CN112649554A - 假定的放射性物质运输火灾事故的释放源项的获取方法 - Google Patents

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苏自强
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赵杨军
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Abstract

本发明提供一种假定的放射性物质运输火灾事故的释放源项的获取方法，该获取方法包括S1、将所运输的放射性物质点燃，记录现场的气象条件，布设放射性气溶胶的监测点位；S2、在放射性物质燃烧现场的下风向的最大落点位置处布置监测点；S3、点燃燃料，采集记录燃烧后释放的放射性物料的量；S4、对采集的实验数据进行统计分析，并排除实验数据异常值；S5、确定释放参数ARF和可吸入参数RF；本发明中的获取方法通过现场实验条件下，收集环境空气中的气溶胶浓度，分析气溶胶中的核素浓度，再通过燃烧样品前后的质量差，来获得总体的质量损失；最终，通过环境监测数据的统计和处理，获取释放份额和可吸入份额。

Description

假定的放射性物质运输火灾事故的释放源项的获取方法
技术领域
本发明涉及放射性物料技术领域，具体涉及一种假定的放射性物质运输火灾事故的释放源项的获取方法。
背景技术
DOE-HDBK-3010(1994)《非反应堆的核设施气载释放份额(ARF)和可吸入份额(RF)手册》中定义了空气释放份额(ARF)和可吸入份额(RF)。其中ARF指的是从源释放出的放射性气溶胶的浓度占比，RF指的是气溶胶中粒径小于10μmD的部分。
美国在上世纪60、70年代开始，就进行了大量的包含放射性核素的武器级弹的外场火灾热试验。其中，主要包括：
1)1978年，Glichrist，Parker和Mishima等完成的场地试验
1977年10月进行了场地测试试验，目的是为了评估M774堆(Glichrist，Parker和Mishima1978年)的危害分级。在燃烧中，设计了12个弹捆绑在一起的外部热试验(底部和周围有木质的碎片，浇有50加仑燃料)。火势在两个小时内自燃完成，12发弹全部在火灾中发射出来。所有的弹均完整找回，并且发现有轻微的、以及不易发觉的损伤；
2)1979年，Bloore，Wilsey等完成的池火试验
美国军方进行了独立的场地试验，目的是确定在(Bloore，Wilsey等1979年)池火上端点燃贫铀弹所导致的下风向的潜在危害。试验设计的是在水池内装满37环M774、20个反坦克高爆M456弹以及6个M393A2高能粒子弹，在池中有300加仑燃料被点燃并且燃烧。火势真正的燃烧时间并未给出，但是要求24小时充分冷却后才能开始检测。池中的温度控制在20个镍铬-康铜热电偶，而且持续维持在1000度到1250度。下风向的空气样品和试验场地边界的环境样沉降灰样品中都显示没有值得注意的、明显的铀。在试验中观察到两股独立的烟云，点燃后两分钟最初的烟云达到了382m远，点燃后10分钟烟云达到了1620m远。所有的63发弹均走火，储存池也被损毁。由于31发的贫铀弹被完整找回，氧化物从0到40.5％(完整找回的铀的总量超过了在一发弹中的微不足道的铀量)。
3)Walters，Elliot和Bloore等在1979年提出了“控制合金弹的安全和健康考虑”，提出的三种事故情景：运输、储存和使用。考虑贫铀弹单独运输或与高爆弹混合装载两种情况。贮存情景包括：混合装载的露天贮存、贫铀弹单独以“圆顶小屋”样式贮存、贫铀弹和高爆弹混合以圆顶小屋的形式贮存。使用上部覆盖形式的(“up-loaded”)贮存池。在这项火灾试验中很多机构参与其中，他们建议了有木框架限定和没有木质框架限定的火灾的温度。他们指出：温度、火灾持续时间和最高温度维持的时间，是木材排列、表面积到体积的速率比、木质类型和通排风的函数。这种类型的火灾中的最高温度可以达到1300度，在密闭空间或者箱子里的气体温度可达750到800度。如果这种最大条件在整个燃烧周期中没有持续，那么火势能够燃烧一些日子。数据表明：在良好的通风条件下可以通过木材的排列进行控制。
4)1983年，Hooker等进行贫铀弹(M829)场地试验
1983年Hooker等进行了另一中贫铀弹(M829)的场地试验，目的是评价危险分级。M829是120mm为一捆的可燃的弹药箱。场地试验进行了两组试验。每组都是由12发成套的弹药捆，被吞没在火势里(在弹药捆周围和下面都放置了木质燃料，而且浇上了55加仑的燃料)。1982年3月，外部热试验以和M774相同的试验方式完成了。推进剂点燃前弹药箱就先燃烧了，穿透器落入火中而不是被弹射出来。穿透器被充分的氧化，而且由于气象条件，采用了最初级的样品收集方法，在清理后只有80％铀被收集起来。1983年4月进行了第二次场地外部热试验。采用了其他装置控制气溶胶释放和收集样品，已经测量正在燃烧物质的时间温度曲线。
第二次热试验中，温度很快上升到了1000度，并在最初的三小时内一直保持这个水平。温度最高接近于1200度。在接下来的16个小时内，温度逐渐下降到600到700度。直到点火开始后的48小时里，DU弹有87％被氧化了。
以1983年4月在Nevada试验场(Hooker等)进行了外部热试验为例。该实验将12个M829弹围成一圈，绑在一起，在火中一并燃烧。武器弹放置在一个预设的试验台架上，该台架高2.5英尺，宽2英尺，长3.5英尺，并以3英寸的角铁支撑。六个不锈钢包裹的热电偶放置在试验台架之下用来记录火灾中弹发射时的温度。
1)设计的试验台盘
试验支架建立在30英尺×30英尺的方形试验台盘上，试验台盘是由0.25英寸高的不锈钢制成，外部有3英寸高的边缘。设置试验台盘的目的是方便火灾中产生物质的回收。在试验台盘的周围放置了容器以支撑由于火灾中燃烧温度较高而导致边缘变形。
2)燃料堆放
大块的木头片被堆放在弹堆的下方和周围，整个木头堆上洒满55加仑燃料点燃。在最初的三小时内，火势非常旺，能够达到800到1000摄氏度的高温，中心温度达到了1200摄氏度。
在最初燃烧的一小时内所有的12个弹头均燃烧。最初的时间段内，几乎观察不到物质的迁移扩散。四个弹中部分可见。气候条件和燃烧残余物的温度滞后了约两天的残留物质收集时间。
这些实验的结果，表明贫铀弹头燃烧后气溶胶的转化率介于2.0×10-4-10-2范围内，其中，可吸入份额的占比为10-5-0.2％。
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假定的放射性物质运输火灾事故的释放源项的获取方法，该获取方法通过开展现场热试验(不同燃料的燃烧热试验)，获取某类放射性核素的释放份额和可吸入份额。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种假定的放射性物质运输火灾事故的释放源项的获取方法，所述获取方法包括：
S1、将所运输的放射性物质点燃，记录现场的气象条件，布设放射性气溶胶的监测点位；
S2、在放射性物质燃烧现场的下风向的最大落点位置处布置监测点；
S3、点燃燃料，采集记录燃烧后释放的放射性物料的量；
S4、对采集的实验数据进行统计分析，并排除实验数据异常值；
S5、确定释放参数ARF和可吸入参数RF，ARF＝ma/(m1-m2),其中m1为放射性物料在燃烧前的初始质量，m2为放射性物料燃烧后的质量，ma为所收集到的各个粒径的放射性核素总重量；RF＝(M1+M2)/(M1+M2+M3+……MN),其中M1、M2、M3……MN为所收集到对应各个粒径的放射性核素重量。
在一些实施例中，在上述步骤S1中，记录的气象条件包括风向、风速、温度以及湿度。
在一些实施例中，在上述步骤S1中，还包括记录放射性物料在燃烧实验前的初始质量m1，并通过SEM扫描电镜中判定所燃烧物料的化学组分和对应的同位素占比。
在一些实施例中，在上述步骤S2中，在下风向的最大落点位置处布置3-5个监测点位，在上风向布置1个对照点位，并在侧风向布设1个监测点位。
在一些实施例中，在上述步骤S3中，通过空气采样器进行采集取样，记录采集的空气样量。
在一些实施例中，放射性物料在汽油和柴油的燃烧氛围上进行点燃。
本发明的有益效果为：本发明中的获取方法通过现场实验条件下，收集环境空气中的气溶胶浓度，分析气溶胶中的核素浓度，再通过燃烧样品前后的质量差，来获得总体的质量损失；最终，通过环境监测数据的统计和处理，获取释放份额和可吸入份额。
附图说明
图1为本实施例中获取方法的流程示意图。
图2为本实施例中获取方法中监测点位布局原理示意图。
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。
参见附图1至2所示，本实施例提供一种假定的放射性物质运输火灾事故的释放源项的获取方法，该获取方法包括：
S1、将所运输的放射性物质点燃，记录现场的气象条件，布设放射性气溶胶的监测点位；
在柴油和汽油燃料的燃烧氛围中，对所运输的放射性物料点燃，并按照现场记录的气象条件，布设放射性气溶胶的监测点位；记录的实验条件包括：现场气象条件(风向、风速、气温、湿度)，燃烧时间，燃烧核心的温度变化；此外还记录放射性物料质量，即记录放射性物料在燃烧实验前的初始质量m1，并通过SEM扫描电镜中判定所燃烧物料的化学组分和对应的同位素占比；
S2、在放射性物质燃烧现场的下风向的最大落点位置处布置监测点；
根据现场的风向和风速条件，初步估算出下风向的最大落点浓度位置。根据该距离，在下风向位置布设2-3个监测点位，在上风向布设1个对照点位，并在侧风向分别布设1个监测点位；
S3、点燃燃料，采集记录燃烧后释放的放射性物料的量；
分别点燃燃料，开始热试验，通过空气采样器(有粒径分级)采集燃烧后释放的放射性物料的量。根据现场燃烧的时间，适当的设定空气采样器的采集时间(h)，记录采集的空气样量(m3)或者(L)；燃烧后，记录燃烧剩余放射性物料的质量m2，以(mg)或者(kg)计。
Figure BDA0002811882980000061
表一
S4、对采集的实验数据进行统计分析，并排除实验数据异常值。
S5、确定释放参数ARF和可吸入参数RF，ARF＝ma/(m1-m2),其中m1为放射性物料在燃烧前的初始质量，m2为放射性物料燃烧后的质量，ma为所收集到的各个粒径的放射性核素总重量；RF＝(M1+M2)/(M1+M2+M3+……MN),其中M1、M2、M3……MN为所收集到对应各个粒径的放射性核素重量。
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 (6)

1.一种假定的放射性物质运输火灾事故的释放源项的获取方法，其特征在于，所述获取方法包括：
S1、将所运输的放射性物质点燃，记录现场的气象条件，布设放射性气溶胶的监测点位；
S2、在放射性物质燃烧现场的下风向的最大落点位置处布置监测点；
S3、点燃燃料，采集记录燃烧后释放的放射性物料的量；
S4、对采集的实验数据进行统计分析，并排除实验数据异常值；
S5、确定释放参数ARF和可吸入参数RF，ARF＝ma/(m1-m2),其中m1为放射性物料在燃烧前的初始质量，m2为放射性物料燃烧后的质量，ma为所收集到的各个粒径的放射性核素总重量；RF＝(M1+M2)/(M1+M2+M3+……MN),其中M1、M2、M3……MN为所收集到对应各个粒径的放射性核素重量。
2.根据权利要求1所述的一种假定的放射性物质运输火灾事故的释放源项的获取方法，其特征在于，在上述步骤S1中，记录的气象条件包括风向、风速、温度以及湿度。
3.根据权利要求2所述的一种假定的放射性物质运输火灾事故的释放源项的获取方法，其特征在于，在上述步骤S1中，还包括记录放射性物料在燃烧实验前的初始质量m1，并通过SEM扫描电镜中判定所燃烧物料的化学组分和对应的同位素占比。
4.根据权利要求1所述的一种假定的放射性物质运输火灾事故的释放源项的获取方法，其特征在于，在上述步骤S2中，在下风向的最大落点位置处布置3至5个监测点位，在上风向布置1个对照点位，并在侧风向布设1个监测点位。
5.根据权利要求1所述的一种假定的放射性物质运输火灾事故的释放源项的获取方法，其特征在于，在上述步骤S3中，通过空气采样器进行采集取样，记录采集的空气样量。
6.根据权利要求1所述的一种假定的放射性物质运输火灾事故的释放源项的获取方法，其特征在于，放射性物料在汽油和柴油的燃烧氛围上进行点燃。
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