專利名稱：確定在易發(fā)生危險的設(shè)施中發(fā)生的事故的時間進程的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定在易發(fā)生危險的設(shè)施中發(fā)生的事故的時間進程的方法。
背景技術(shù)：
易發(fā)生危險的設(shè)施應(yīng)指一座建筑物或一組建筑物，其中有過程正在進行并對人類 和/或環(huán)境具有危險。例如，這也許是核電站或化工廠。具有時間進程的事故是指任何事 故，其源項(source term)隨時間而變化。如接下來所將詳細(xì)說明，源項是描述一個或多 個源的一組數(shù)據(jù)，一個或多個源被確定為在設(shè)施中在事故發(fā)生之后發(fā)出一種或多種有害物 質(zhì)。具有時間進程的事故的后果通常會隨著時間的流逝而惡化。例如，在建筑物中 蔓延的火的情況就是這樣。當(dāng)事故在設(shè)施中的一個或多個正在進行的過程中發(fā)生時，在 該設(shè)施中就會出現(xiàn)發(fā)出有害物質(zhì)的一個或多個源。在核設(shè)施的情況下，詞組“有害物質(zhì) (harmfulsubstance)”將被理解為例如γ輻射或中子放射等放射性輻射。在化學(xué)設(shè)施的情 況下，詞組“有害物質(zhì)”將被理解為例如有害氣體(例如，一氧化碳)的發(fā)出。到目前為止，當(dāng)設(shè)施中發(fā)生事故時，危機小組會致力于管理該事故。該小組建立一 組假設(shè)，以確定導(dǎo)致所述事故的原因(機能障礙識別)。根據(jù)這些假設(shè)，推斷出可代表所述 事故的環(huán)境以及所述事故的時間進程的一組量。然后，在進行干預(yù)的人員的危險最小的情 況下，建立一個或多個干預(yù)情景以終止所述事故。目前，需要進行數(shù)小時或甚至數(shù)天的計算 以評價代表與事故的動力學(xué)相關(guān)的后果的量。這些持續(xù)時間不利于對事故進行適當(dāng)?shù)墓?理。在短期內(nèi)，管理事故的小組的決定可導(dǎo)致參與行動，此可危及被指派進行干預(yù)和/或?qū)?相關(guān)設(shè)施進行降級(degradation)的人員。在核設(shè)施的情況下，這種計算是通過使用專門 的軟件包例如TRIPOLI代碼(本案申請者的參考軟件)或Monte-Carlo N-粒子代碼(更 廣泛地被稱為MCNP代碼)來執(zhí)行的。這些軟件包使用Monte-Carlo方法來確定輻射或粒 子穿過具有已知特性(厚度、材料類型)的障礙物的路徑。軟件包所使用的計算時間為數(shù) 小時。通過本發(fā)明的方法，可避免上述不足。

發(fā)明內(nèi)容
實際上，本發(fā)明涉及一種用于確定在易發(fā)生危險的設(shè)施內(nèi)發(fā)生的事故的時間進程 的方法，在所述設(shè)施中發(fā)生至少一個過程，所述方法的特征在于包括用于確定源項的步驟，根據(jù)代表在設(shè)施中發(fā)生的至少一個過程的過程數(shù)據(jù)以及設(shè) 施的幾何數(shù)據(jù)來確定所述源項，所述源項識別發(fā)出有害物質(zhì)的源且包括所述源的代表數(shù) 據(jù)，所述代表數(shù)據(jù)中具有所述源發(fā)出的有害物質(zhì)速率，計算步驟，用于根據(jù)所述速率以及所述設(shè)施的幾何數(shù)據(jù)對所述設(shè)施中存在的有害 物質(zhì)的量進行實時計算，以及診斷步驟，在所述診斷步驟中對所計算的量的與時間相關(guān)的變化進行計算，在所述診斷步驟結(jié)束時將所計算的與時間相關(guān)的變化與參考標(biāo)準(zhǔn)相比較之后，遞送關(guān)于在設(shè)施 中進行干預(yù)的可行性或不可行性的數(shù)據(jù)。關(guān)于在設(shè)施中進行干預(yù)的可行性或不可行性的數(shù)據(jù)應(yīng)指可允許或不允許在設(shè)施 中啟動干預(yù)的數(shù)據(jù)。有利地，診斷步驟允許在預(yù)先確定的且可參數(shù)化的時間范圍上對在設(shè)施中發(fā)生的 危險的未來發(fā)展進行估計。關(guān)于在設(shè)施中進行干預(yù)的可行性的計算將設(shè)施的幾何數(shù)據(jù)、預(yù) 先制定的所發(fā)生危險的地圖、預(yù)先計算出的這些危險的發(fā)展及干預(yù)者的最大可接受危險閾 值考慮在內(nèi)，所述最大可接受危險閾值是預(yù)先確定的且可參數(shù)化的。根據(jù)本發(fā)明的另一特征，如果遞送關(guān)于干預(yù)不可行性的數(shù)據(jù)，所述方法還包括修改步驟，用于修改所有或部分過程數(shù)據(jù)和/或設(shè)施的所有或部分幾何數(shù)據(jù)，以 獲得全部或部分經(jīng)過修改的過程數(shù)據(jù)和/或設(shè)施幾何數(shù)據(jù)，確定步驟，用于根據(jù)部分或全部經(jīng)過修改的過程數(shù)據(jù)和/或設(shè)施幾何數(shù)據(jù)來另外 確定另一源項，以計算由源發(fā)出的有害物質(zhì)的額外速率，額外計算步驟，用于根據(jù)所述額外速率及設(shè)施幾何數(shù)據(jù)，對存在于設(shè)施的不同點 的所發(fā)出有害物質(zhì)的額外量進行實時計算，額外診斷步驟，在所述額外診斷步驟中，計算所發(fā)出的有害物質(zhì)的額外量的與時 間相關(guān)的變化，在所述額外診斷步驟結(jié)束時，在將額外的所計算的與時間相關(guān)的變化與參 考標(biāo)準(zhǔn)相比較之后，遞送關(guān)于在設(shè)施中進行干預(yù)的可行性或不可行性的數(shù)據(jù)。有利地，用于計算存在于設(shè)施中的所發(fā)出有害物質(zhì)的量的時間非常短。因而，通過 本發(fā)明的方法，可根據(jù)預(yù)先確定的且可參數(shù)化的幾何精確度在非常短的時間段內(nèi)在設(shè)施的 每一點上制定在設(shè)施中發(fā)生的危險的地圖。上述非常短的計算時間是通過使用與現(xiàn)有技術(shù)不同的方法而得到的。在本發(fā)明范 圍內(nèi)所執(zhí)行的計算使用預(yù)先制作的結(jié)果插值表。例如，在核設(shè)施的情況下，所形成的表將放 射性輻射源的特性、幾何數(shù)據(jù)(例如，壁厚)或材料的物理特性與所產(chǎn)生的對放射性輻射路 徑的影響相關(guān)聯(lián)。這樣，計算時間大大縮短。通常，因此在幾秒鐘的時間內(nèi)對在數(shù)十米距離 上的放射性粒子路徑執(zhí)行計算，該持續(xù)時間應(yīng)與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所使用的Monte-Carlo型軟 件包所需的數(shù)小時相比較。本發(fā)明的方法以特別有利的方式應(yīng)用于當(dāng)源項隨時間變化時的情形。源項包括與 發(fā)出有害物質(zhì)的源有關(guān)的所有數(shù)據(jù)，即根據(jù)綁定到所述設(shè)施的參照系統(tǒng)，設(shè)施中的發(fā)射源的位置，所發(fā)出的有害物質(zhì)的性質(zhì)，所發(fā)出的有害物質(zhì)的速率，描述發(fā)出有害物質(zhì)的源的直接環(huán)境(例如，存在吸收有害輻射的屏蔽物)的數(shù)據(jù)。通過提供所述設(shè)施的以及在所述設(shè)施中正在進行的過程的代表性可參數(shù)化模型， 本發(fā)明的方法允許進行最佳的干預(yù)管理以停止事故，從而限制對人員和/或環(huán)境的影響。通過提供設(shè)施的可參數(shù)化的二維幾何模型，也可對在該設(shè)施中可能會發(fā)生的關(guān)聯(lián) 危險進行評價(可同時或連續(xù)發(fā)生的不同性質(zhì)的危險)。因而，例如，在能夠廣泛地改變設(shè) 施幾何形狀的損毀(例如，地震或火災(zāi))之后，可容易地確定在核設(shè)施中發(fā)生的臨界事故的 時間進程。
本發(fā)明的方法可應(yīng)用于危機情況中，即當(dāng)發(fā)生實際事故或在任何危機情況之外 時，例如當(dāng)對設(shè)施進行設(shè)計或?qū)ΜF(xiàn)有設(shè)施進行修改或模仿危機情況時。此時，輸入假設(shè)數(shù)據(jù) 即可。以下說明更具體地涉及本發(fā)明的較佳實施例，根據(jù)本發(fā)明較佳實施例，所述事故 是在核設(shè)施中發(fā)生的臨界事故，所發(fā)出的有害物質(zhì)因而為有害輻射(Y輻射和/或中子放 射)，所發(fā)出的有害物質(zhì)的速率是由發(fā)出有害輻射的源每單位時間發(fā)生的裂變的次數(shù)，有害 物質(zhì)的量為輻射劑量。


參照附圖閱讀本發(fā)明的較佳實施例，本發(fā)明的其它特征及優(yōu)點將變得一目了然， 附圖中圖1例示實例性易發(fā)生危險的設(shè)施，在所述設(shè)施中可能會發(fā)生具有時間進程的事 故；圖2例示在發(fā)生事故情況下應(yīng)用本發(fā)明方法的裝置的總方框圖；圖3例示圖2所示的本發(fā)明裝置的改良；圖4例示在發(fā)生事故情況下應(yīng)用本發(fā)明方法的裝置的總裝置方框圖，其輸入數(shù)據(jù) 隨時間而變化；圖5例示圖4所示的本發(fā)明裝置的改良；圖6例示圖2-圖5所示的本發(fā)明裝置的特定模塊的詳視圖；圖7例示圖6所示的特定模塊的改良；圖8-圖10例示適用于應(yīng)用本發(fā)明方法的幾何元素；以及圖11例示在本發(fā)明方法的范圍內(nèi)獲得的等劑量曲線的實例。在所有附圖中，相同的標(biāo)記均指示相同的元件。
具體實施例方式圖1示意性地例示實例性易發(fā)生危險的設(shè)施，所述設(shè)施中可能會發(fā)生具有時間進 程的事故。該設(shè)施例如由多個樓層組成，每一樓層包括多個房間。在該設(shè)施的不同房間中分 布有不同的測量傳感器C 。傳感器Cnm用于進行輻射測量，從而可識別發(fā)出有害物質(zhì)的源 的位置以及這種有害物質(zhì)的性質(zhì)。在核設(shè)施的情況下，傳感器Cnm例如為Y傳感器或中子 計數(shù)器等。該設(shè)施位于直接參照系統(tǒng)(x，y，z)中，其中Z軸是豎軸，該設(shè)施的高度即沿Z軸 定義，平面(χ，y)則為該設(shè)施的水平面。圖2例示在發(fā)生臨界事故情況下應(yīng)用本發(fā)明方法的裝置的總方框圖。該裝置實質(zhì) 上包括用于確定源項的模塊Ms、用于計算輻射劑量的模塊Mm以及用于診斷的模塊Md。模塊 Ms、Mcd以及Md較佳為同一計算系統(tǒng)MP (例如，微處理器或計算機)的一部分。源項確定模塊Ms根據(jù)數(shù)據(jù)來識別臨界事故的起源，該數(shù)據(jù)包括幾何數(shù)據(jù)GI1、測量 值M(t)、過程數(shù)據(jù)Dp以及可能包括操作者數(shù)據(jù)0P。幾何數(shù)據(jù)GIl為預(yù)先記錄的數(shù)據(jù)，用于 描述設(shè)施的幾何形狀的全部或部分，即代表建筑物的主體配置(建筑物的不同房間、建筑物的包絡(luò)線)的數(shù)據(jù)，以及
代表存在于設(shè)施中的不同屏蔽物、尤其是與生物保護(例如，屏蔽室的壁或進行 中的過程的設(shè)備，其對有害輻射的移動形成障礙)相關(guān)的不同屏蔽物的幾何配置的數(shù)據(jù)。測量值M(t)由存在于設(shè)施中的不同傳感器的全部或部分來遞送。數(shù)據(jù)Dp為發(fā)生在設(shè)施中的所有或部分不同過程的描述性數(shù)據(jù)，S卩，活性介質(zhì)的類 型、流速、濃度等。可修改幾何數(shù)據(jù)GIl和/或過程數(shù)據(jù)Dp，以便能夠?qū)υO(shè)施中發(fā)生的事件的描述進 行更新。這些事件可以是實際設(shè)施(生物屏蔽物的新構(gòu)造、毀壞或與進行中的事故相繼的 進一步惡化)的修改或與進行中的過程相關(guān)的修改。如接下來所將詳細(xì)說明，幾何數(shù)據(jù)GIl 的和/或過程數(shù)據(jù)Dp的修改是基于操作者數(shù)據(jù)Op和/或時間進程數(shù)據(jù)E(t)而作出的。由模塊Ms遞送的源項S(t)包括與發(fā)出有害輻射的源相關(guān)的全部數(shù)據(jù)，即輻射源的位置，相關(guān)輻射的性質(zhì)(能量與輻射類型)，在事故水平(accident level)上隨時間發(fā)生的裂變的次數(shù)，描述源的近距離環(huán)境的幾何數(shù)據(jù)(可能的屏蔽物的數(shù)量與位置)，物理化學(xué)數(shù)據(jù)，其表示在其中發(fā)現(xiàn)有輻射源的介質(zhì)的特征(均勻介質(zhì)或非均勻介 質(zhì)，如果為均勻介質(zhì)，則均勻介質(zhì)的性質(zhì)(溶液或粉末)、該介質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)(濃度、化學(xué)相 的類型等))。發(fā)射源的位置是根據(jù)至少一個由至少三個相同性質(zhì)的傳感器組成的集合通過進 行三角測量而得到。在這種情況下，輻射的性質(zhì)是通過用于探測此種相同輻射的類型的傳 感器(例如，中子輻射傳感器或Y輻射傳感器)而得到。根據(jù)由這些相同傳感器執(zhí)行的測 量并將設(shè)施的構(gòu)成元件(壁、底面、屏蔽物等)的幾何形狀及性質(zhì)考慮在內(nèi)，以本身已知的 方式推斷出在事故水平上隨時間發(fā)生的裂變的次數(shù)。這些構(gòu)成元件的幾何形狀和性質(zhì)來自 幾何三維模型。在每種情況下，均根據(jù)數(shù)據(jù)Dp和GIl以及可能根據(jù)操作者數(shù)據(jù)Op來確定用于描 述設(shè)備(其中發(fā)生包含輻射源的過程)的幾何形狀的幾何數(shù)據(jù)、用于表示在其中發(fā)現(xiàn)所述 源的介質(zhì)的特征的物理化學(xué)數(shù)據(jù)、以及用于描述所述源的環(huán)境的數(shù)據(jù)。操作者數(shù)據(jù)Op為隨時間而應(yīng)用的數(shù)據(jù)，其可以是過程的時間進程的函數(shù)。操作者 數(shù)據(jù)Op包括下列數(shù)據(jù)的全部或部分能夠界定其中欲執(zhí)行計算的設(shè)施區(qū)域的幾何數(shù)據(jù)，用于界定時序的時間數(shù)據(jù)，根據(jù)該時間數(shù)據(jù)得知事故的時間進程，用于對設(shè)施外部的可能會與事故相互作用的不同系統(tǒng)進行說明的數(shù)據(jù)，與事故的環(huán)境相關(guān)的數(shù)據(jù)(例如，天氣數(shù)據(jù))，能夠表達關(guān)于事故原因的假設(shè)的數(shù)據(jù)(進行中的過程的溫度的變化、化學(xué)濃度的 改變等)。在源項確定步驟之后，執(zhí)行用于通過劑量計算模塊Mm進行劑量計算的步驟。有利 地，劑量計算步驟可在極短的時間內(nèi)根據(jù)數(shù)據(jù)GI1、源項S(t)以及內(nèi)部數(shù)據(jù)I對存在于設(shè) 施中的輻射劑量進行計算，不論輻射為中子放射還是Y輻射。接下來，將結(jié)合圖6-10對該 步驟進行詳細(xì)說明。劑量計算模塊Mm遞送在設(shè)施的不同點△彳中計算出的劑量或等效劑 量率(dose equivalent rate)值(I(Aj)。在上述本發(fā)明改良的范圍內(nèi)，劑量或等效劑量率(KAj)值分布在各個劑量間隔中，并形成分布在不同區(qū)域Zi中的數(shù)據(jù)I (Zi)。分布在劑量 間隔中與不分布在劑量間隔中的值均為診斷模塊Md的輸入數(shù)據(jù)。由模塊Md執(zhí)行的診斷步驟是用于分析設(shè)施中的臨界事故的時間進程的步驟。在診 斷步驟中，對時間進程數(shù)據(jù)E (t)進行計算，時間進程數(shù)據(jù)E (t)是劑量或等效劑量率Cl(Aj) 值的與時間相關(guān)的變化。一旦計算出時間進程數(shù)據(jù)E (t)，便將時間進程數(shù)據(jù)E (t)與參考標(biāo) 準(zhǔn)Cr相比較，以確定將標(biāo)準(zhǔn)C考慮在內(nèi)的干預(yù)路徑與操作者走完該路徑所需的估計路徑時 間、該同一操作者執(zhí)行所擬定的操作所需的時間、以及源的活動的時間進程，以用于估計劑 量在回程時間內(nèi)的積分(integrated)值。根據(jù)本發(fā)明的改良，該方法包括與劑量或等效劑量率計算步驟同時進行的用于計 算污染的步驟。該改良例示于圖3中。污染計算模塊M。。根據(jù)源項S(t)、幾何數(shù)據(jù)GI2及 環(huán)境數(shù)據(jù)De確定在實際或模擬事故中/后可出現(xiàn)在人體中和/或環(huán)境中的污染情況。因 而，可計算出個體暴露于最初可裂變材料及暴露于在事故中所產(chǎn)生的裂變產(chǎn)物的暴露量， 即例如，因暴露于煙流(plume)和/或暴露于沉積物而接收到的外部劑量、在甲狀腺上接收 到的劑量、因吸入而接收到的有效劑量或接收到的總有效劑量。根據(jù)由國家天氣預(yù)報加以 標(biāo)準(zhǔn)化的特性或根據(jù)在事故發(fā)生時是否下雨，這些計算可將風(fēng)速考慮在內(nèi)。使用已知的算 法(例如，高斯突發(fā)模型(Gaussian burst model)算法或Doury模型算法(Doury model algorithm))來執(zhí)行這些計算。用于計算污染狀態(tài)的算法需要使用代表不同已知時間進程 及代表有害產(chǎn)物對人類和/或環(huán)境的不同已知影響的參數(shù)和/或軟件包。依靠輸入?yún)?shù) S(t)、GI2&DE，可對由進行中的臨界事故造成的污染進行模擬。此處，應(yīng)注意，幾何數(shù)據(jù)GI2 不同于前述幾何數(shù)據(jù)GI1。幾何數(shù)據(jù)GIl是關(guān)于設(shè)施的內(nèi)部體積的幾何描述，而幾何數(shù)據(jù) GI2是關(guān)于設(shè)施與外部環(huán)境的界面，例如，煙囪的高度、建筑物之間的距離以及過濾層。這些 計算將人員在事故動力學(xué)中產(chǎn)生的裂變產(chǎn)物中的暴露考慮在內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的改良，來自污染計算步驟的影響值V(t)是診斷模塊Md的輸入數(shù)據(jù) 并相應(yīng)地參與臨界事故的時間進程的分析過程。因而，時間進程數(shù)據(jù)可不僅取決于針對輻 射所計算的劑量或等效劑量率的時間進程，而且取決于所評價污染的時間進程。以下將對 圖4及圖5進行說明。圖4及圖5對應(yīng)于對事故進行模擬時的情形。此處，源項確定模塊Ms由與計算代 碼模塊Cd連接的專家模塊Me組成。專家模塊Me實質(zhì)上包括外插模塊以及數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫包括用于表示可在設(shè)施中應(yīng) 用的不同過程的特征的全部物理化學(xué)數(shù)據(jù)，而計算代碼模塊Cd則包括可與這些不同過程相 關(guān)的全部計算代碼或算法。專家模塊Me接收幾何數(shù)據(jù)GI1、數(shù)據(jù)Dp以及可能接收操作者數(shù) 據(jù)Op作為輸入。專家模塊Me遞送由計算代碼模塊Cd對事故的動態(tài)量進行建模所需的數(shù)據(jù) dE，其中數(shù)據(jù)dE是根據(jù)介質(zhì)類型加以詳細(xì)說明的。視介質(zhì)的特性而定，模塊Cd所執(zhí)行的計 算代碼為例如，Appollo計算代碼、Critex計算代碼、Powder計算代碼、或任何等效計算代 碼。然后，使用模塊Cd所遞送的動態(tài)動力學(xué)數(shù)據(jù)dS來詳細(xì)說明在時間進程情況下的源項 S(t)?，F(xiàn)在，將對模塊Mm所執(zhí)行的用于計算劑量的步驟進行說明。圖6例示對構(gòu)成模塊 Mcd的不同基本模塊的詳細(xì)描述。用于計算劑量的步驟包括用于讀取幾何數(shù)據(jù)GIl (模塊1)的步驟以及用于讀取源數(shù)據(jù)S(t)(模塊2)的步驟。執(zhí)行讀取步驟的順序并不重要，可同時執(zhí)行這兩個步驟。如上文所述，設(shè)施的幾何數(shù)據(jù)GIl代表建筑物的主體配置(建筑物的不同房間)、 建筑物的包絡(luò)線、在其中實施該方法的設(shè)備以及存在于建筑物中的屏蔽物。在步驟2中讀取的源數(shù)據(jù)S (t)是關(guān)于發(fā)出輻射的源的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)由以下數(shù) 據(jù)組成在事故水平上隨時間發(fā)生的裂變的次數(shù)、用于描述其中發(fā)生事故的設(shè)備(點狀源 或主體源)的幾何形狀的幾何數(shù)據(jù)、以及用于表示其中發(fā)生事故的介質(zhì)的特征(均勻介質(zhì)、 非均勻介質(zhì)、液體介質(zhì)、粉末、金屬等)的介質(zhì)數(shù)據(jù)。在完成上述讀取步驟之后，接著進行評價步驟，所述評價步驟用于評價構(gòu)成所述 設(shè)施的壁、底面、過程設(shè)備以及更一般地所有屏蔽物的不同材料Mk (k = 1,2,... ,η)的衰減 系數(shù)K(Mk) (k= 1,2, ...,η)以及表示在所述設(shè)施(模塊3)的不同點P上在不存在任何 壁或屏蔽物時將存在的輻射劑量的理論數(shù)據(jù)D。(P)。模塊3所實現(xiàn)的計算步驟是根據(jù)數(shù)據(jù) GI1、S (t)以及內(nèi)部數(shù)據(jù)I來進行，其中內(nèi)部數(shù)據(jù)I包括每一種材料的衰減系數(shù)的數(shù)學(xué)模型。 較佳地，衰減系數(shù)是以多項式方程的形式出現(xiàn)。作為非限定性實例，被輻射穿過的材料Mk的 衰減系數(shù)K (Mk)表示為K (Mk) = aX+bY+cXY+dX2+eY2+fZ+gff系數(shù)a、b、C、d、e、f及g是具有設(shè)定值的已知參數(shù)，其是被進行衰減系數(shù)評價的材 料Mk所特有的。量X、Y及Z是輻射源的特征變量，并且量W是代表所穿過材料Mk的厚度的 變量(W將在下文予以說明)。更具體而言，變量X取決于源的類型以及介質(zhì)的類型(均勻 介質(zhì)、非均勻介質(zhì)、液體、粉末、金屬等)，變量Y取決于源的體積，變量Z取決于在發(fā)生事故 與確定系數(shù)時刻之間所經(jīng)過的時間。系數(shù)a、b、c、d、e、f及g是屬于前述數(shù)據(jù)集合I的數(shù) 據(jù)。數(shù)據(jù)X、Y及Z是屬于數(shù)據(jù)集合S的數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)W是根據(jù)幾何數(shù)據(jù)G及布局?jǐn)?shù)據(jù)T計 算得出。對于給定的源類型和給定的介質(zhì)，量aX+bY+cXY+dX2+eY2+fZ是常數(shù)項Ko。因此， 量K (Mk)被表示為唯一變量W的函數(shù)，即K (Mk) = gff+Ko更一般地，除衰減系數(shù)的數(shù)學(xué)方程式以及系數(shù)a、b、C、d、e、f、g以外，內(nèi)部數(shù)據(jù)I 還包括以下數(shù)據(jù)期望在計算劑量時采用的量的類型(空氣中劑量(Gy單位)或等價劑量(Sv單 位))，以及用于計算衰減系數(shù)(即，用于修正源與計算點之間的距離的本身已知的系數(shù))的 條件。與由模塊3實施的計算步驟同時進行四個由各個模塊4、5、6及7實施的基本計算 步驟。模塊4實施用于確定適用于劑量計算的特征平面的步驟。作為非限定性實例，圖9 中例示一組特征平面P,圖9表示所述設(shè)施沿水平面Pe的截面圖，水平面Pe包含點源E， 發(fā)出有害輻射的源被比作點E。這些特征平面被構(gòu)造于平面Pe與平行于平面Pe的觀察平面 Pv之間。觀察平面Pv是其中例示有等劑量曲線的平面(參見圖8)。每一特征平面&均是 垂直平面，即垂直于平面Pe及Pv的平面，其包含發(fā)出有害輻射的源被比作的點E以及包含 于平面Pe及Pv之間的兩個垂直壁之間的至少一個接合邊緣。根據(jù)上述規(guī)則構(gòu)造而成的所 有平面的集合構(gòu)成本發(fā)明的特征平面。相應(yīng)地，包含于Pe及Pv之間并且垂直于平面Pe及
10Pv的所有部分的所有邊緣均受到影響。特征平面的集合選自幾何數(shù)據(jù)G。在步驟5 (模塊5)中，然后在特征平面P」之間實施掃描，以確定不同的計算平面 P。。然后，通過將特征平面h圍繞軸線Zp旋轉(zhuǎn)傾角θ而獲得計算平面Ρ。，其中軸線Zp垂直 于平面Pe及Pv并穿過點源Ε。每一計算平面P。均是在其中沿給定方向?qū)嵤﹦┝坑嬎愕钠?面，現(xiàn)在將參照圖8作為非限定性實例在特定的計算平面中對此加以說明。在用于確定計算平面的步驟5之后，進行用于在每一計算平面中確定特征線Qj的 步驟6 (模塊6)。對于給定的計算平面，特征線Qj穿過點源E并穿過位于計算平面中兩個 邊緣的接合部處的至少一個點。根據(jù)上述規(guī)則構(gòu)造而成的所有線構(gòu)成相關(guān)計算平面的本發(fā) 明特征線Qj的集合。通過設(shè)計，將計算平面P。劃分成關(guān)于垂直軸線Zp相互對稱的兩個半 平面。因此，相對于某一計算平面的特征線的集合被劃分成兩個特征線半集合。作為非限 定性實例，圖10例示圖9中計算平面P。的一個特征線Qj的半集合。該計算半平面將觀察 平面Pv沿具有單位向量 的線D進行切割。然后，確定屬于線D的特征點△彳的集合(本發(fā) 明方法的步驟7)。通過特征線％與線D的交點獲得特征點Δρ作為實例，圖8例示一連
串特征點Δ。、A” A2........An0特征點Aj在所述設(shè)施中具有已知的幾何位置。所述
設(shè)施在點源E與每一點Δ」之間的結(jié)構(gòu)也是已知的(參見圖10)。因此，根據(jù)先前計算出的 數(shù)據(jù)Dtl⑵及K(Mk)、點Aj相對于發(fā)射源E的已知位置以及所述設(shè)施在源E與點Aj之間 的已知結(jié)構(gòu)，可計算出存在于每一點Aj的輻射劑量(Aj)(本發(fā)明方法的步驟8)。計算線D由露天區(qū)域以及壁或屏蔽物區(qū)域組成。僅實際關(guān)心露天區(qū)域中的劑量計 算。因此，僅對位于露天區(qū)域中的點Δ」評價劑量的計算。點Δ j的劑量計算是通過以下方程式來進行+J=D0(P)XCdXXK(Mk)
kD0(P)是在預(yù)定的任意點P處在不存在壁或屏蔽物情況下的計算劑量，其中預(yù)定的 任意點P位于輻射路徑上且距點源E的距離為Itl(在為主體源的情況下，點E是源的體積 的中心)，Cd是距離修正系數(shù)
12Cd= +
I2 ‘其中Ici是前述距離，1是點源E距點Δ j的距離，且K (Mk)是上述材料Mk的衰減系數(shù)?，F(xiàn)在將說明衰減系數(shù)K(Mk)。如前面所述，受到輻射的材料Mk的衰減系數(shù)表示為K(Mk) = gXff+K0其中，量W表示穿過材料Mk的輻射所覆蓋的距離。較佳地，量W被定義為由穿過 壁、隔墻或材料屏蔽物Mk的輻射方向與該壁、該隔墻或該屏蔽物的平面的法線形成的夾角 α的函數(shù)對于介于0°與預(yù)定限定值alim(0< alim< π/2)之間的角度a，W為所穿過的 材料的實際厚度，以及對于介于預(yù)定限定值a lim與π /2之間的角度α，W為對應(yīng)于角度a lim的壁或屏 蔽物的厚度的值巧吣
11
量α lim被選擇成在較大角度下不會低估劑量d( Δ ρ。該量α lim隨輻射類型而異。圖7例示圖6所示的模塊的改良。此處，所計算的劑量分布于預(yù)定劑量間隔中，并 將詳細(xì)說明等劑量曲線。除上述模塊1-8外，模塊此(1還包括用于將所計算劑量分布在預(yù)定 劑量間隔[di，di+1]中的模塊10。將描述此一分布的實例，其中將劑量Cl(Aj)分布于η個劑量間隔[di，di+l] (i = 1，2，· · ·，π)中。所計算劑量在不同劑量間隔中的分布是通過以下方式實施如果針對同一露天區(qū)域的兩個連續(xù)特征點八」及Aj+1計算出的劑量Cl(Aj)及 d(AJ+1)屬于同一間隔[di，di+Ι]，則在這些點之間分配同一區(qū)域Zi;否則，計算中間點(Δ j+ Δ J+1) /2處的劑量d (( Δ j+ Δ J+1) /2)，并通過二分法尋找一 個或多個其劑量d(Ak)是劑量間隔極限值的點Ak，在屬于同一劑量間隔的兩個連續(xù)點之 間分配同一附屬區(qū)。分布于不同區(qū)域Zi中的數(shù)據(jù)Cl(Aj)形成數(shù)據(jù)I (Zi)。然后，可根據(jù)數(shù)據(jù)I(Zi)針對同一計算線D獲得等劑量曲線C(Zi)(本方法的步驟 9)。針對計算線的集合(即針對計算平面的集合)獲得的等劑量曲線C(Zi)形成整個觀察 平面Pv中的等劑量面。作為非限定性實例，圖11例示所計算劑量在五個區(qū)域Z1-Z5中的 分布。在觀察平面是包含點源E的水平面Pe的特定情形中，所有壁及屏蔽物均被垂直于 其表面(α =0)穿過。因而，衰減系數(shù)的值為常數(shù)值K。因此，計算被極大地簡化。如果劑量Cl(Aj)及d(Aj+1)不屬于同一間隔[di，di+1]，則點源E與其中輻射劑 量對應(yīng)于間隔極限值的點~之間的間隔距離1由如下方程式簡單地表示 本發(fā)明的方法具有許多優(yōu)點對臨界事故的影響進行實時計算，對事故的時間進程進行診斷與預(yù)測，通過對可實施實際設(shè)施的修改或設(shè)施中所應(yīng)用過程的修改的解決方案進行模擬， 來檢查這些修改的可行性與有效性，從而防止可能發(fā)生在干預(yù)隊水平面上的不可接受的后 果，驗證針對干預(yù)所作的決定的可行性，在虛擬實境中準(zhǔn)備在何種條件下決定實施干預(yù)，訓(xùn)練未來干預(yù)者，模擬危機演習(xí)。在進行任何干預(yù)之前，通過使用模擬模塊執(zhí)行本發(fā)明的方法，可驗證所述干預(yù)的 技術(shù)可行性。例如，可估計中子和/或Y劑量測定以選擇劑量較小的干預(yù)路徑。例如，通 過在虛擬實境中準(zhǔn)備進行干預(yù)，干預(yù)者可準(zhǔn)備噴射滅火粉劑以達到停止事故的目的。在進行干預(yù)期間，例如，本發(fā)明的方法可使得能實時跟蹤其中發(fā)現(xiàn)有干預(yù)者的劑 量測定背景。然后，可將設(shè)施所發(fā)生的任何與時間相關(guān)的變化(例如，墻壁或保護性屏蔽物 的墜落)考慮在內(nèi)并在將所述變化考慮在內(nèi)的情況下進行新的劑量計算。
此外，通過本發(fā)明的方法，可有利地快速制定安全守則，從而可促成對設(shè)施進行新 的尺寸計算。
權(quán)利要求
一種用于確定在易發(fā)生危險的設(shè)施內(nèi)發(fā)生的事故的時間進程的方法，在所述設(shè)施中發(fā)生至少一個過程，所述方法的特征在于包括用于確定源項(S(t))的步驟(MS，ME)，根據(jù)代表在所述設(shè)施中發(fā)生的所述過程中至少一者的過程數(shù)據(jù)(Dp)以及根據(jù)所述設(shè)施的幾何數(shù)據(jù)(GI1)來確定源項(S(t))，所述源項(S(t))識別發(fā)出有害物質(zhì)的源，且包括所述源的代表數(shù)據(jù)，所述代表數(shù)據(jù)中具有所發(fā)出的有害物質(zhì)的速率；計算步驟(MCD)，用于根據(jù)所述速率以及所述設(shè)施的幾何數(shù)據(jù)(GI1)對存在于所述設(shè)施中的所述有害物質(zhì)的量進行實時計算；以及診斷步驟(MD)，在所述診斷步驟(MD)中對所計算的量的與時間相關(guān)的變化(E(t))進行計算，并且在所述診斷步驟(MD)結(jié)束時，在將所計算的與時間相關(guān)的變化與參考標(biāo)準(zhǔn)(Cr)相比較之后，遞送在所述設(shè)施中進行干預(yù)的可行性或不可行性的數(shù)據(jù)(dInt)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于識別所述源項(S(t))，并根據(jù)來自存在于所 述設(shè)施中的傳感器(Cmn)的測量值以及根據(jù)過程數(shù)據(jù)(Dp)生成所述速率的代表數(shù)據(jù)。
3.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于如果遞送所述干預(yù)的不可行性數(shù) 據(jù)，則所述方法還包括修改步驟，用于修改所有或部分所述過程數(shù)據(jù)(Dp)和/或所述設(shè)施的所有或部分所述 幾何數(shù)據(jù)(GIl)，以獲得全部或部分經(jīng)過修改的過程數(shù)據(jù)和/或所述設(shè)施的幾何數(shù)據(jù)；額外步驟，用于根據(jù)部分或全部經(jīng)過修改的過程數(shù)據(jù)和/或所述設(shè)施的幾何數(shù)據(jù)，確 定額外源項，以計算由所述源發(fā)出的所述有害物質(zhì)的額外速率；額外步驟(Mcd),用于根據(jù)所述額外速率及所述設(shè)施的幾何數(shù)據(jù)(GIl)，對存在于所述 設(shè)施的不同點中的所述所發(fā)出的有害物質(zhì)的額外量進行實時計算；額外診斷步驟(MD)，在所述額外診斷步驟(Md)中計算所述所發(fā)出有害物質(zhì)的所述額外 量的與時間相關(guān)的變化，并在所述額外診斷步驟(Md)結(jié)束時，在將所述額外的所計算的與 時間相關(guān)的變化與參考標(biāo)準(zhǔn)相比較之后，遞送在所述設(shè)施中進行干預(yù)的可行性或不可行性 的數(shù)據(jù)。
4.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于根據(jù)修改所述設(shè)施的幾何形狀的 事件而定，對所述設(shè)施的所述幾何數(shù)據(jù)進行修改。
5.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于所述事故是在核設(shè)施中發(fā)生的臨 界事故，所述所發(fā)出的有害物質(zhì)是有害輻射，所述速率是由發(fā)出所述有害輻射的所述源產(chǎn) 生的每單位時間的裂變次數(shù)，且所述有害物質(zhì)的量是輻射劑量。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于還包括污染計算步驟(M。。)，其根據(jù)所述源項 (S(t))、額外幾何數(shù)據(jù)(GI2)以及環(huán)境數(shù)據(jù)(De)計算所述臨界事故對人類和/或環(huán)境的影 響值(V(t))，所述影響值(V(t))參與所述診斷步驟(MD)，以便在所述診斷步驟中，計算所 述影響值的與時間相關(guān)的變化，且在對與時間相關(guān)的劑量變化以及所述影響值的與時間相 關(guān)的變化進行分析之后，提出所述干預(yù)可行性數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求5或6中任一項所述的方法，其特征在于用于對存在于所述設(shè)施中的所 述有害輻射的劑量進行實時計算的所述步驟(Mm)包括以下步驟確定構(gòu)成所述設(shè)施的垂直壁及底面的材料的衰減系數(shù)以及，更一般地，可放置于所述 有害輻射的軌跡上的任何屏蔽物的材料的衰減系數(shù)；根據(jù)所述設(shè)施的所述幾何數(shù)據(jù)(GIl)，在實質(zhì)上垂直于所述設(shè)施的所述垂直壁并包含 在所述事故的起點處代表所述源的點源(E)的源平面(Pe)與平行于所述源平面的觀察平 面(Pv)之間，確定垂直于所述源平面的一組特征平面(pp，所述特征平面(pp各包含所述 點源(E)以及所述設(shè)施的兩個垂直壁之間的至少一個接合邊緣；圍繞垂直于所述源平面并穿過所述點源(E)的軸線(Zp)傾斜地(θ )掃描所述特征平 面，以界定至少一個計算平面(Pe)；對于所述計算平面，確定一組特征線(QP，每一特征線均穿過所述點源(E)和穿過位于 兩個接合邊緣的接合部處的至少一個點；在位于所述觀察平面與所述計算平面的相交處的計算線(D)上，確定所述計算線與所 述特征線之間交點的位置；從存在于所述計算線上的所述交點中，選擇位于所述設(shè)施的露天區(qū)域中的交點Aj ； 根據(jù)裂變次數(shù)與時間的關(guān)系、所述點源(E)與所述點勺間隔距離、以及所述垂直壁 和/或所述底面的構(gòu)成材料的衰減系數(shù)和/或?qū)⑺鳇c源(E)與所述點~隔開的任何屏 蔽物的構(gòu)成材料的衰減系數(shù)，計算存在于每一個點、處的輻射劑量Cl(Aj)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于還包括以下步驟 將所計算出的所述劑量(ΚΔρ與預(yù)定劑量間隔相比較，以便如果兩個連續(xù)的所選交點 與Ap1的兩個計算劑量與d(Aj+1)屬于同一劑 量間隔，則對所述兩個計算劑量分配同一附屬區(qū)(Zi)；以及否則，計算位于兩個連續(xù)點 與八㈣之間的中間點處的輻射劑量仏仏廣八㈣)々)， 并通過二分法尋找一個或多個其劑量d( Ak)為劑量間隔極限的點Ak，在屬于同一劑量間 隔的兩個連續(xù)點之間分配同一附屬區(qū)，根據(jù)分配給所述所計算輻射劑量的所述附屬區(qū)，沿所述計算線形成等劑量曲線。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于在360度內(nèi)實施所述傾斜掃描，以將沿一組計 算線建立的一組等劑量曲線分組于一起，從而形成在整個所述觀察平面中的等劑量表示形 式。
10.如權(quán)利要求7至9中任一項所述的方法，其特征在于存在于所述所選交點處的所述 輻射劑量由以下方程式表示Ci(Aj)= D0MxCdXlK(Mk) ’其中 kD0(P)是在預(yù)定的任意點(P)處在不存在壁及屏蔽物情況下的所述計算劑量，其中所述 預(yù)定的任意點(P)位于所述輻射的路徑上且距所述點源E的距離為Itl，所述輻射在所述點 源(E)與所述點~之間傳播， Cd是距離修正系數(shù)CD=I2/I0其中Itl是前述距離，1是所述點源(E)與所述點Δ ^之間的距離，且 K(Mk)是材料Mk的所述所計算衰減系數(shù)，所述材料Mk被在所述點源E與所述點AjZ 間傳播的輻射穿過。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述衰減系數(shù)K(Mk)表示為以下公式K(Mk) = gXW+K。，其中W是表示所述材料Mk的被穿過厚度的量，g是所述材料Mk的已知特征系數(shù)，K0是取決于所述輻射源與所述材料Mk的已知項。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述量W被定義為由所述輻射的方向與所 述材料Mk的垂直壁的法線形成的夾角α的函數(shù)對于介于0°與預(yù)定限定值Cilim(0< alim< π/2)之間的角度a，W為所述被穿過的 材料的實際厚度，以及對于介于所述預(yù)定限定值alim與π/2之間的角度a，W為被輻射穿過的所述材料厚 度，所述輻射的方向與所述垂直壁的法線形成夾角alim。
13.如權(quán)利要求5至12中任一項所述的方法，其特征在于所述有害輻射是γ輻射或中 子放射。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定在設(shè)施內(nèi)發(fā)生的事故的時間進程的方法，在所述設(shè)施中發(fā)生至少一個易發(fā)生危險的過程，所述方法的特征在于包括步驟(MS)，用于確定源項(S(t))，所述源項(S(t))用于在事故的起點處對源進行識別并包括由所識別的源發(fā)出的有害物質(zhì)的速率數(shù)據(jù)；步驟(Mcd)，用于根據(jù)所述速率以及設(shè)施的幾何數(shù)據(jù)(GI1)對存在于設(shè)施的不同點中的有害物質(zhì)的量進行實時計算；以及診斷步驟(MD)，在所述診斷步驟結(jié)束時，對在計算步驟中所計算的量的與時間相關(guān)的變化進行分析之后，遞送在設(shè)施中進行干預(yù)的可行性或不可行性的數(shù)據(jù)(dInt)。本發(fā)明應(yīng)用于在易發(fā)生危險的設(shè)施(核電站、化工廠)中發(fā)生事故的情況。
文檔編號G06F17/50GK101933020SQ200880120719
公開日2010年12月29日 申請日期2008年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月22日
發(fā)明者費羅尼·瑪沙, 馬拉斯·奇隆 申請人:原子能與替代能源署