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核与辐射突发事件后果气载放射性物质剂量估算方法

阅读：638发布：2021-02-27

IPRDB可以提供核与辐射突发事件后果气载放射性物质剂量估算方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种核与辐射突发事件后果气载放射性物质剂量估算方法，该方法包括对烟云外照射剂量估算，对地面沉积外照射剂量估算，对烟云吸入内照射剂量估算，总剂量水平估算。本发明的估算方法，能够给出该事故下气载放射性物质在不同时刻可能引起的潜在剂量水平，在决策人员面对类似事件发生时，能够快速、科学、有效地提出决策建议与方案，最终达到保护我国公众与环境安全的目标。，下面是核与辐射突发事件后果气载放射性物质剂量估算方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种核与辐射突发事件后果气载放射性物质剂量估算方法，包括对烟云外照射剂量估算；对地面沉积外照射剂量估算；对烟云吸入内照射剂量估算；对总剂量水平估算。

2.如权利要求1所述的核与辐射突发事件后果气载放射性物质剂量估算方法，其特征是：所述烟云外照射剂量通过下列公式计算：其中：t1、t2代表某时段的起始和结束时刻；org代表某种器官；DC为在网格(x,y)处，器官org在t1至t2时段内所受到的烟云外照射剂量；AC为在网格(x,y)处，在t1至t2时段内核素nuc的积分空气浓度；DFC为核素nuc对器官org的半无限烟云剂量转换因子；SFC为烟云外照射的屏蔽因子，由t1至t2时段公众所采取的防护行动的种类决定。

3.如权利要求1所述的核与辐射突发事件后果气载放射性物质剂量估算方法，其特征是：所述地面沉积外照射剂量通过下列公式计算：其中：DG为在网格(x,y)处，器官org在t1至t2时段内所受到的地面沉积外照射剂量；GC为在网格(x,y)处，t时刻核素nuc的地面沉积浓度；GRF为核素nuc对器官org的地面沉积外照射剂量转换因子；SFG为地面沉积外照射的屏蔽因子，由t1至t2时段公众所采取的防护行动的种类决定。

4.如权利要求1所述的核与辐射突发事件后果气载放射性物质剂量估算方法，其特征是：所述烟云吸入内照射剂量通过下列公式计算：其中：DI为在网格(x,y)处，器官org在t1至t2时段内吸入放射性物质所造成的待积吸入剂量；AC为在网格(x,y)处，在t1至t2时段内核素nuc的积分空气浓度；IF为核素nuc对器官org的待积吸入内照射剂量转换因子；BR为公众在t1至t2时段内的呼吸率；IPF为公众在t1至t2时段内的吸入防护因子。

5.如权利要求1所述的核与辐射突发事件后果气载放射性物质剂量估算方法，其特征是：将烟云外照射剂量估算的结果、地面沉积外照射剂量估算的结果以及烟云吸入内照射剂量估算的结果进行累计，获得该次释放总剂量分布。

6.如权利要求1-5任一项所述的核与辐射突发事件后果气载放射性物质剂量估算方法，其特征是：将所有关注的核素按照半衰期长短、是否引起甲状腺剂量、是否存在地面沉积剂量进行分类，依次为碘组、有沉积短半衰期组、有沉积长半衰期组、无沉积短半衰期组、无沉积长半衰期组，并在各组中选出代表性核素，每次只需针对代表性的核素进行扩散模拟与浓度计算，其它核素辐射剂量后果则通过对代表性核素模拟结果的校正得到。

说明书全文

核与辐射突发事件后果气载放射性物质剂量估算方法

技术领域

[0001] 本发明属于核与辐射突发事件后果大尺度模拟领域，具体涉及核与辐射突发事件后果气载放射性物质剂量估算方法。

背景技术

[0002] 一直以来，世界各国均非常重视和关注放射性核素大尺度大气迁移问题，不仅是军事、国防方面的需要，而且是核事故应急、环境危害问题的需要。放射性物质在大气中的长距离迁移和后果评价与分析技术涉及众多的科学领域，属于多学科交叉的技术，模拟技术和评价方法也在不断地更新与发展，因此，包括美国、欧盟、日本在内的发达国家、地区也在不断加强该技术的研发。另外，放射性核素大尺度迁移数值模拟技术已经作为一种国家的技术资源，随着相关领域技术的不断发展与更新，从战略角度考虑，一个国家必须有技术储备和可持续发展的能力。当前国际形势变化多端，需要我们不断建立与完善大气输运模拟技术，并提供技术支撑。

[0003] 近些年来，在朝核试验、日本福岛核电泄漏等事件接连发生的情况下，建立并不断完善一套可应对我国周边数百至数千公里范围内气载放射性物质释放情形应急响应系统的必要性已经成为共识。该系统的建立将为决策人员能够面对类似事件，快速、科学、有效地提出决策建议与方案，最终达到保护我国公众与环境安全的目标。

[0004] 为此，中国辐射防护研究院自主开发、建立了核与辐射突发事件后果大尺度模拟系统，包括放射性核素大尺度大气迁移数值模拟技术和LATMES1.0计算程序，以及相关的模拟结果统计分析程序，可应对全球范围的核与辐射突发事件下，气载放射性物质的迁移、扩散及其环境安全后果的评价系统。针对朝鲜核试验，根据总装的要求，定期提供阶段报告预测和分析了朝鲜核试验场址以及宁边核场址放射性核素释放大气迁移对我国的影响。目前已成功用于对日本福岛核事故、朝鲜第三次核试验等事件的有效响应。

[0005] 境外核爆辐射后果评价系统是通过将区域气象数值预报产品和中长距离放射性污染物迁移模拟和后果评价集成为一体。该系统设计为一个连接多种模型、数据库和地理信息的综合系统，用以模拟、预测和评估指定区域范围内突发事件产生的影响。该系统涉及源项估算模块、轨迹计算模块、粒子扩散计算模块、剂量计算模块4个物理模块。此项发明专门说明剂量计算模块。

发明内容

[0006] 针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种核与辐射突发事件后果大尺度气载放射性物质释放剂量估算方法，该方法能够给出该事故下气载放射性物质在不同时刻可能引起的潜在剂量水平，为决策人员面对类似事件发生时，能够快速、科学、有效地提出决策建议与方案，最终达到保护我国公众与环境安全的目的。

[0007] 为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：提供一种核与辐射突发事件后果气载放射性物质剂量估算方法，该方法包括对烟云外照射剂量进行估算，对地面沉积外照射剂量进行估算，对烟云吸入内照射剂量进行估算，总剂量水平估算。

[0008] 进一步，在步骤1)中，所述烟云外照射剂量通过下列公式计算：

[0009]

[0010] 其中：t1、t2代表某时段的起始和结束时刻；org代表某种器官；DC为在网格(x,y)处，器官org在t1至t2时段内所受到的烟云外照射剂量；AC为在网格(x,y)处，在t1至t2时段内核素nuc的积分空气浓度；DFC为核素nuc对器官org的半无限烟云剂量转换因子；SFC为烟云外照射的屏蔽因子，由t1至t2时段公众所采取的防护行动的种类决定。

[0011] 进一步，在步骤2)中，所述地面沉积外照射剂量通过下列公式计算：

[0012]

[0013] 其中：DG为在网格(x,y)处，器官org在t1至t2时段内所受到的地面沉积外照射剂量；GC为在网格(x,y)处，t时刻核素nuc的地面沉积浓度；GRF为核素nuc对器官org的地面沉积外照射剂量转换因子；SFG为地面沉积外照射的屏蔽因子，由t1至t2时段公众所采取的防护行动的种类决定。

[0014] 进一步，在步骤3)中，所述烟云吸入内照射剂量通过下列公式计算：

[0015]

[0016] 其中：DI为在网格(x,y)处，器官org在t1至t2时段内吸入放射性物质所造成的待积吸入剂量；AC为在网格(x,y)处，在t1至t2时段内核素nuc的积分空气浓度；IF为核素nuc对器官org的待积吸入内照射剂量转换因子；BR为公众在t1至t2时段内的呼吸率；IPF为公众在t1至t2时段内的吸入防护因子。

[0017] 进一步，将烟云外照射剂量估算的结果、地面沉积外照射剂量估算的结果、烟云吸入内照射剂量估算的结果进行累计，获得该次释放总剂量分布。

[0018] 进一步，将所有关注的核素按照半衰期长短、是否引起甲状腺剂量、是否存在地面沉积剂量进行分类，依次为碘组、有沉积短半衰期组、有沉积长半衰期组、物沉积短半衰期组、无沉积长半衰期组，并在各组中选出代表性核素，每次只需针对代表性的核素进行扩散模拟与浓度计算，其它核素辐射剂量后果则通过对代表性核素模拟结果的校正得到。

[0019] 本发明的有益技术效果在于：

[0020] 本发明的剂量估算方法，通过对计算烟云外照射剂量、对地面沉积外照射剂量以及对烟云吸入内照射计量，从而获得该次释放总剂量的估算，便于发生类似事件时，决策人员能够快速、科学、有效地提出决策与应对方案，达到保护我国公众与环境的安全。

具体实施方式

[0021] 下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

[0022] 本发明提供一种核与辐射突发事件后果大尺度气载放射性物质释放剂量估算方法，用于对全球范围的核与辐射突发事件下，气载放射性物质的迁移、扩散及其环境安全后果进行评估，便于在决策人员面对类似事件发生时，能够快速、科学、有效地提出决策建议与方案，最终达到保护我国公众与环境安全的目的。

[0023] 本发明在对总释放剂量估算之前，需根据代表性核素扩散模拟浓度分布结果，假定实际释放核素浓度分布与所模拟的代表性核素形成的各时刻浓度水平与两核素释放强度呈正线性相关，从而，通过两核素的浓度比例对所有释放核素环境浓度水平进行估算。同时，根据衰变系数，对所有释放核素环境浓度水平进行校正。之后，再对所有核素可能引起的剂量水平，包括空气浸没外照剂量、地表沉积外照剂量、吸入内照剂量、个人有效剂量以及甲状腺剂量五类进行合计，给出该事故下气载放射性物质在不同时刻可能引起的环境潜在剂量水平。

[0024] 1、烟云外照射剂量估算

[0025] 对于烟云长距离迁移，采用“半无限烟云”方法。对于一给定的时段，远距离计算网格中的烟云外照射剂量通过下列公式计算：

[0026]

[0027] 式中：t1、t2代表某时段的起始和结束时刻；org代表某种器官；DC为在网格(x,y)处，器官org在t1至t2时段内所受到的烟云外照射剂量(Sv)；AC为在网格(x,y)处，在t1至t23
时段内核素nuc的积分空气浓度(Bq·s/m )；DFC为核素nuc对器官org的半无限烟云剂量转换因子[Sv·m3/(Bq·s)]；SFC为烟云外照射的屏蔽因子(无量纲)，由t1至t2时段公众所采取的防护行动的种类决定。

[0028] 这里的AC为在网格(x,y)处，在t1至t2时段内核素nuc的积分空气浓度Bq·s/m3)，该核素积分空气浓度根据计算得出，计算方法如下：首先计算每个网格的浓度，每个网格中的浓度正比于质点通过该网格时所需时间的总和，因此每个网格的浓度Ck(Bq/m3)用下列公式计算：

[0029] 其中，Q，释放的放射性活度，Bq；N，释放的粒子总数；T，所有粒子扩散时间的总和，s；Nik，第i个粒子在k网格中穿行时间内的时间步数；Δt，时间步长，s；Vk，网格k的体积，m3；然后根据网格的浓度，进行累加，获得核素积分空气浓度。

[0030] Q，释放的放射性活度，该活度根据核素的衰变常数、总裂变次数以及核素裂变产额三者之间的乘积获得；核素裂变产额需要查阅文献。

[0031] N，释放的粒子总数，采用粒子随机游走的方法模拟大气扩散，该模式中把每个污染的质点当成有标志的质点，通过释放大量粒子，通过已知方法计算粒子的轨迹，而这些粒子描述了气载污染物在大气中的迁移扩散，最后由这些粒子在空间和时间上的总体分布估算出释放粒子总数；

[0032] Δt，时间步长，该时间步长的确定取决于网格的格距、风速和离散风场的时间间隔，从空间角度遵循：

[0033]

[0034] 其中，Δxi为空间格距，i代表三个方向；vi分别代表三个方向的风分量。从时间角度遵循：

[0035]

[0036] 其中，Δt风场为输入风场的时间间隔，即风观测或数值天气预报风场的周期。粒子迁移计算模式的时间步长最大值要小于Δt空间和Δt时间的最小值，最小时间步长可为1秒。

[0037] DFC为核素nuc对器官org的半无限烟云剂量转换因子[Sv·m3/(Bq·s)]，该转换因子可在现有的文献中获得；

[0038] SFC为烟云外照射的屏蔽因子，由t1至t2时段公众所采取的防护行动的种类决定，如果受照射人员采取不撤离环境的方式，屏蔽因子为1；如果采取撤离环境的方式，屏蔽因子为0；对于进入房屋等障碍物内时，用户需要给出实际的屏蔽因子；屏蔽因子值应为大于0的小数。

[0039] 2、地面沉积外照射剂量的估算

[0040] 对于一给定的时段，地面沉积外照射剂量通过下面的公式计算：

[0041]

[0042] 式中，DG为在网格(x,y)处，器官org在t1至t2时段内所受到的地面沉积外照射剂量(Sv)；GC为在网格(x,y)处，t时刻核素nuc的地面沉积浓度(Bq/m2)。随时间变化的地面沉积浓度与瞬时空气浓度一样，由扩散模式给出。GRF为核素nuc对器官org的地面沉积外照射剂量转换因子[Sv·m2/(Bq·s)]，该剂量转换因子可在现有的文献中获得；SFG为地面沉积外照射的屏蔽因子(无量纲)，由t1至t2时段公众所采取的防护行动的种类决定。

[0043] 3、烟云吸入内照射剂量的估算

[0044] 对于给定未服用稳定碘的时段t1至t2内的烟云吸入内照射剂量，计算公式：

[0045]

[0046] 式中，DI为在网格(x,y)处，器官org在t1至t2时段内吸入放射性物质所造成的待积吸入剂量(Sv)；AC为在网格(x,y)处，在t1至t2时段内核素nuc的积分空气浓度(Bq·s/m3)；IF为核素nuc对器官org的待积吸入内照射剂量转换因子(Sv/Bq)；BR为公众在t1至t2时段内的呼吸率(m3/s)；IPF为公众在t1至t2时段内的吸入防护因子(无量纲)。

[0047] 4、总剂量水平估算

[0048] 考虑到核爆源项核素种类繁多，为避免对所有释放核素逐一扩散计算带来的时间费用，按照其半衰期长短(30天为界)、是否引起甲状腺剂量、是否存在地面沉积剂量等因素将所有关注核素分为五类，依次为碘组、有沉积短半衰期、有沉积长半衰期、无沉积短半衰期、无沉积长半衰期。同时，在各组中选择某核素作为各类代表性核素，对应上述五类，其代表性核素依次为I-131、Ba-140、Cs-137、Xe-133、Kr-85。

[0049] 每次扩散只针对代表性核素进行模拟，而剂量估算时再根据实际释放核素量以及核素半衰期差异对其浓度进行校正，进而对各核素引起的剂量水平进行估算，最后对所有核素引起的剂量进行累计，从而得到该次释放总剂量分布，实现对核爆事件后果的剂量快速估算。

[0050] 本发明的核与辐射突发事件后果气载放射性物质释放剂量估算方法，并不限于上述具体实施方式，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

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