【摘要】：氘氚聚變反應在實現(xiàn)能量自持方面需要最低的聚變?nèi)胤e,因而被認為是能夠率先實現(xiàn)商業(yè)聚變能的聚變反應。氘氚聚變反應也帶來了特殊的放射性安全問題:一方面氚具有放射性,另一方面聚變反應產(chǎn)生的中子和材料發(fā)生活化反應,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致公眾急性死亡。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、ACUTRI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準進行討論和建議。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準建議在ITER氚排放標準基礎上適當放寬,約一個量級。事故狀態(tài)下,對單位氘瞬態(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)境和公眾造成的嚴重后果,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分析。結(jié)果表明,聚變堆雖然具有一定的安全優(yōu)勢,但同樣可能引起嚴重的公眾輻射后果。
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TL64

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本文編號：2530337