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)為是能夠率先實現(xiàn)商業(yè)聚變能的聚變反應(yīng)。氘氚聚變反應(yīng)也帶來了特殊的放射性安全問題: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。以國際聚變堆ITER為例，整個聚變系統(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)境釋放會影響公眾健康，大量級的釋放還可能導(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，本文針對聚變堆在正常運行和事故狀態(tài)下混合氚源（HT和HTO）的環(huán)境釋放，在FDS團隊多年深入研究開發(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算模型。同時根據(jù)個體受輻照劑量和急性死亡、癌癥發(fā)生率的關(guān)系，最后實現(xiàn)了氚釋放的環(huán)境遷移和公眾健康評價。并開展了國際知名程序UFOTRI、AC

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

4、量遠低于輻射劑量限值，甚至低于豁免水平。因此，從輻射防護的角度，未來聚變堆的氚排放標(biāo)準(zhǔn)建議在ITER氚排放標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上適當(dāng)放寬，約一個量級。事故狀態(tài)下，對單位氚瞬態(tài)釋放后，環(huán)境中的氚濃度和公眾個人劑量進行評估分析，同時參考中國和ITER對事故分類、對應(yīng)的劑量限值的規(guī)定，對聚變堆不同事故狀態(tài)下的最大允許氚釋放源項進行反推，從輻射防護角度闡述聚變堆的最大允許氚釋放源項參考數(shù)據(jù)。
　　最后，考慮到歷史上兩次7級裂變核事故對環(huán)境和公眾造成的

5、嚴(yán)重后果，對聚變堆假想事故在保守釋放和環(huán)境狀況下的環(huán)境和公眾后果進行評價。主要從事故描述、放射性釋放源項、公眾個人劑量、致死區(qū)域和環(huán)境恢復(fù)時間等角度進行系統(tǒng)性評價，此外，考慮到中國積極的核能政策和人口密度大的國情，基于中國某沿海核電廠址周邊80 km內(nèi)的人口分布數(shù)據(jù)，對假想事故導(dǎo)致的公眾急性死亡、急性癌癥率進行評價。為進一步從環(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級裂變核事故的環(huán)境釋放源項在同等環(huán)境狀況下的公眾后果進行對比