【摘要】：氘氚聚變反應(yīng)在實(shí)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(shí)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(gè)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(dòng)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(huì)影響公眾健康,大量級(jí)的釋放還可能導(dǎo)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(duì)聚變堆在正常運(yùn)行和事故狀態(tài)下混合氚源(HT和HTO)的環(huán)境釋放,在FDS團(tuán)隊(duì)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(jì)算模型。同時(shí)根據(jù)個(gè)體受輻照劑量和急性死亡、癌癥發(fā)生率的關(guān)系,最后實(shí)現(xiàn)了氚釋放的環(huán)境遷移和公眾健康評(píng)價(jià)。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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證,為聚變堆氚釋放的環(huán)境遷移和公眾后果評(píng)價(jià)提供了一套合理、準(zhǔn)確的模型。其次,基于模型程序,對(duì)聚變堆在正常運(yùn)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(jìn)行模擬分析,并對(duì)聚變堆的氚釋放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行討論和建議。正常運(yùn)行時(shí),評(píng)估了 ITER類型聚變堆正常運(yùn)行的公眾劑量,結(jié)果表明,ITER類型聚變堆正常運(yùn)行的公眾輻射劑量遠(yuǎn)低于輻射劑量限值,甚至低于豁免水平。因此,從輻射防護(hù)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(gè)量級(jí)。事故狀態(tài)下,對(duì)單位氘瞬態(tài)釋放后,環(huán)境中的氚濃度和公眾個(gè)人劑量進(jìn)行評(píng)估分析,同時(shí)參考中國和ITER對(duì)事故分類、對(duì)應(yīng)的劑量限值的規(guī)定,對(duì)聚變堆不同事故狀態(tài)下的最大允許氚釋放源項(xiàng)進(jìn)行反推,從輻射防護(hù)角度闡述聚變堆的最大允許氚釋放源項(xiàng)參考數(shù)據(jù)。最后,考慮到歷史上兩次7級(jí)裂變核事故對(duì)環(huán)境和公眾造成的嚴(yán)重后果,對(duì)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(jìn)行評(píng)價(jià)。主要從事故描述、放射性釋放源項(xiàng)、公眾個(gè)人劑量、致死區(qū)域和環(huán)境恢復(fù)時(shí)間等角度進(jìn)行系統(tǒng)性評(píng)價(jià),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(duì)假想事故導(dǎo)致的公眾急性死亡、急性癌癥率進(jìn)行評(píng)價(jià)。為進(jìn)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(jí)裂變核事故的環(huán)境釋放源項(xiàng)在同等環(huán)境狀況下的公眾后果進(jìn)行對(duì)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(yán)重的公眾輻射后果。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TL64

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本文編號(hào)：2530337