼吸对工作人员和公众造成吸入内照射，对于α核素吸入内照射是造成工作人员和公众辐射影响的主要途径，因此，掌握物料洒落事故释放源项估算方法是有效评估事故辐射影响的关键。由于物理操作高度差异和物料理化性质差异(密度、含水率、粒径分布等)等因素导致不同洒落景象下物料的气溶胶释放份额存在显著差异，在估算洒落事故释放源项时存在较大不确定性，无法为辐射环境影响评价提供准确的源项。因此，目前亟需一种技术，用以解决核设施物料洒落事故释放源项估算存在的技术难题，对物料洒落不同事故景象进行模拟，实现事故工况下气溶胶的监测，建立释放源项估算方法，为辐射影响评价提供基础数据。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种核设施物料洒落事故气溶胶测量装置及释放源项估算方法，可以对物料洒落不同事故景象进行模拟，实现事故工况下气溶胶的监测，建立释放源项估算方法，为辐射影响评价提供基础数据。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种核设施物料洒落事故气溶胶测量装置，包括：倾倒容器、物料质量测量系统和气溶胶粒径测量系统；
所述倾倒容器中放置有放射性粉末物料；在所述倾倒容器下方放置有收集板，在所述收集板下方布置有所述物料质量测量系统，在所述收集板四周布置有所述气溶胶粒径测量系统；
所述倾倒容器，用于在不同高度洒落物料；
所述物料质量测量系统，用于收集所述倾倒容器洒落的物料并测量所述收集板上沉积的物料量；
所述气溶胶粒径测量系统，用于获得不同高度处、不同粒径的气溶胶浓度的时间和空间分布情况。
进一步，如上所述的核设施物料洒落事故气溶胶测量装置，所述气溶胶粒径测量系统包括：围挡支撑架、气溶胶取样口支撑架、气溶胶取样口安装臂、气溶胶取样口安装架、气溶胶粒径分级器；
在所述收集板四周搭建有所述围挡支撑架，并在所述围挡支撑架四周安装有机玻璃；
在所述围挡支撑架上方距离围挡两边的边线预设距离处安装有两个所述气溶胶取样口支撑架，每个所述气溶胶取样口支撑架上安装有两个所述气溶胶取样口安装臂，每个所述气溶胶取样口安装臂分别在距地面第一预设高度、第二预设高度、第三预设高度处设置两个所述气溶胶取样口安装架，每个所述气溶胶取样口安装架上设置一个监测取样点位，每个监测取样点位处安装一个所述气溶胶粒径分级器；
在每个所述气溶胶取样口安装臂上的每个高度处各取一个所述气溶胶粒径分级器，作为第一组气溶胶粒径分级器，剩余的作为第二组气溶胶粒径分级器。
进一步，如上所述的核设施物料洒落事故气溶胶测量装置，所述气溶胶粒径分级器用于实现小于2.5μm、2.5μm-5μm、5μm-10μm和大于10μm粒径气溶胶的取样和气溶胶浓度的监测。
进一步，如上所述的核设施物料洒落事故气溶胶测量装置，所述围挡支撑架的尺寸为3m×3m×3m，所述预设距离为1m，所述第一预设高度、所述第二预设高度、所述第三预设高度分别为1m、1.5m和2m。
进一步，如上所述的核设施物料洒落事故气溶胶测量装置，所述物料质量测量系统包括电子秤。
一种核设施物料洒落事故气溶胶测量方法，应用于所述的核设施物料洒落事故气溶胶测量装置，包括：
S100、将装有物料的倾倒容器调整至实验高度；
S200、实验开始，倾倒物料，在不同时间分别开启第一组气溶胶粒径分级器和第二组气溶胶粒径分级器，分别进行多次运行、关闭和更换滤膜；
S300、收集每个气溶胶粒径分级器的各滤膜，分析不同粒径的气溶胶浓度和气溶胶总浓度，获得不同高度处、不同粒径的气溶胶浓度的时间和空间分布情况。
进一步，如上所述的核设施物料洒落事故气溶胶测量方法，S200包括：
实验开始，倾倒物料，同时第一次开启所述第一组气溶胶粒径分级器，运行预设时间后关闭并更换滤膜；
在所述第一组气溶胶粒径分级器第一次关闭时第一次开启所述第二组气溶胶粒径分级器，运行所述预设时间后关闭并更换滤膜；
在所述第二组气溶胶粒径分级器第一次关闭时第二次开启所述第一组气溶胶粒径分级器，运行所述预设时间后关闭并更换滤膜；
在所述第一组气溶胶粒径分级器第二次关闭时第二次开启所述第二组气溶胶粒径分级器，运行所述预设时间后关闭并更换滤膜；
反复多次后，结束实验。
一种核设施物料洒落事故释放源项估算方法，应用于所述的核设施物料洒落事故气溶胶测量装置，包括：
S400、基于气溶胶粒径测量系统和物料质量测量系统的测量结果，得到不同实验参数条件下的释放源项的估算结果；
S500、基于所述不同实验参数条件下的释放源项的估算结果，通过单参数变分法进行重复实验，获取所述释放源项与各参数之间的关系曲线，进行拟合分析，建立物料洒落事故释放源项拟合方程。
进一步，如上所述的核设施物料洒落事故释放源项估算方法，通过下式计算不同实验参数条件下的释放源项：
气溶胶释放份额＝收集板上沉积的物料量/原始物料量；
气溶胶可吸入份额＝粒径<10μm气溶胶铀浓度/总气溶胶铀浓度；
释放源项＝原始物料量×气溶胶释放份额×气溶胶可吸入份额。
一种核设施物料洒落事故释放源项估算装置，包括：
估算模块，用于基于所述气溶胶粒径测量系统和所述物料质量测量系统的测量结果，得到不同实验参数条件下的释放源项的估算结果；
建立模块，用于基于所述不同实验参数条件下的释放源项的估算结果，通过单参数变分法进行重复实验，获取所述释放源项与各参数之间的关系曲线，进行拟合分析，建立物料洒落事故释放源项拟合方程。
本发明的有益效果在于：本发明的气溶胶测量装置能够对物料洒落不同事故景象进行模拟，实现事故工况下气溶胶的监测，建立释放源项估算方法，为辐射影响评价提供基础数据。本发明的气溶胶测量方法能够通过设置关键参数，监测不同实验条件下的气溶胶和粒径分布，进而估算事故工况下的气溶胶释放份额和释放源项。本发明的释放源项估算方法和装置能够基于气溶胶粒径测量系统和物料质量测量系统的测量结果，得到不同实验参数条件下的释放源项的估算结果，对释放高度、物料密度、物料含水率等参数进行单参数变化重复实验，获取释放源项与各参数之间的关系曲线，进行拟合分析，建立物料洒落事故释放源项拟合方程，可以获取不同高度对特定粉末物料的气溶胶释放份额影响。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的一种核设施物料洒落事故气溶胶测量装置的结构图；
图2为本发明实施例中提供的一种核设施物料洒落事故气溶胶测量方法法的流程图；
图3为本发明实施例中提供的一种核设施物料洒落事故释放源项估算方法的流程图；
图4为本发明实施例中提供的释放源项拟合方程示意图；
图5为本发明实施例中提供的一种核设施物料洒落事故释放源项估算装置的结构图。
附图中：1-倾倒容器；2-物料质量测量系统；3-围挡支撑架；4-温气溶胶取样口支撑架；5-气溶胶取样口安装臂；6-气溶胶取样口安装架；7-气溶胶粒径分级器。
具体实施方式
下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，本实施例提供一种核设施物料洒落事故气溶胶测量装置，包括：倾倒容器1、物料质量测量系统2和气溶胶粒径测量系统。倾倒容器1中放置有放射性粉末物料，在倾倒容器1下方放置有收集板，在收集板下方布置有物料质量测量系统2，在收集板四周布置有气溶胶粒径测量系统。倾倒容器1用于在不同高度洒落物料，物料质量测量系统2用于收集倾倒容器1洒落的物料并测量收集板上沉积的物料量，气溶胶粒径测量系统用于获得不同高度处、不同粒径气溶胶浓度的时间和空间分布情况。气溶胶粒径测量系统包括：围挡支撑架3、气溶胶取样口支撑架4、气溶胶取样口安装臂5、气溶胶取样口安装架6、气溶胶粒径分级器7。在收集板四周搭建有围挡支撑架3，并在围挡支撑架3四周安装有机玻璃，在围挡支撑架3上方距离围挡两边的边线预设距离处安装有两个气溶胶取样口支撑架4，每个气溶胶取样口支撑架4上安装有两个气溶胶取样口安装臂5，每个气溶胶取样口安装臂5分别在距地面第一预设高度、第二预设高度、第三预设高度处设置两个气溶胶取样口安装架6，每个气溶胶取样口安装架6上设置一个监测取样点位，每个监测取样点位处安装一个气溶胶粒径分级器7。气溶胶粒径分级器7用于实现小于2.5μm、2.5μm-5μm、5μm-10μm和大于10μm粒径气溶胶的取样和气溶胶浓度的监测。所述物料质量测量系统2包括电子秤。
本实施例中，围挡支撑架3的尺寸可以设置为3m×3m×3m，预设距离设置为1m。第一预设高度、第二预设高度、第三预设高度分别为1m、1.5m和2m。具体地，在收集板四周搭建3m×3m×3m的围挡支撑架3，并在围挡支撑架3四周安装有机玻璃。在围挡支撑架3上方距离围挡两边的边线1m处分别安装2个气溶胶取样口支撑架4，每个支架4上包括两个气溶胶取样口安装臂5，每个安装臂5距地面1m、1.5m和2m高度处设置两个监测取样点位，共有四个安装臂5，可安装24个气溶胶粒径分级器7。气溶胶粒径分级器7分为两组，在每个安装臂5上三个高度处分别取1个气溶胶粒径分级器7，共12个气溶胶粒径分级器7形成一组，剩余的为另一组。在洒落实验中，在不同时间分别通过两组气溶胶粒径分级器7进行测量，可以分析得到不同粒径的气溶胶浓度和气溶胶总浓度，从而获得不同高度处、不同粒径气溶胶浓度的时间和空间分布情况。同时，还可以根据收集板下方的物料质量测量系统2，可以测量实验结束后收集的沉积物料的剩余量，进而得出洒落物料的损失量。
如图2所示，本实施例还提供一种核设施物料洒落事故气溶胶测量方法，应用于前述的核设施物料洒落事故气溶胶测量装置，包括：
S100、将装有物料的倾倒容器调整至实验高度；
S200、实验开始，倾倒物料，在不同时间分别开启第一组气溶胶粒径分级器和第二组气溶胶粒径分级器，分别进行多次运行、关闭和更换滤膜；
具体地，S200包括：
实验开始，倾倒物料，同时第一次开启第一组气溶胶粒径分级器，运行预设时间后关闭并更换滤膜；
在第一组气溶胶粒径分级器第一次关闭时第一次开启第二组气溶胶粒径分级器，运行预设时间后关闭并更换滤膜；
在第二组气溶胶粒径分级器第一次关闭时第二次开启第一组气溶胶粒径分级器，运行预设时间后关闭并更换滤膜；
在第一组气溶胶粒径分级器第二次关闭时第二次开启第二组气溶胶粒径分级器，运行预设时间后关闭并更换滤膜；
反复多次后，结束实验。
S300、收集每个气溶胶粒径分级器的各滤膜，分析不同粒径的气溶胶浓度和气溶胶总浓度，获得不同高度处、不同粒径的气溶胶浓度的时间和空间分布情况。
本实施例中，将装有物料的容器放置在倾斜装置上，并调整至实验高度。倾倒物料，同时开启一组气溶胶粒径分级器，运行15min后关闭并更换滤膜；于试验开始后30min时再次开启，运行15min后关闭并更换滤膜。另一组于试验开始后15min时开启，运行15min后关闭并更换滤膜；于试验开始后45min时再次开启，运行15min后关闭并更换滤膜。分别收集气溶胶粒径分级器的各滤膜，进行验室分析不同粒径的气溶胶浓度和气溶胶总浓度，从而获得不同高度处、不同粒径气溶胶浓度的时间和空间分布情况。同时，根据收集板下方的物料质量测量系统2，还可以测量实验结束后收集的沉积物料的剩余量，进而得出洒落物料的损失量，以便后续的释放源项估算。
如图3所示，本实施例还提供一种核设施物料洒落事故释放源项估算方法，应用于前述的核设施物料洒落事故气溶胶测量装置，包括：
S400、基于气溶胶粒径测量系统和物料质量测量系统的测量结果，得到不同实验参数条件下的释放源项的估算结果；
释放源项估算可通过气溶胶浓度分布、气溶胶粒径分布、沉积物料剩余量等参数，估算粉末物料洒落的气溶胶释放份额和气溶胶可吸入份额，进而估算释放源项。通过下式计算不同实验参数条件下的释放源项：
气溶胶释放份额＝收集板上沉积的物料量/原始物料量；
气溶胶可吸入份额＝粒径<10μm气溶胶铀浓度/总气溶胶铀浓度；
释放源项＝原始物料量×气溶胶释放份额×气溶胶可吸入份额。
S500、基于不同实验参数条件下的释放源项的估算结果，通过单参数变分法进行重复实验，获取释放源项与各参数之间的关系曲线，进行拟合分析，建立物料洒落事故释放源项拟合方程。
本实施例中，为了获取核设施物料洒落事故的释放源项，设置了相关实验控制参数。粉末物料初始物料量M0＝1kg，粉末物料粒径为<100μm，洒落高度为2m，洒落实验结束后，收集板上收集的沉积物料量为M1＝0.999kg，实验期间气溶胶粒径分级器监测的物料总浓度结果为1mg/m3，粒径<10μm的气溶胶浓度为0.1mg/m3。
释放源项估算：
气溶胶释放份额＝收集板上沉积的物料量/原始物料量＝0.999kg/1kg＝1×10-3；
气溶胶可吸入份额＝粒径<10μm气溶胶铀浓度/总气溶胶铀浓度＝0.1mg/m3/1mg/m3＝1×10-1；
释放源项＝原始物料量×气溶胶释放份额×气溶胶可吸入份额＝1kg×1×10-3×1×10-1＝1×10-4kg。
释放源项拟合方程：采用单参数变分法，进行重复实验，获取释放份额ARF与物料洒落高度的变化曲线，即初始物料量M0＝1kg，粉末物料粒径为<100μm，洒落高度分别为1m、2m、3m，实验结束后收集板上的物料量分别为M1＝0.9995kg、0.999kg、0.9985kg。则计算得到的释放份额ARF分别为5×10-4、1×10-3、1.5×10-3，进行释放源项方程拟合，获取对物料洒落事故气溶胶释放份额的受洒落高度的影响。如图4所示，拟合后的方程为y＝0.0005x，y表示气溶胶释放份额，x为洒落高度，在该实验参数条件下，可以获取不同高度对特定粉末物料的气溶胶释放份额影响。
如图5所示，本实施例还提供一种核设施物料洒落事故释放源项估算装置，包括：
估算模块100，用于基于气溶胶粒径测量系统和物料质量测量系统的测量结果，得到不同实验参数条件下的释放源项的估算结果；
通过下式计算不同实验参数条件下的释放源项：
气溶胶释放份额＝收集板上沉积的物料量/原始物料量；
气溶胶可吸入份额＝粒径<10μm气溶胶铀浓度/总气溶胶铀浓度；
释放源项＝原始物料量×气溶胶释放份额×气溶胶可吸入份额。
建立模块200，用于基于不同实验参数条件下的释放源项的估算结果，通过单参数变分法进行重复实验，获取释放源项与各参数之间的关系曲线，进行拟合分析，建立物料洒落事故释放源项拟合方程。
本实施例中，一种核设施物料洒落事故释放源项估算装置可以是计算机，包括：处理器；以及存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行前述核设施物料洒落事故释放源项估算方法。存储器与处理器可以通过总线连接。存储单元可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元(RAM)和/或高速缓存存储单元，还可以进一步包括只读存储单元(ROM)。计算机还包括与总线连接的显示单元。显示单元可以对前述核设施物料洒落事故释放源项估算方法中的信息等进行显示。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被上述处理器执行时实现前述核设施物料洒落事故释放源项估算方法。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种核设施物料洒落事故气溶胶测量方法，其特征在于，采用测量装置包括：倾倒容器（1）、物料质量测量系统（2）和气溶胶粒径测量系统；
所述倾倒容器（1）中放置有放射性粉末物料；在所述倾倒容器（1）下方放置有收集板，在所述收集板下方布置有所述物料质量测量系统（2），在所述收集板四周布置有所述气溶胶粒径测量系统；
所述倾倒容器（1），用于在不同高度洒落物料；
所述物料质量测量系统（2），用于收集所述倾倒容器（1）洒落的物料并测量所述收集板上沉积的物料量；
所述气溶胶粒径测量系统，用于获得不同高度处、不同粒径的气溶胶浓度的时间和空间分布情况；
所述气溶胶粒径测量系统包括：围挡支撑架（3）、气溶胶取样口支撑架（4）、气溶胶取样口安装臂（5）、气溶胶取样口安装架（6）、气溶胶粒径分级器（7）；
在所述收集板四周搭建有所述围挡支撑架（3），并在所述围挡支撑架（3）四周安装有机玻璃；
在所述围挡支撑架（3）上方距离围挡两边的边线预设距离处安装有两个所述气溶胶取样口支撑架（4），每个所述气溶胶取样口支撑架（4）上安装有两个所述气溶胶取样口安装臂（5），每个所述气溶胶取样口安装臂（5）分别在距地面第一预设高度、第二预设高度、第三预设高度处设置两个所述气溶胶取样口安装架（6），每个所述气溶胶取样口安装架（6）上设置一个监测取样点位，每个监测取样点位处安装一个所述气溶胶粒径分级器（7）；
在每个所述气溶胶取样口安装臂（5）上的每个高度处各取一个所述气溶胶粒径分级器（7），作为第一组气溶胶粒径分级器，剩余的作为第二组气溶胶粒径分级器；
所述测量方法，包括以下步骤：
S100、将装有物料的倾倒容器调整至实验高度；
S200、实验开始，倾倒物料，在不同时间分别开启第一组气溶胶粒径分级器和第二组气溶胶粒径分级器，分别进行多次运行、关闭和更换滤膜；
S300、收集每个气溶胶粒径分级器的各滤膜，分析不同粒径的气溶胶浓度和气溶胶总浓度，获得不同高度处、不同粒径的气溶胶浓度的时间和空间分布情况；
S400、基于气溶胶粒径测量系统和物料质量测量系统的测量结果，得到不同实验参数条件下的释放源项的估算结果；
设置实验控制参数，通过下式计算不同实验参数条件下的释放源项：
气溶胶释放份额=收集板上沉积的物料量/原始物料量；
气溶胶可吸入份额=粒径<10μm气溶胶铀浓度/总气溶胶铀浓度；
释放源项=原始物料量×气溶胶释放份额×气溶胶可吸入份额；
S500、基于所述不同实验参数条件下的释放源项的估算结果，通过单参数变分法进行重复实验，获取所述释放源项与各参数之间的关系曲线，进行拟合分析，建立物料洒落事故释放源项拟合方程。
2.根据权利要求1所述的核设施物料洒落事故气溶胶测量方法，其特征在于，所述气溶胶粒径分级器（7）用于实现小于2.5μm、2.5μm -5μm、5μm -10μm和大于10μm粒径气溶胶的取样和气溶胶浓度的监测。
3.根据权利要求1所述的核设施物料洒落事故气溶胶测量方法，其特征在于，所述围挡支撑架（3）的尺寸为3m×3m×3m，所述预设距离为1m，所述第一预设高度、所述第二预设高度、所述第三预设高度分别为1m、1.5m和2m。
4.根据权利要求1-3任一项所述的核设施物料洒落事故气溶胶测量方法，其特征在于，所述物料质量测量系统（2）包括电子秤。
5.根据权利要求1所述的核设施物料洒落事故气溶胶测量方法，其特征在于，S200包括：
实验开始，倾倒物料，同时第一次开启所述第一组气溶胶粒径分级器，运行预设时间后关闭并更换滤膜；
在所述第一组气溶胶粒径分级器第一次关闭时第一次开启所述第二组气溶胶粒径分级器，运行所述预设时间后关闭并更换滤膜；
在所述第二组气溶胶粒径分级器第一次关闭时第二次开启所述第一组气溶胶粒径分级器，运行所述预设时间后关闭并更换滤膜；
在所述第一组气溶胶粒径分级器第二次关闭时第二次开启所述第二组气溶胶粒径分级器，运行所述预设时间后关闭并更换滤膜；
反复多次后，结束实验。
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