第29卷第3期辐射防护V o l129N o13 2009年5月Radiati o n Protection M ay2009 CPR1000核电机组二回路系统稳态
运行期间的放射性源项计算
丁四中*上官志洪陶云良
(苏州热工研究院有限公司,江苏苏州,215004)
摘要本文在CPR1000核电机组二回路系统放射性物质产生、转移、去除等机理的基础上确定了二回路系统放射性源项的计算模型。计算结果表明,与根据法国的假定和相关设计参数取值得到的结果相比,本文所得源项计算结果要比法国提供的同类机组的源项结果更为保守;而按单台0.5kg/h稳定泄漏率假定得到的计算结果则远小于法国提供的同类机组的源项计算结果。
关键词核电机组二回路气载放射性液态放射性
1二回路系统
CPR1000核电机组二回路系统的流程简图如图1所示。由图1可见,发生泄漏的蒸汽发生器中的放射性蒸汽与来自另外两台蒸汽发生器中的蒸汽均匀混合,经汽轮机膨胀做功后进入冷凝器。在冷凝器中,蒸汽中的全部惰性气体和少部分碘(碘的份额与汽水分配因子有关)经冷凝器真空抽汽系统向大气排放。剩余的放射性蒸汽全部被冷凝成液态后经凝结水净化器处理后回到主给水系统。需要指出的是,二回路系统中的凝结水净化器只用来处理化学水质,不减少水中放射性活度。正常运行工况下,三台蒸汽发生器排污水汇总后经过前过滤器、除盐器和后过滤器净化处理后进入二回路补给水系统内复用,不产生放射性废液。
二回路系统放射性废液主要由不复用的蒸汽发生器排污和主给水系统泄漏产生。主给水系统泄漏连续发生,而蒸汽发生器排污的不回收废液则间断产生。设计时为了考虑一种更不利的工况,假定泄漏后蒸汽发生器排污有2次(于出现泄漏后的1个月末和2个月末,计算中选取不回收废液的排污时刻为泄漏后750h和1500h),在两次排污期间,蒸汽发生器水中所包含的总活度未经处理即通过蒸汽发生器排污系统向废液排放系统排放。
二回路系统放射性废气主要通过凝汽器真空泵抽汽释放,放射性废气由惰性气体和碘组成。
在正常运行工况下,蒸汽发生器排污需经除盐器净化处理后返回二回路系统复用。在净化过程中,排污废液中的放射性大量滞留在除盐器树脂中,达到一定程度后,将形成二回路系统废树脂。
2计算模型
211蒸汽发生器(S G)内核素放射性活度在推导蒸汽发生器内水相和汽相中核素的放射性活度时作了如下假设:
(1)蒸汽发生器一次侧向二次侧的泄漏均匀分布到三台蒸汽发生器;
(2)蒸汽发生器内裂变产物和腐蚀产物的净化是放射性衰变、排污、泄漏和抽汽的综合结果;
(3)不考虑放射性核素在二回路系统传输
*第一作者简介:丁四中,男,1981年8月出生,2006年毕业于清华大学核科学与技术专业,工程师。
过程中的衰变;
(4)假定二回路系统泄漏全部产生在主给水系统,且主给水系统中的核素比活度等于二回路系统蒸汽中的核素比活度减去冷凝器真空
抽汽系统排放的核素比活度。
按照二回路系统流程图(见图1),对三台蒸汽发生器中的水相,可以建立各放射性核素的平均活度平衡关系
:
图1 二回路系统流程简图F i g.1 F lowcha rt of second loop sy
stem
蒸汽发生器水相中核素活度变化量=蒸汽发生器一次侧泄漏进二次侧水中的核素活度-蒸汽发生器中衰变损失的核素活度-蒸汽带出的核素活度-蒸汽发生器排污带出的核素活度+补给水带入的核素活度。其中补给水带入的核素活度=主给水系统中的核素活度(其比活度为蒸汽中的核素比活度-抽汽带走的核素比活度)-主给水系统泄漏的核素活度+蒸汽发生器排污回收利用的核素活度。
根据上述假设,建立如下平衡方程:
d N /d t =(at +b)c -{K +[B -B /D +LP (1-Q )+SPQ ]/M }N (1)公式(1)的右边由一次侧向二次侧泄漏项(at+b)c ,衰变项K N,排污及排污回收利用项(B -B /D )N /M ,主给水系统泄漏项LP (1-Q )N /M 和凝汽器真空抽汽系统排放项SPQN /M 组成。
公式(1)的解为:
N =[N 0-(b -X a )c X ]exp (-t /X )+
ac X t +(b -X a )c X (2)
#136#辐射防护 第29卷 第3期
其中:X=1/{K+[B-B/D+
LP(1-Q)+SPQ]/M}(3)式中,N为SG水相中某核素瞬时放射性活度, GBq;N0为SG水相中某核素初始放射性活度, GBq;a为一回路初始泄漏率的变化率,4.8@ 10-5t/h2;b为一回路初始泄漏率,第一次排污前为0,第一次排污后为3.6@10-2t/h;c为一回路冷却剂放射性比活度,GBq/;t B为三台蒸汽发生器排污流量,3@10t/h;D为SG排污系统除盐器去污因子,10;K为核素衰变常数, 1/h;L为主给水系统泄漏率,22t/h;M为三台蒸汽发生器中水质量,3@44;t P为蒸汽发生器蒸汽携带因子,惰性气体100%,碘1%,其它裂变产物及腐蚀产物0.25%;Q为冷凝器碘汽水分配系数,10-4;S为主蒸汽流量,6000t/h;t 为时间,h。
蒸汽发生器水相中某核素放射性比活度C L(GBq/t)为:
C L=N/M(4)
蒸汽发生器汽相中某核素放射性比活度C S(GBq/t)为:
C S=NP/M(5)
主给水系统中某核素放射性比活度C F (GBq/t)为:
C F=NP(1-Q)/M(6)
蒸汽发生器中惰性气体放射性比活度推导时作了如下假设:
(1)蒸汽发生器一次侧泄漏到二次侧的所有惰性气体立刻被蒸汽全部带走;
(2)蒸汽内的惰性气体全部从冷凝器真空抽汽系统排放。
蒸汽发生器中惰性气体的放射性比活度C N(GBq/t)为:
C N=c(at+b)/S(7) 212二回路系统气载放射性源项
二回路系统产生的放射性废气通过冷凝器真空泵抽汽引起的释放,放射性废气主要为惰性气体和碘。
惰性气体和碘的年产生量可以由单位时间放射性泄漏量在泄漏时间内积分求得。
惰性气体年产生量W N(GBq)为:
W N=c(b T+aT2/2)(8)
碘年产生量W I(GBq)为:
W I=SPQ{[N0-(b-X a)c X]
[X-X exp(-T/X)]+ac X T2/2+
(b-X a)c X T}/M(9)式中,T为每次排污前的泄漏持续时间,750h。213二回路系统液态放射性源项
二回路系统产生的放射性废液由主给水系统泄漏和蒸汽发生器不可复用的排污两部分组成。主给水系统泄漏的放射性废液年产生量可以由单位时间放射性泄漏量在泄漏时间内积分求得。
二回路系统泄漏年产生量W L(GBq)为:
W L=LP(1-Q){[N0-(b-X a)c X]
[X-X exp(-T/X)]+ac X T2/2+
(b-X a)c X T}/M(10)蒸汽发生器排污指的是核电站长期热停堆或冷停堆后,重新启动时,要将蒸汽发生器内的全部废液排放出去。
蒸汽发生器排出的放射性废液年产生量W B(GBq)为:
W B=[N0-(b-Xa)c X]
exp(-T/X)+ac XT+(b-X a)c X(11) 214二回路放射性废树脂
蒸汽发生器排污前,需通过除盐器进行净化,净化后绝大部分放射性物质滞留在除盐器树脂中,根据假定,二回路系统放射性核素废树脂年贮存量W W(GBq)为:
W W=B(1-1/D){[N0-(b-Xa)c X]
[X-X exp(-T/X)]+ac X T2/2+
(b-X a)c X T}/M(12)
3结果比较
采用上述计算模型对CPR1000核电机组二回路系统放射性源项进行计算。计算时考虑了两种工况:工况A和工况B。两种工况的主要差别在于反应堆冷却剂的放射性比活度的高低。
工况A为正常运行工况。该工况对应于法国同类机组运行经验反馈,得到的源项为/预期值0。该工况对应于整个燃料循环周期内反应堆冷却剂的放射性比活度,相当于0.55 GBq/t131I当量。
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丁四中等:CPR1000核电机组二回路系统稳态运行期间的放射性源项计算
工况B为异常运行工况。该工况对应于反应堆冷却剂比活度极限值,得到的源项为/设计值0。该工况对应于运行技术规格书的限制条件并考虑了异常事件中较多的包壳破损情况下的最大反应堆冷却剂比活度设计值:在最初的1/4燃料循环周期内相当于0.55GBq/t 131I当量;中间的1/2燃料循环周期内相当于4.44GBq/t131I当量;最后的1/4燃料循环周期内相当于37GBq/t131I当量。
根据法国设计假定,在计算二回路系统放射性源项时,假设一台蒸汽发生器泄漏率在整个燃料循环周期末2个月内呈线性变化,反应堆冷却剂在该期间向二回路的泄漏率从0增加到72kg/h,其它时间泄漏率为0。对于工况A,泄漏期间一回路冷却剂放射性比活度为0.55 GBq/t131I当量;对于工况B,认为泄漏只发生在一回路冷却剂放射性比活度最大时(37GBq/t 131I当量)。
计算结果表明,根据法国设计参数取值,由本文建立的计算模型计算得到的二回路源项结果要大于法国所提供的同类机组的结果:
对工况A而言,计算得到的废气(惰性气体和碘之和,下同)、废液的放射性总活度(蒸汽发生器排污和二回路泄漏量之和,下同)分别为727GBq和1.75GBq,法国提供的废气、废液放射性总活度分别为674GBq和0.924 GBq。废气、废液的源项计算结果与法国提供的源项结果比较,相对偏差分别为7.86%和89.39%。其中,废气相对偏差最大的核素为131I (20.38%),废液相对偏差最大的核素为110m Ag (245.45%)。
对工况B而言,计算得到的废气、废液的放射性总活度分别为48500GBq和119GBq,法国提供的废气、废液放射性总活度分别为44985GBq和59.6GBq。废气、废液的源项计算结果与法国提供的源项结果之间相对偏差分别为7.81%和99.66%。其中,废气相对偏差最大的核素为134I(-89.04%),废液相对偏差最大的核素为135I(139.25%)。
4ANSI/ANS-18.1-1999稳定泄漏率由美国国家标准协会编写的美国国家标准ANSI/ANS-18.1-1999[1]认为:轻水堆核电厂正常运行时蒸汽发生器一次侧向二次侧的总泄漏率(三台蒸汽发生器)约为1.42kg/h,单台蒸汽发生器稳定泄漏率约为0.5kg/h。
在对工况A和工况B情况下二回路放射性废气和废液年产生量进行计算时,考虑整个燃料循环周期内,每台蒸汽发生器仅存在0.5 kg/h的稳定泄漏率,并在燃料循环周期末有一次排污,不考虑泄漏率在整个燃料循环周期末2个月内的线性增长。计算采用本文建立的计算模型。计算结果表明,采用美国标准协会ANSI/ANS-18.1-1999中给出的蒸汽发生器一次侧向二次侧的泄漏率假定得到的计算结果要比法国提供的同类机组二回路源项结果小得多:对工况A而言,放射性废气的总活度为177 GBq,放射性废液的总活度为0.198GBq;对工况B而言,放射性废气的总活度为3730GBq,放射性废液的总活度为4.86GBq。
5结论
本文在考虑了CPR1000核电机组二回路系统放射性物质产生、转移、去除等机理的基础上建立了二回路系统放射性源项的计算模型。相对于法国提供的计算模型而言,本文建立的计算模型进一步考虑了蒸汽发生器排污的回收利用、主给水系统的放射性泄漏和凝汽器真空抽汽系统碘的放射性排放。对蒸汽发生器放射性排污模型建立时,不再考虑蒸汽发生器排污废液的进一步衰变。上述因素使得本模型计算得到的二回路放射性源项比法国提供的更为保守。
关于蒸汽发生器一次侧向二次侧的泄漏,计算结果表明,采用法国线性泄漏假定得到的二回路放射性源项结果要比采用0.5kg/h稳定泄漏率假定所得结果保守的多。
参考文献
1AN SI.R adioacti ve source term f o r no r ma l operati on o f li ght wa ter reactors.AN SI/ANS-18.1.1999
(编辑部收稿日期2008年9月2日) (下转第153页,Continued on page153)
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#辐射防护第29卷第3期
S TUDY ON D IFFERENT I AL TRAN S CR IPTI ONAL PROFILE IN HUMAN HEPATOCYTE EXPO S ED
TO D IFFERENT DOS ES C RAY
L i Jianguo W en Jianhua Duan Zh i k ai T i a n Yu W ang Fang Zuo Yahu i
(D epart ment o f R ad i a tion M edic i ne and Env iron m entM ed ici ne ,Chi na Institute fo r R adiati on P rotection ,T aiyuan ,030006)
Abst ract The st u dy ana l y zed the d ifferen tial transcri p tional pr o file of nor m al hum an hepatic cell and
hu m an hepatic ce ll radiated w ith three different doses (0.5Gy ,2Gy ,4Gy C ray)by gene ch i p tech -n ique .The resu lts sho w ed tha t the w ho le differentially expressed genes o f three different doses have 284i n 14112hu m an genes ana l y zed ,i n wh ich 261genes w ere up -regulated and 23genes w ere do w n -regu la -ted .These genes are m a i n l y associated w it h i n terfer on receptor ,m itochondrial regulation ,ho m o sapiens hepatitis A vir us cellular receptor ,ce ll cyc le regulati o n ,kinase and zinc finger protei n etc .RT-PCR re -su lts i n d icated that up -regu l a ted expressi o n o f gene HAV cr -1,HAV cr -2,MFTC ,MOAP1and down -regu -lated expressi o n of gene TR I P12,DCN are consi s tent w ith gene chip data .
(K ey W o rds :C R ay ,H epatocy te ,G ene Chi p ,D ifferential Expression G ene)
(上接第138页,Con ti n ued fr o m e page 138)
STUDY ON CO M PUTAT I ONAL MODEL S OF
SECONDARY S OURCE TER M S FOR NOR MAL OPERAT I ON OF CPR1000NUCLEAR PO W ER PLANTS
D i n g S izhong ShangGuan Zh i h ong Tao Yunliang
(Suzhou N uc l ear Power R esearch Institute ,Jiangsu Suz hou ,215004)
Abst ract Co m putati o na l m odels o f secondar y source ter m s of no r m a l operation is established w ith
CPR1000nuclear po w er plan ts based on the overa ll process o f production ,transportation ,deconta m i n ation of secondary rad ioactive m a terials .The results co m puted w ith th i s m ode l and assum pti o n of France is m ore conservative than that provided by France ,but the resu lts co m puted w ith ANSI/ANS-18.1-1999as -sum ption i s far less than that pr ov i d ed by France .
(K ey W o rds :Seconda ry L oop ,L i qu i d R ad i oactive Source T er m s ,G as R ad i oacti v e Source T er m s)
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153#李建国等:不同剂量C 射线照射人肝细胞差异基因表达谱的研究