一种反应堆工程仿真机辐射值仿真方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于反应堆工程技术领域，具体地涉及一种反应堆工程仿真机辐射值仿真 方法。
【背景技术】
[0002] 反应堆工程仿真机是反应堆设计验证、系统研究分析以及操作员培训的重要工 具。反应堆最大的特点是运行时会产生放射性物质。因此，反应堆设计和运行的首要问题， 是保证放射性物质得到控制，防止辐射物质的泄漏和扩散。在工程仿真机上实现对放射性 物质泄漏状态及输运迀移的准确仿真，能为反应堆的设计和改进提供有效的参考依据，也 能为操作员的培训提供正确的放射性信息，间接保障反应堆的安全。
[0003] 目前，大部分工程仿真机对放射性物质的仿真，一方面获取的多核素等效参数不 精确，是凭工程经验人为取定等效参数，没有考虑到因核电机组类型及运行历史的变更导 致等效参数的变化，也不存在使用分段等效参数和分段辐射监测仪表公式的工程做法;另 一方面，则是对核素释放过程采用一步释放法，认为燃料棒内的核素以某一恒定的概率或 者遵照某种确定的规律向外释放。因此，其仿真结果容易出现偏差且误差较大，这不利于操 作员对各种事件和事故工况的判断。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于为解决上述问题而提供一种仿真精度高，仿真结果可靠的反应 堆工程仿真机辐射值仿真方法。
[0005] 为此，本发明公开了一种反应堆工程仿真机辐射值仿真方法，基于RELAP5-3D计算 程序及核电仿真平台实施，包括：
[0006] 过程A:获取多核素等效为单核数的等效参数，包括如下步骤
[0007] A10,获取堆芯源项数据及一回路运行工况放射性数据，包括核素种类及放射性活 度，确定仿真所针对的几大类核素；
[0008] A20,利用步骤A10获得的数据，通过多核素等效为单核素的计算，获取针对各种仿 真时间的等效参数；
[0009] 过程B:建立辐射监测系统模型，包括如下步骤
[0010] B10,基于反应堆系统热工水力模型，把核素的两步释放模型以及C0RS0R-M模型编 入RELAP5-3D程序的".i"输入文件；
[0011] B20，按照RELAP5-3D程序对放射性核素输运模型的设置方法，完成核素输运模型 的设置；
[0012] B30,依据反应堆的初步安全分析报告或最终安全分析报告及其他相关的设计文 件，使用建模仿真平台的逻辑函数模块建立辐射监测仪表，对辐射监测仪表的模拟采用如 下公式
[0013]
[0014]
[0015] 其中，a为比活度，单位Bq/m3, 为辐射剂量率，单位Gy/s，Ae为等效代表核素的衰 变常数，单位为等效代表核素的摩尔质量，单位kg/mol，N A为阿伏伽德罗常数，c为核 素的质量百分比浓度，P为系统回路管道或安全壳控制体内的流体密度，单位kg/m 3，互彳为第 i类核素每次衰变的平均辐射能或最概然辐射能，单位J/s;
[0016] B40，把过程A得到的等效参数置入步骤BIO、B20、B30的相应位置，完成整个建模工 作；
[0017] 过程C:根据所要仿真的事故设置始发事件，在仿真机模拟反应堆正常运行的状态 下插入始发事件，经核素释放及输运过程直达仪表监测计算，即可获得辐射监测系统仿真 结果。
[0018] 进一步的，所述步骤A10具体为:根据反应堆最终安全分析报告获取堆芯源项数据 及一回路运行工况放射性数据，包括核素种类及放射性活度，确定仿真所针对的几大类核 素，包括齒族核素、惰性气体、碱金属核素、活化微粒和水活化物。
[0019] 进一步的，所述步骤A20中，等效参数包括等效衰变常数10及等效相对原子质量Me， 等效衰变常数和等效相对原子质量的计算公式分别为
[0020]
[0021]
[0022] 其中，Ni,o为仿真时间t = 0时的第i类核素放射性原子核数目，Ai,o为仿真时间t = 0 时的第i类核素的活度，Μ为第i类核素的衰变常数，Mi为第i类核素的相对原子质量。
[0023] 更进一步的，所述步骤A20中，通过多核素等效为单核素的计算，获取针对各种仿 真时间的分段等效参数，包括分段等效衰变常数及分段等效相对原子质量(MO」，其 中，j为仿真时间的分段序号。
[0024]更进一步的，所述步骤B30中，采用如下公式建立辐射监测仪表
[0025]
[0026] t K^ehj[0027]其中，TP为最大仿真时间，Y为仿真时间的分段序号。[0028]进一步的，所述步骤B10中，核素的两步释放模型为[0029] a n=n(t)-n(t-i)[0030]
[0031]
[0032]
[0033] 其中，Λη为t时刻堆芯区新增的包壳破损度，η为全堆芯包壳破损度，〇.〇 < η < ?.〇，η^为t时刻包壳间隙瞬间释放的核素质量，θ为燃料棒内核素分布在间隙的份额，φ为 间隙喷放份额，ΜΑ被释放的核素 i的总积存质量，单位kg，Mav(t)为t时刻后至出现下一包 壳破损的时段A t内，有机会从燃料芯块释放的核素质量，Mre为截至上一步长结束时核素 i 的累计总释放量，每一个步长的计算都需要对其进行累计，其单位kg，Mre3le3ase3(t)为t时刻至 出现下一包壳破损的时段At内，实际从堆芯释放的核素质量，f是核素 i的份额释放率，单 位 1/s。
[0034] 进一步的，所述份额释放率f模型使用C0RS0R-M模型。
[0035]进一步的，所述步骤B20中，核素输运模型采用一维欧拉输运模型，其放射性核素 质量守丨旦方程为：
[0036]
[0037] 其中，Να是阿伏伽德罗常数，Mw是原子摩尔质量，P是每单位体积的放射性核素质量 密度，V是流体的速度，A是管路流动方向上的横截面面积，S是单位体积内每秒出现的放射 性核素原子数，c为核素的质量百分比浓度。
[0038]本发明的有益技术效果：
[0039] 本发明使用针对仿真问题时间进行分段等效的多核素等效方法，并通过核素两步 释放模型及一维欧拉输运模型实现对反应堆放射性物质的实时准确仿真，具有如下优点：
[0040] 1.针对不同事故工况的不同时间段进行多核素等效，其等效效果更加准确。
[0041] 2.使用核素的两步释放模型可区分间隙释放和芯块释放两个过程，相对于常用的 一步释放模型，两步模型引入一个间隙释放份额参数，为仿真效果的调整提供更大的灵活 性，且更符合反应堆实际的核素释放过程。
[0042] 3.给出了具体的辐射监测仪表模拟公式，使多核素等效参数的应用更加具体且全 面，提高工程建模的可靠性。
【附图说明】
[0043]图1为本发明实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0044]现结合附图和【具体实施方式】对本发明进一步说明。
[0045] 在此，先对本发明使用到的多核素等效为单核数和核素两步释放的原理进行说 明。
[0046] -.多核素等效为单核数
[0047] 放射性核素的指数衰变规律：
[0048] N(t)=Noe_At……(1)
[0049] 放射性核素活性定义：
[0050] A(t)=AN(t)=ANoe-At……(2)
[0051] 其中，No为仿真时间t = 0时的放射性原子核数目，λ为衰变常数。
[0052]放射性核素等效的基本原则是要保证任意时刻都满足放射性活度等价，即本质上 就是要保证对任意时刻做等效计算前与计算后均须满足原子核衰变数相等。这条原则简称 放射活度等价或活度等价。在活度等价原则的背后还隐含另一个基本原则一一未衰核数等 价或称核数等价，即要求保证对任意时刻做等价计算前与计算后均须满足未衰变的原子核 数相等。
[0053]依据核数等价原则及活度等价原则，所求得的多核素等效常为：
[0054]
[0055] 由相对原子质量的定义式：
[0056]
[0057]
[0058] 所求的等效核相对原子质量为：
[0059]
[0000]其中，ru为待等效的多个核素中第i种核素原子核数所占总核数的比例，Ni,o为仿 真时间t = 0时的第i类核素放射性原子核数目，Am为仿真时间t = 0时的第i类核素的活度， Μ为第i类核素的衰变常量，it为第i类核素的相对原子质量。
[0061] 二.核素两步释放
[0062] 本发明人认为：反应堆燃料棒内放射性核素的释放分为间隙释放和芯块释放，但 是在包壳破损瞬间，间隙释放只能放掉间隙内核素积存量的一部分即所谓的间隙喷放份 额，而后间隙内所剩的核素积存量将随同芯块内积存的核素一起按照特定的释放规律进行 后续的释放。具体如下所述：
[0063] 设t时刻堆芯区新增的包壳破损度为
[0064] a n=n(t)-n(t-i)......(5)
[0065] 其中，η为全堆芯包壳破损度，〇·〇<η< 1-0。
[0066] t时刻包壳间隙瞬间释放的核素质量：
[0067]
[0068] 其中，Θ为燃料棒内核素分布在间隙的份额；p为本二步释放法所定义的间隙喷放 份额;Mi为被释放的核素 i的总积存质量，单位kg。
[0069] t时刻后至出现下一包壳破损的时段At内，有机会从燃料芯块释放的核素质量：
[0070]
[0071] 此处Mre为截至上一步长结束时核素 i的累计总释放量，每一个步长的计算都需要 对其进行累计，其单位kg。
[0072] t时刻至出现下一包壳破损的时段At内，实际从堆芯释放的核素质量：
[0073]
[0074] 其中，f是核素 i的份额释放率，单位Ι/s。本具体实施例中，份额释放率模型使用 ⑶RS0R-M模型，在其它实施例中，也可以采用其他更有效的模型。C0RS0R-M模型为现有技 术，此不再细说。
[0075]根据上述的多核素等效为单核数和核素两步释放的原理，一种反应堆工程仿真机 辐射值仿真方法，如图1所示，包括：