化学爆炸条件下钚气溶胶扩散数值模拟

为了更加准确地描述化学爆炸后钚气溶胶的扩散过程以及分布规律,在化学爆炸过程仿真计算的基础上,建立了化学爆炸源项简化模型,提出了基于稠密离散相模型(Dense Discrete Phase Model,DDPM)的仿真方法。通过比对Green Field 2实验数据验证了方法的准确性,开展了化学爆炸条件下钚气溶胶的扩散行为数值模拟,讨论了钚气溶胶颗粒分布规律以及压力、速度的变化规律。结果表明:钚气溶胶扩散分布呈现蘑菇云状,粒径较大颗粒集中在烟云茎部或地面,粒径较小颗粒集中在烟云内部及顶部;化学爆炸后烟云内压力变化主要在0.1 s以前,烟云中心线上呈上升涡环状;颗粒速度分布呈喷涌状,并在激波到达时迅速达到最大值,而后缓慢下降。

化学爆炸事故中钚气溶胶扩散沉积数值模拟

为了更准确认识化学爆炸事故放射性烟云运动的轨迹和规律特征,基于街区尺度,结合钚材料在爆炸载荷作用下形成气溶胶粒子的源项经验数据,建立了化学爆炸事故放射性烟云的计算流体力学理论模型,模拟了烟云中钚气溶胶的大气扩散及近地沉积过程,分析了单风向条件下建筑区域流场对钚气溶胶扩散和沉积的影响。根据数值模拟结果,结合不同粒径气溶胶粒子的扩散行为,对化学爆炸事故的应急处置提出了建议。研究发现:大粒径钚气溶胶粒子在近地处的行为受建筑区域流场影响明显,在扩散和沉积过程中,烟团主体在垂直风场方向上出现偏移;小粒径气溶胶粒子在大气中扩散时表现出烟团主体的偏移、抬升和烟团边缘的发散等行为特征,并随烟团所在高度的增加而减弱。

复杂地下硐室群核事故钚气溶胶扩散行为研究

涉核地下硐室群核事故产生的钚气溶胶威胁核设施的长期运营安全,现有关于封闭空间内的钚气溶胶扩散行为研究主要涉及简单硐室,而未涉及复杂地下硐室群,复杂地下硐室群核事故钚气溶胶扩散行为尚未得到充分揭示。首先对核事故钚气溶胶源项进行分析,讨论了钚气溶胶颗粒产生的方式和粒径分布特征,给出了硐室内钚气溶胶初始浓度的估算方法;然后通过分析钚气溶胶颗粒的空气动力学行为,给出了适合于描述钚气溶胶颗粒在硐室内传输的本构模型,建立了地下硐室群内钚气溶胶扩散行为模拟方法;最后以某复杂地下硐室群为例,采用Ventsim软件对两种释放场景(缓慢释放和剧烈释放)、不同释放位置条件下钚气溶胶的扩散行为进行了数值模拟,并对硐室群核事故应对措施展开了讨论。结果表明:钚气溶胶在硐室群内的扩散行为主要受核泄漏方式、核泄漏位置、钚气溶胶颗粒粒径以及通风系统的影响,通过合理规划硐室群布局、通风风路、防核泄漏措施等,可有效降低核污染扩散的风险。该研究结果对于地下硐室群核安全设计、核应急处理与核扩散风险管控等措施的制定具有一定的参考价值。

气溶胶直接进样电感耦合等离子体-质谱法快速测定环境气溶胶中^(239)Pu

采用本实验室建立的气溶胶直接进样ICP-MS在线定量分析技术,对取样钢瓶取得的某环境气溶胶样品进行直接进样快速分析。结果表明:对239Pu的检出限为1.4×10-3Bq/m3;所测样品浓度在3.1×10-3～1.2×10-2Bq/m3之间,比法规限值低一个量级以上。

大气气溶胶中超痕量钚的电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)分析

本文通过采用膜去溶进样系统与 ICP-MS联用技术和同位素稀释质谱法定量分析了大气气溶胶样品中 fg量级的钚。方法对大气中 2 39Pu的定量限达到了 5 .7× 1 0 -8Bq/ m3。膜去溶系统的使用提高了样品的利用效率 ,并有效降低了复合离子 2 38U1H+对 2 39Pu测定的影响 ,使仪器的分析灵敏度 (相对 )提高了近一个数量级 ,对 2 39Pu的检出限达到了 0 .4 fg/ m L。

核事故条件下钚气溶胶源项研究综述

对核事故条件下钚气溶胶源项的理论和实验研究进行了总结和评述,主要包括钚材料的氧化反应机制、气溶胶的颗粒尺寸分布以及核事故发生后钚气溶胶从事故源处释放的比率和可吸入率。进一步对比了炸药化学爆炸、静态燃烧及动态燃烧3类核事故场景中钚气溶胶的源项数据并得出结论。静态燃烧和液滴未爆炸的动态燃烧场景中钚气溶胶的生成机制类似,前者相对较低的气溶胶释放率源于反应过程中的热量损耗及固态材料对空气流动的阻碍;动态场景中液滴爆炸并泄露出大量钚蒸汽将产生更高的气溶胶率及可吸人率;炸药爆炸条件下钚材料的氧化反应是最剧烈的,将产生最高的源项数据。

炸药化学爆炸环境中模拟钚气溶胶源项实验研究

采用高密封爆炸容器为实验平台,以银、钨、锡、铈、钒5种金属为钚的替代材料,开展爆轰加载条件下金属材料气溶胶源项实验,对炸药化学爆炸事故条件下钚气溶胶源项开展实验模拟研究。利用8级冲击式气溶胶采样器对金属气溶胶进行间隔采样,采用电感耦合等离子体质谱分析方法对空气动力学直径10μm以下的5种金属气溶胶源项分布进行分析,并与美国钚气溶胶外场扩散实验结果进行对比。研究结果表明：金属银在实验室条件下可实现对钚气溶胶源项的模拟,其归一化积累质量分布与钚材料具有较高的一致性,其他4种材料均与钚差距较大。进一步对银气溶胶进行时间间隔采样,并通过能谱分析及扫描电镜等表征手段研究了银气溶胶源项随时间的演化特性。结果表明：爆轰后初次采样时,1.1~2.1μm粒径范围的银气溶胶含量最高;二次采样时,银气溶胶发生了显著的凝并和沉降。

某污染区含钚再悬浮气溶胶的粒度特征

实验采集了某污染区的土壤和分级气溶胶样品,分析了其中239Pu的含量,研究了含钚再悬浮气溶胶的粒度特征,并结合土壤风蚀机理对核素再悬浮的过程进行了讨论。研究表明:在未扰动情况下,239Pu的活度中值空气动力学直径均值为3.1μm;在扰动情况下,大颗粒的浓度显著增加,而小颗粒中的239Pu的比例明显下降;239Pu的典型粒度分布样式基本符合文献提出的137Cs的部分粒度分布样式;再悬浮气溶胶中的239Pu的富集因子在0.002~0.2,与粒径的关系不显著。

炸药爆炸条件下钚气溶胶扩散研究综述

对炸药爆炸条件下,钚气溶胶扩散研究中的源项特性和扩散模型进行了总结,并对扩散模型的特点进行了评述和对比。根据事故应急响应要求对扩散计算模型的选择进行了相关讨论,同时提出钚气溶胶扩散研究中值得关注的问题。

爆轰加载下银气溶胶源项实验研究

为研究钚气溶胶生成规律及源项分布,提出了一种密封环境下的金属气溶胶源项实验方法,利用爆炸容器及气溶胶采样器等实验设备,开展了钚替代材料银的气溶胶源项生成实验,分析了空气动力学直径小于10μm的银气溶胶源项分布特性,并与外场扩散试验中钚气溶胶数据进行了对比。进一步采用不同炸药及加载装置,对相同银片样品进行加载实验,研究了加载峰值压力对银气溶胶源项分布的影响。研究结果表明,金属银可作为替代材料研究爆轰加载条件下钚气溶胶的源项参数,在一定实验条件下,二者归一化积累质量分布具有较高的一致性;爆轰加载产生的银气溶胶中,较小粒径气溶胶质量含量较高。气溶胶总量与加载峰值压力呈二次函数分布,当峰值压力超过某个临界值时,气溶胶总量将达到极值;此外,通过对同发次实验的3次不同采样数据进行分析,发现了较明显的气溶胶凝并和沉降现象。

基于波移光纤及硅光电倍增管的钚气溶胶测量系统

钚气溶胶测量是进行钚材料相关实验研究的基础。为了确保辐射安全,常需将钚材料密封于密闭容器内以实现对钚气溶胶的包容,商用钚气溶胶监测设备由于难以放入含钚密闭容器而不适用于该应用场景下钚气溶胶浓度的监测。使用ZnS(Ag)闪烁体作为辐射灵敏材料放置于含钚密闭容器内,通过波移光纤将闪烁体信号引出密闭容器,并通过硅光电倍增管实现对闪烁体信号的采集,使用该技术路线建立的钚气溶胶测量系统能够用于密闭容器内钚气溶胶的测量。该测量系统可根据具体需求实现对探测器尺寸、形状的定制,具有功耗低,结构相对简单等优点,实现了密闭容器内钚气溶胶的远程就地测量,具备n/γ混合辐射场下α粒子甄别测量能力。

核取证中放射性气溶胶技术的研究与应用进展

核取证的关键工作是识别核材料的来源,改进其物理保护措施,防止发生不可预见的核材料盗窃和转移。放射性气溶胶是核材料在大气环境中的一种重要形式,探索一套适用于放射性气溶胶的溯源技术是核取证的关键问题之一。综述了在核取证工作中放射性气溶胶,尤其是钚气溶胶的取证技术的研究进展,包括数值模拟技术、取样技术、分析与测量技术等方面,并介绍了一些典型的放射性气溶胶核取证的案例,以期为放射性气溶胶的核取证工作提供参考。

载有钚-238放射源航天器发射事故放射性气溶胶高斯弥散模型分析

为了评估航天器发射事故中钚-238放射性气溶胶的影响,本文运用高斯弥散模型,计算了事故释放点周围人员受照的有效剂量、可吸入气溶胶的浓度和地面沉积浓度。计算结果表明,不同的气溶胶弥散状态所导致的放射性物质污染区域和范围有所区别。该结果将为发射事故的快速辐射应急响应提供依据。

基于气溶胶再悬浮模型的钚污染区环境评价

核装置中的钚材料在试验及事故条件下会以气溶胶形态释放到环境中,可造成环境污染和人员可吸入危害。针对陈旧辐射污染区的钚气溶胶再悬浮评估可以弥补钚气溶胶扩散数值模型无法开展钚泄漏事件中长期环境危害评估的不足,对于确认污染区因自然及人为扰动引起的钚气溶胶环境浓度波动及对应的净化处理工作具有指导意义。以大气物理学、地质学和辐射剂量学为基础建立钚气溶胶再悬浮经验模型,通过对典型陈旧辐射污染区进行试验测量和数值分析,并利用该模型对典型陈旧辐射污染区钚气溶胶再悬浮的环境危害进行了评估。结果表明:土壤侵蚀度是决定钚气溶胶再悬浮程度的内因;核爆试验场的钚气溶胶再悬浮程度远低于含钚材料的非核爆试验场;自然及人为扰动均会造成短期内陈旧污染区钚气溶胶环境浓度的剧烈波动;通过土壤净化可使污染区域的钚气溶胶再悬浮浓度降低至环境允许标准。

钚气溶胶α反冲迁移的蒙卡模拟

目的评估钚气溶胶α反冲导致的迁移能力。方法本文用蒙特卡罗方法对含钚纳米气溶胶的反冲沉降和布朗运动进行了模拟。首先抽样了反冲角度和沉降过程中的布朗运动纵向落地首达时,然后抽样出横向布朗运动位移来确定气溶胶最终沉降位置。结果对于粒径10-50 nm的气溶胶单次反冲沉降作用最大的迁移距离为1.39μm,布朗运动会使其迁移能力增大,大概率沉降至100μm以内,仍有小概率长时间滞空悬浮。结论α反冲是钚气溶胶迁移的机制之一。纳米气溶胶长距离迁移的重要机制是反冲后的布朗运动可能使其长时间悬浮。

美国国家实验室钚气溶胶研究进展

钚气溶胶主要来源于核武器试验与核反应堆事故,这两种方式产生的粒子直径差异较大。钚气溶胶研究在核试验数据分析、核武器扩散监督、核取证分析、核安全监测、核能源开发等方面意义重大。本文综述了洛斯-阿拉莫斯(LANL)、劳伦斯-利弗莫尔(LLNL)、桑迪亚(SNL)、太平洋西北(PNNL)、橡树岭(ORNL)、阿贡(ANL)、爱达荷(INL)等7个美国国家实验室对钚气溶胶物化性能的相关研究进展,涉及气溶胶特性表征、动力学粒径分布、滞留时间、仪器分析、收集与取样、形成机理等内容。研究现状表明,钚气溶胶在不同场景下的物化行为数据有限,实验验证难度大,仍然是一个充满挑战的难题。

钚气溶胶环境中惰性气体氪迁移过程研究

放射性气体的安全性问题是涉及反应堆运行中必需研究的重要问题.因此在钚气溶胶环境中,对钚材料裂变产生的放射性气体裂变产物,需要研究其在钚气溶胶环境中的迁移过程.对放射性惰性气体Kr87,Kr88的实验测量数据进行了具体分析.依据它们具有钚材料直接裂变和作为固体裂变产物子体两种来源这一物理特性,在不同的制样时间对Kr87/Kr88比值变化规律进行分析.确立了这两种来源的在钚气溶胶环境中的物理图像和迁移过程的物理模型,并与实验数据进行比较以验证模型的正确性.