CFETR失真空事故下放射性迁移研究

发布时间：2020-04-14 11:51

【摘要】：中国聚变工程实验堆(CFETR)桥接着国际热核聚变实验堆(ITER)和聚变商用电站(FPP),是中国聚变堆发展路线图中的重要里程碑。CFETR安全研究与评价是其获得安全许可证的保证。失真空事故(LOVA)是聚变堆相较于裂变堆而言特有的安全事故。在正常的运行过程中,真空室中为接近真空状态。事故情况下,由于部件的失效,可能导致空气进入真空室引发LOVA事故。由于空气的进入,可能导致一系列严重事故后果,如真空室失压、粉尘迁移、氢气/粉尘燃烧和放射性迁移等,从而给装置和人员带来风险。因此,本论文针对LOVA事故特性与后果进行分析研究,将为CFETR的系统安全研究提供有力支撑。首先,基于2016版CFETR设计,采用CFD数值模拟的方法,利用商用程序ANSYS CFX,对CFETR LOVA事故进行详细分析。在模型有效性验证的基础上,对LOVA事故情况下空气进入真空室时的空气流动特性进行分析,并充分考虑各种事故工况,研究多种因素(真空室初始温度、初始压力、破口大小和破口位置)对气体流动特性的影响,以解明不同事故工况下的空气流动特性,为粉尘迁移研究和放射性迁移研究提供支持。其次,在得到LOVA事故空气流动特性结果的基础上,参考ITER事故工况,对发生在真空室中部破口情况下,钨粉尘在高速空气流动作用下的迁移行为进行模拟研究,得到LOVA事故情况下钨粉尘在真空室中的分布规律。在此基础上,对LOVA事故下空气进入真空室与氢气/粉尘混合后,可能导致的氢气/粉尘安全问题进行分析,并对缓解措施进行讨论。最后,根据失真空分析和粉尘迁移分析结果,计算不同迁移路径下氚和粉尘的源项,得到在LOVA事故情况下氚和粉尘可控释放到环境中的保守释放量。分析表明,不同迁移路径对放射性释放量有非常大的影响。在此基础上,利用MATLAB编程的方法,对氚和粉尘释放到环境中的迁移分布进行模拟。基于滨海厂址和内陆厂址,对LOVA事故早期个人剂量进行评估。结果显示,氚在早期个人剂量中占据主导地位;候选厂址的气象条件对LOVA事故早期个人剂量有较大影响;LOVA事故后假想厂址规划限制区内早期最大个人剂量约为0.4430 mSv,远低于国家标准的控制值水平。本论文为CFETR发生LOVA事故情况下的放射性安全评估提供了思路。有利于CFETR安全分析过程中对LOVA事故进程和后果的理解,为CFETR安全系统和缓解措施的设计优化提供参考和支持。
【图文】：

１．２．１．１实验研究逡逑为了研宄ＩＴＥＲ真空室中发生ＬＯＶＡ事故的情形，意大利ＥＮＥＡ搭建了实验逡逑装置ＳＴＡＲＤＵＳＴ［１７１，其结构如图１．１所示。ＳＴＡＲＤＵＳＴ可以通过打开不同的调逡逑节阀（图中的ＶａｌｖｅＡ对应赤道面窗口，ＶａｌｖｅＢ对应偏滤器窗口），实现对ＩＴＥＲ逡逑不同窗口部件发生失效破损时的空气射入位置的模拟实验研究。除此之外，可以逡逑通过阀门开度调节入口流量。在实验中，通过传感器，可以实现对入口流量、压逡逑力、温度等参数的监控和测量。逡逑图Ｕ邋ＳＴＡＲＤＵＳＴ模拟ＬＯＶＡ破口位置示意图逡逑在后续的研究中，ＥＮＥＡ将ＳＴＡＲＤＵＳＴ升级为ＳＴＡＲＤＵＳＴ－Ｕｐｇｒａｄｅ邋（见图逡逑１．２左）［｜８］，在原有ＳＴＡＲＤＵＳＴ的基础上，在罐体顶部和侧面开了新的空气入逡逑口。通过这些新开的入口，详细研宄空气射入角度对ＬＯＶＡ事故特性的影响。逡逑图１．２邋ＳＴＡＲＤＵＳＴ－Ｕ装置示意图（左）、大尺寸负压实验装置（右）逡逑德国ＫＩＴ的研宄人员Ｍｉｋｅ邋Ｋｕｚｎｅｔｓｏｖ＾１９］等人在一个内径为１．８邋ｍ，长度为３．７逡逑３逡逑

逡逑ｍ，容积为８．８邋ｍ３的圆柱形容器（如图１．２右）中进行了模拟ＬＯＶＡ事故情况下逡逑空气射入不同初始压力的真空室的实验研宄。实验装置顶部中间位置有不同直径逡逑（４ｍｍ，６ｍｍ，邋１０ｍｍ）的入口管道，并有压力传感器对装置中的压力进行测量，逡逑同时在空气中混入微小液滴对空气射流的结构进行可视化测量，结果如图１．３所逡逑ＴＪｎ邋0逡逑２００ｍｂａｒ逦２５０ｍｂａｒ逦３００ｍ邋ｂａｒ逦３５０ｒｏｂａｒ逦４００ｍｂａｒ逦４５０ｍｂａｒ逦５００ｍｂａｒ逡逑ｉ逦兮逦兮逦？令令逦令逡逑：丨丨＂１＊．逡逑ＷＸＪｍｂａｒ逦７００ｍｂａｒ逦８００ｍ邋ｂａｒ逦９００ｎｉｂａｒ逦９５０ｍ邋ｂａｒ逦９Ｓ０ｍｂａｒ逦９９（）ｍｂａｒ逡逑￣逦？r>？逦，一？邋－邋＿一逦？邋＿＿邋■邋■■■邋这．＿＿邋擎？邋，，邋：■邋■邋ｍ＊—逡逑‘邋Ｍ邋ｌ＿Ｍ｜逡逑图１．３实验装置内不同初始压力时空气射流图逡逑１．２．１．２数值模拟研究逡逑目前针对ＬＯＶＡ事故的数值模拟研宄相较于实验研宄要丰富和全面一些。逡逑意大利ＥＮＥＡ的科研人员Ｃ．邋Ｂｅｌｌｅｃｃｉ等人［１７］，【Ｍ】，［２４］基于ＳＴＡＲＤＵＳＴ和逡逑ＳＴＡＲＤＵＳＴ－Ｕ装置中实验的基础上，将模拟结果与实验数据进行比较，对数值逡逑模型进行了验证。同时对不同破口位置的空气射流进行了模拟分析研究，解明了逡逑破口位置对空气流动特性的影响。同时在进行了验证的基础上
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TL64

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本文编号：2627265