放射性核素在库区水沙条件下的运动规律及累积效应研究

The effect of water and sediment is the major diver of radionuclide accumulation in reservoir. It is significant to make sure the accumulation level will not beyond security index within nuclear reactor life period if our country develops the inland nuclear power. Two methods, operation of water and sediment discharge and haterogeneity release of low-activity liquid effluent, are the practicable ways to relieve radionuclide accumulative effect. Fushui Reservoir, the receiving water of Xianning NPP, is chosen as the research area and long half-life nuclide 137Cs is chosen as research object. The movement rule of water-sediment-nuclide system is analyzed and principal influence factors controlling the movement are identified with numerical modelling and theoretical analysis. Based on above, response relationship between nuclide accumulative movement and the principal influence factors and mapping relationship between accumulative concentration increment and operation rule of water and sediment are established. A combined strategy of discharge operation and contaminant release is determined by an optimization model, which is judged the possibility of accumulative concentration exceeded security standard by a proposed index about accumulative concentration increment. This research can be theoretical foundation of inland nuclear water security and radioactive risk assessment.

水沙作用是放射性核素在库区水环境内形成累积效应的主要驱动力。在我国发展内陆核电需确保在核电站有效寿命内核素的累积浓度不超过安全阈值，水利枢纽的水沙调度和核电站低放废液的非均匀排放是两项常规运行中具有可操作性的调控手段，可用以缓解核素的累积效应。本研究以湖北咸宁核电站受纳水体富水水库为研究区域，长半衰期核素137Cs为研究对象，通过数值模拟与理论分析相结合的方法，分析水-沙-核素系统的运动规律，辨识影响核素累积过程的主要因素，明晰核素累积效应对主要影响因素的响应，探讨水沙调度模式对核素累积过程的影响机制，建立核素浓度累积增量与水沙调度模式间的映射关系，判断核电站有效寿命内核素浓度超标的可能性，寻优缓解核素累积效应的策略，提出评估核素浓度累积增量的指标，评价缓解策略的作用效果。研究成果可为我国内陆核电水资源安全保障和放射性影响风险评估提供理论支撑。

核能安全是发展内陆核电的先决条件，核电站用水量大，保证率要求高，为确保排放的废液中放射性核素浓度达到安全标准，须要求有相当的水量进行稀释，因此内陆核电需要充足稳定的水源保障。一座内陆核电站一般布局4台百万kw级核电机组，设计年需取水量约1.6亿m3。核素进入受纳水体后，在随水流向下游输运的同时也会与泥沙发生吸附、沉降等运动，对于水体沉积物中的长半衰期核素，在一定条件下会形成累积效应。.我国已开展前期建设工作的三座内陆核电站进入新的安全论证阶段。由于尚无长系列监测数据用以分析计算，采用国外已建内陆电站的公开资料研究内陆核电站水资源条件和核素累积效应，并与我国实际状况对比分析。美国是世界第一核电生产国，且具有完善的信息公开制度，本研究将美国作为主要对比分析的对象。.按照水体特征，将内陆核电受纳水体分为滨河、滨湖库两大类，统计分析了美国和我国的滨河电站与滨湖库电站的水资源条件，着重对比了美国密西西比河与我国的长江，结果表明我国首批筹建的内陆核电站皆选址在水资源条件较好的河流或水库边，美国部分作为受纳水体的河流在极端条件下径流量不足10m3/s，我国则不低于40m3/s。对于滨湖库电站，受纳水体的稀释能力主要依赖于水体的体量而非流动性，而我国拟建的滨湖库电站，其库容均是大(I)型，受纳水体的体量较大。因此，可以认为水资源量不会成为我国首批筹建的内陆核电的约束条件。.总结凝练了当前对水体中放射性核素浓度的计算方法，评估了美国内陆核电站受纳水体沉积物中核素的监测要求和137Cs等核素的监测结果，以H.B.Robinson核电站为例开展了实例分析，结果表明电站运行确实会产生放射性影响，但并没有发生累积效应，核素浓度的波动受到统计方式和泥沙运动等多方面因素的影响。经验公式可用于对核素浓度的粗略估算，但难以获得精确的计算结果。.为缓解内陆水体中的核素累积效应，分析了核电站不同排放方式下的核素累积浓度，结果表明97%以上的极端枯水年受纳水体核素浓度存在超标的风险，完全混合条件下4台AP1000机组至少需要保障上游52 m3/s来水流量。将低放废液集中于丰水期排放，并以年内可排放天数的日平均流量分配排放过程时最为合理。

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