核事故应急情况下快速确定辐射剂量率场的方法及其应用

仲崇军，苟全录，张鹏飞，李 冰

（江苏核电有限公司，江苏 连云港 222042）

核事故应急情况下快速确定辐射剂量率场的方法及其应用

仲崇军，苟全录，张鹏飞，李 冰

（江苏核电有限公司，江苏 连云港 222042）

介绍并分析了在核事故应急情况下，应急辐射监测和事故后果评价两种确定辐射剂量率场的方法及存在的不足，根据估算照射率场分布的方法引出快速估算辐射剂量率场的计算方法，并对其在事故应急和演习中的应用进行了分析。

核事故；辐射；应急；剂量率场

在核事故应急情况下及时掌握辐射剂量率的分布情况有利于及时、正确地决策防护行动。在放射性释放期间，主要是根据γ剂量率值对照操作干预水平[1-2]确定或调整防护行动。目前获取γ剂量率分布的方法主要为通过大面积环境辐射巡测或事故后果评价软件计算方法。但是在事故早期，由于时间和人力等限制，不可能在短期内组织大量的监测队伍在大面积的污染区域进行监测；同时由于恶劣天气等外部条件的限制，甚至无法开展辐射巡测工作。而事故后果评价软件的误差又很大，且目前开发的事故后果评价软件无法根据实测数据进行辐射剂量率场的重新评估。本文提供一种快速估算辐射剂量率场的方法，方便在事故应急时根据实测辐射剂量率数据估算辐射剂量率场，同时也可以利用这种方法在演习中设计辐射剂量率场，便于真实模拟事故辐射情景，从而达到锻炼应急队伍的目的。

1 目前核电厂确定辐射剂量率场的一般方法及存在的不足

根据核电厂制定的核事故应急计划和相关程序，严重核事故发生以后，一般情况下核电厂将首先根据事故工况确定防护行动，同时开展场区及场外环境（一般指5 km以内区域）辐射监测工作，以便为预估辐射剂量率场和调整或结束防护行动提供必要的基础数据。事故早期主要监测的内容包括γ剂量率巡测、地面沉积巡测、空气取样分析等。其中对于早期防护行动决策有重要实效性的测量主要是γ剂量率巡测。

这种方法要求组织巡测队伍在较大的范围开展监测工作，同时利用已建立的固定辐射监测站点进行测量，并将这些得到的测量值记录在表格中或标绘在地图上，由环境辐射分析人员根据这些监测数据并参照地理与气象等信息综合分析得出辐射剂量率分布情况。一般情况下至少有两支巡测队伍，在场区和场外同时开展巡测工作，测量的重点区域是下风向5 km以内的区域。根据事故类型、序列和规模、释放源项以及响应时可能出现的特殊环境条件，这种方法将提供精确的数据。但是为得到这些数据需要数支放射性测量队伍同时开展测量工作，并经过很长时间的大面积测量，同时配备精确的测量仪表和通过培训并取得资质的测量人员，而且应急监测常常是时间紧、任务重和情况不明或情况多变，因此在设备的响应速度、测量内容、测量量程、环境条件等方面都可能出现与正常情况不同的要求，也可能在一段时间内出现响应资源严重超负荷的情况。同时由于恶劣天气等外部条件等的限制，甚至无法开展辐射巡测工作。这显然不利于事故早期对防护行动的决策及优化调整。

事故后果评价软件可以在发生核事故时对释放或可能释放到环境中的放射性物质所造成的后果进行预测和评价。但事故后果评价软件是基于已分析过的事故源项进行计算，与实际情况有很大的误差，因为事故工况，如管道破口尺寸、安全设施投用情况、屏障完整性等方面都会影响释放的源项，因此很难准确利用已分析过的源项来确定实际的辐射剂量率场，即使是相似的工况，计算的结果与实际也可能有很大的差异；而且目前国内开发的事故后果评价软件基本无法根据实测的γ剂量率数据进行辐射剂量率场的重新评估。因此这种方法也不能有效地确定辐射剂量率场。

2 快速估算辐射剂量率场的方法

基于以上两种确定辐射剂量率场方法存在的问题，较合适的补救办法就是根据得到的一定位置上的环境辐射剂量率估算整个地区的辐射剂量率分布，以便及时确定或调整防护行动。但是目前没有明确的辐射剂量率估算方法，一般假设与距离平方成反比。为了在这个假设的基础上建立一种较为准确的辐射剂量率场估算方法，我们参照了美国环保局“Manual of Protective Action for Nuclear Incident”[3]中推荐的确定照射率分布的方法。即根据在地面高度的放射性烟羽轴线上测量一些离释放点已知距离处的照射率，且通过假设烟羽轴线照射率与释放点的距离成反比，应用这些数据来计算其他选定的下风向距离上的照射率。计算公式具体如下:

式中， D1——在距离 R1处测量的照射率（烟羽轴线上）；

D2——在距离 R2处测量的照射率（烟羽轴线上）；

x——距离函数的扩散率。

一般对正常的天气而言，假x设为1.5。当稳定度为A或B时，可精确地应用 x=2；当稳定度为C或D时，应用 x =1.5；当稳定度为E或F时，应用x=1。

同时假定对烟羽轴线计算的照射率同样适用于整个下风向离释放源等距离的点，就可以应用这个公式求得照射率的粗略分布。注意应用这个方法，必须确认所采用的是烟羽轴线上或轴线附近的照射率测量值。为了满足这个条件，可以采用横向分布法来确定，即在下风向一个足够远的一个点（通常离厂址1 km以上）上烟羽照射率的横向分布来确定，测量的最大读数应该是在烟羽轴线上或附近的照射率。

根据照射率与吸收剂量成线性正比[4]的关系，因此估算辐射剂量率的公式形式上应该与（1）式相同，但其中D的含义为辐射剂量率值。公式及公式中各要素的含义如下:

式中，D1——在距离 R1处测量的辐射剂量率（烟羽轴线上）；

D2——在距离 R2处测量的辐射剂量率（烟羽轴线上）；

x——距离函数的扩散率。

同样注意，使用这个方法，必须确认所采用的是烟羽轴线上或轴线附近的辐射剂量率测量值。

3 快速估算辐射剂量率场方法在事故应急中的应用

利用上述的估算公式，可以根据已经测得的固定距离处辐射剂量率估算下风向其他距离处的辐射剂量率，以便快速确定辐射剂量率场，并根据辐射剂量率场快速确定防护行动。

3.1 已知下风向某点（已知距离）的辐射剂量率，求下风向其他距离处的辐射剂量率

如果已经测得某点（已知距离）的辐射剂量率，尚未测量其他位置的辐射剂量率，若想了解一些重点区域（例如烟羽应急计划区的内区边界和外区边界等）的辐射剂量率，可以利用上述公式进行估算。

例如，假设某核电站发生BDBA事故，假设稳定度为D，在2 km处测得辐射剂量率水平为0.73 mSv/h，此时场外应急组织想了解烟羽应急计划区内区边界4 km处的最大辐射剂量率，可以利用以上公式进行计算:

即取 R=12 km， D=10.73 mSv/h， R=24 km，求D2的值。

求得 D2＝0.26 mSv/h

即烟羽应急计划区内区边界的最大辐射剂量率为0.26 mSv/h。

3.2 已知下风向某点（已知距离）的辐射剂量率，求下风向固定辐射剂量率（操作干预水平值）处的距离

为了确定事故早期的防护行动，需要尽快确定达到操作干预水平的边界，那么我们就需要根据已经知道距离处辐射剂量率，求达到操作干预水平值的距离。可以对辐射剂量率估算公式进行推导，导出求距离R2的公式，如下:

式中，R1——辐射剂量率测量值为D1处的距离（烟羽轴线上）；

R2——辐射剂量率值为D2处的距离（烟羽轴线上）；

x——距离函数的扩散率。一般对正常的天气而言，假x设为1.5。当稳定度为A或B时，可精确地应用 x =2；当稳定度为C或D时，应用x =1.5；当稳定度为E或F时，应用x =1。

在事故应急情况下，当测量到已知距离处辐射剂量率大于干预水平值时，可以使用此公式快速估算等于干预水平辐射剂量率值的距离，以便确定防护行动的范围。例如，假设某核电站发生BDBA事故，假设稳定度为D，在1.5 km处测得辐射剂量率水平为1.14 mSv/h，而撤离的操作干预水平值为1 mSv/h（采用IAEA推荐值），那么我们可以根据以上的公式求得干预的边界。

即取 R=11.5 km， D=11.14 mSv/h，D2= 1 mSv/h，求R2的值

求得 R2＝1.64 km

即在下风向1.64 km处辐射剂量率达到了操作干预水平撤离的干预值。我们可以据此对照操作干预水平提出在下风向1.64 km内所有人员采取撤离的防护行动。

3.3 使用条件

（1）烟羽在稳定的释放期间；

（2）测量轴线或附近的辐射剂量率；

（3）测量点距离反应堆足够远，至少1 km以上。

3.4 讨论及注意事项

虽然一般事故早期首先基于工况情况确定了初步的防护行动，但是根据实际的辐射剂量率情况对防护行动进行调整和优化具有很重要的意义。特别是在如下几种情况下:

（1）已经知道某些区域的辐射剂量率，还没有来得及测量其他区域，但此时需要提出防护行动；

（2）气象条件恶劣，无法组织有效的环境监测工作，利用有限的几个监测点数据或固定站数据及距离推算辐射剂量率场分布，进而确定是否需要采取防护行动以及采取防护行动的范围；

（3）有充足的时间和人员组织环境监测，可以利用此公式判断监测队伍是否沿着正确的路线进行测量，或者判断测量数据的有效性与真实性。

4 快速估算辐射剂量率场方法在演习中的应用

在核事故应急演习中，场外巡测只能测到本底读数，这样就不能模拟真实的场景而导致无法锻炼环境辐射监测人员和数据分析人员。为了在演习中有效地锻炼这些岗位的人员，我们可以利用上述估算方法模拟设计辐射剂量率的分布，主要思路如下:

根据上述估算方法，如果确定下风向已知距离处的辐射剂量率，就可以估算其他距离处辐射剂量率分布情况。据此我们可以根据演习的事故源项和演习需要事先确定下风向某一距离处的不同时刻辐射剂量率，然后就可以利用这个辐射剂量率估算下风向其他位置的辐射剂量率。这里可以做一些假设，巡测人员进行追踪烟羽的巡测活动，并沿着烟羽轴线方向进行测量。

演习中监控员可以在巡测人员完成测量动作之后，给出事先估算的数据。如此一来，就可以让巡测人员把可能真实的事故监测数据报给监测数据分析评价人员，从而真正意义上锻炼辐射监测数据分析人员，同时也能考察巡测人员根据辐射剂量率水平采取防护措施等方面。

下面通过某核电站的BDBA事故来演示演习中辐射剂量率确定的方法。按照以上我们的分析，根据BDBA源项进行以下处理:

4.1 对源项进行处理，利用INTERAS[5]计算出某km处的剂量

源项输入数据见表1，假设释放高度为10 m，风速为3 m/s，风向为270°，稳定度为D类。利用INTERAS求得下风向2 km处的全身有效剂量为0.73 mSv，5 km处全身有效剂量为0.19 mSv。

4.2 假设为均匀释放，求出某km处的辐射剂量率

根据INTERAS计算结果，并假设事故均匀释放，求得2 km、5 km的辐射剂量率分别为: 0.73 mSv/h和0.19 mSv/h。

4.3 利用估算法和实际的气象条件求出其他距离处的辐射剂量率

（1）利用公式，根据2 km的辐射剂量率值求得其他距离处的辐射剂量率值，如表2所示。

（2）利用公式，根据5 km的辐射剂量率值求得其他距离处的辐射剂量率值，如表3所示。

根据以上求得的不同距离处辐射剂量率值及曲线进行比较，可以发现估算值基本相同，曲线基本拟合。验证了此估算方法与INTERAS中的复杂计算模型基本相符，是复杂计算模型的简化，且更为方便快捷地使用。

4.4 把所有待测量地点的辐射剂量率列在监控单上，以便在演习时向演习人员提供

一般情况下，要求演习人员进行追踪烟羽的应急辐射巡测工作，同时根据要求，3 km以内，每500 m测量一个点，3～5 km每1 km间隔进行测量，可以通过以上的方法事先估算出不同距离处的辐射剂量率，在演习人员完成测量动作之后，把相应的数据提交给他们，考察他们对数据的初步判断与分析能力，同时考察数据分析人员根据数据提出应急状态分级建议、估算辐射剂量率场、防护行动的建议等方面的能力。

表1 BDBA释放源项Table 1 BDBA release source item

表2 根据2 km的辐射剂量率值求得的其他距离辐射剂量率值Table 2 Other radiation dose rates derived from the dose rate at 2 km position

表3 根据5 km的辐射剂量率值求得的其他距离辐射剂量率值Table 3 Other radiation dose rates derived from the dose rate at 5 km position

5 估算软件的编制

为了便于使用上述公式，我们利用VC＋＋开发一个辐射剂量率估算软件，能够简单地输入基本要素并快速地估算出辐射剂量率或干预边界。本文的有关计算均利用此软件进行估算。

6 结束语

快速估算辐射剂量率场方法的建立与应用，给事故早期利用有限的数据推算出下风向辐射剂量率场进而决策防护行动提供了一种快速有效的手段；同时这种方法也可以应用在应急演习中，模拟辐射剂量率场分布情况，以便检验和提高辐射监测数据分析人员的应急能力。

[1] 张鹏飞，仲崇军，苟全录，等. 核电厂核事故应急情况下某些操作干预水平默认值[J]. 辐射防护，2005.25（5): 263.

[2] IAEA. Generic assessment procedures for determining protective actions during a reactor accident[R]. IAEA-TECDOC-955. 1997.

[3] 美国环保局. Manual of Protective Action for Nuclear Incident[R].

[4] 辐射防护导论[M]. 北京:原子能出版社.

[5] 国家环保总局核安全中心. InterRAS1.3中文版用户使用手册[R]，2000.

The method of rapidly determining radiation dose rate fi eld under nuclear accident emergency situation and its application

ZHONG Chong-jun，GOU Quan-lu，ZHANG Peng-fei，LI Bing
（Jiangsu Nuclear Power Corporation，Lianyungang of Jiangsu Prov.222042，China)

The paper presents and analyzes two methods （emergency radiological monitoring and accident consequence assessment) to determine dose rate field under the nuclear accident emergency situation and their deficiencies. According to estimated irradiation rate field，the calculation method of quick estimate of dose rate field is generated and its application in emergency and maneuver is analyzed.

nuclear accident；radiation； emergency；dose rate field

TL36

A

1674-1617（2009)04-0348-06

2009－02－05

仲崇军（1979—），男，江苏新沂，工程师，理学学士，原子核物理及核技术专业。