核電廠流出物水體擴(kuò)散分析特點(diǎn)

流出物在不同水體中擴(kuò)散有不同的特點(diǎn)。

在寬淺的天然河流中，垂向迅速達(dá)到均勻混合。在恒定排放率條件下計(jì)算時(shí)可忽略縱向彌散，集中計(jì)算在橫斷面均勻混合前過(guò)渡段內(nèi)的橫向彌散。過(guò)渡段距離取決于河流寬深比、曲率、比降、糙度及排放口位置。岸邊排放時(shí)，過(guò)渡段為河寬20~40倍；河中心排放時(shí)，過(guò)渡段為岸邊排放過(guò)渡段的1/4。事故排放時(shí)河流中核素濃度計(jì)算要依據(jù)釋放率隨時(shí)間變化，考慮對(duì)流輸運(yùn)和橫向縱向兩個(gè)方向的彌散。

湖泊中核素遷移受入湖水和出湖水流量、湖水中垂直溫度分布以及呈現(xiàn)周期變換方向的沿岸流的影響。由于湖泊水交換緩慢，核素長(zhǎng)期停留在湖內(nèi)，沉積作用顯著。如果存在長(zhǎng)壽命核素，并且和懸浮物沉積物具有強(qiáng)的親和力，那么在懸浮粒子濃度高時(shí)，沉積作用則應(yīng)著力研究。平衡條件下，核素在固相上濃度與液相中濃度之比稱為分配系數(shù)。分配系數(shù)隨核素種類、化學(xué)形態(tài)以及水體性質(zhì)的變化，相差很大。

核素在河口和海灣中遷移的特點(diǎn)是受潮汐影響，河口流量劇烈變化，咸淡水相匯，加強(qiáng)了紊流混合作用。另一方面，潮汐對(duì)河水的頂托，延長(zhǎng)了核素在河口段的停留時(shí)間。河口離子濃度變化使吸附和解析、沉淀和溶解作用變得復(fù)雜。海灣水的平均滯留時(shí)間、潮型、沿岸流、鹽度和風(fēng)向影響著核素在海灣中遷移。在大海灣和遠(yuǎn)岸海域，紊流彌散系數(shù)與湍渦尺度的4/3次方成比例，隨時(shí)間不斷增加。

按流出物進(jìn)入受納水體后各階段稀釋混合的特點(diǎn)，可以分成近場(chǎng)混合和遠(yuǎn)場(chǎng)混合。近場(chǎng)混合的效果決定于排放器的結(jié)構(gòu)和位置(表面式或浸沒(méi)式)、流出物動(dòng)能(射流作用)、流出物和受納水體的溫度和密度、水體的深淺、橫向流強(qiáng)弱等因素。近場(chǎng)范圍的典型值為10~100倍排放特征尺度(排放特征尺度定義為排放截面面積的平方根)。迅速?gòu)?qiáng)烈的射流混合，可在近場(chǎng)邊界達(dá)到一兩個(gè)數(shù)量級(jí)的稀釋度。對(duì)于不同排放器設(shè)計(jì)及不同水體條件，已有相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式或圖表用于估計(jì)近場(chǎng)混合范圍和稀釋度。在各種水體中，遠(yuǎn)場(chǎng)核素遷移方程大同小異，基本方程為對(duì)流-擴(kuò)散方程：

=div(DgradC)-div(CV)-λt s

式中C為t時(shí)刻空間某處一種核素在水中的濃度，D為彌散系數(shù)，V為流速，λ為核素衰變常數(shù)。方程右邊第一、二項(xiàng)分別表示水動(dòng)彌散作用和對(duì)流作用引起的核素遷移；s表示源匯項(xiàng)，描述了除核素衰變外各種機(jī)制引起的核素在水中濃度的變化率，包括吸附和解析、沉淀和溶解等。

對(duì)河流而言，不同條件下的對(duì)流-擴(kuò)散方程的解析解能給出滿足需要的結(jié)果。對(duì)大湖、河口和海灣則應(yīng)采用數(shù)值計(jì)算求解流場(chǎng)方程和核素遷移方程。在各種受納水體的核素遷移計(jì)算中，彌散系數(shù)是一個(gè)主要參數(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)有許多經(jīng)驗(yàn)公式用于從流場(chǎng)參數(shù)確定彌散系數(shù)。但在缺乏必要的資料，或者具體條件不符合經(jīng)驗(yàn)公式的適用條件時(shí)，則應(yīng)該采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)流場(chǎng)參數(shù)，并進(jìn)行示蹤實(shí)驗(yàn)，確定彌散系數(shù)。

核電廠冷卻水排放會(huì)使受納水體溫度升高，導(dǎo)致水中化學(xué)反應(yīng)和生化反應(yīng)速度加快，溶解氧減少，影響魚(yú)類生存和繁殖。水溫還會(huì)使氰化物和重金屬離子等毒物的毒性增加。中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB3097-82《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定:廢熱水進(jìn)入水體經(jīng)混合后，導(dǎo)致中心水域溫度升高不得大于當(dāng)?shù)禺?dāng)時(shí)水溫4℃。除可采用數(shù)學(xué)模型計(jì)算溫升外，在排放口附近流場(chǎng)和邊界條件復(fù)雜時(shí)可采用物理模型實(shí)驗(yàn)確定溫升范圍。

核電廠液態(tài)流出物進(jìn)入地下水的可能途徑是污染了的地表水滲入地下水，或污染淺層土壤后入滲到地下水。在正常工況下，核電廠液態(tài)流出物污染地下水的可能性極低，僅在選址時(shí)加以考慮。在堆芯熔化事故中，釋放的核素在地下水中遷移受非飽和帶厚度和性質(zhì)、降水入滲速度、含水層厚度、地下水流速、核素化學(xué)形態(tài)及多種環(huán)境因素影響。地質(zhì)介質(zhì)對(duì)核素的吸附作用，用滯留因子表示，其定義為地下水實(shí)際流速與核素遷移速度之比。不同介質(zhì)、不同核素及不同環(huán)境條件，滯留因子值相差甚大。

本詞條由“科普中國(guó)”科學(xué)百科詞條編寫(xiě)與應(yīng)用工作項(xiàng)目 審核 。

核電廠釋放的液態(tài)放射性流出物在受納水體中的輸運(yùn)與擴(kuò)散。核電廠常規(guī)排放到環(huán)境中的液態(tài)流出物包括冷卻水、實(shí)驗(yàn)室廢水、地板沖洗水以及經(jīng)廢液處理系統(tǒng)凈化后的廢水等，其放射性濃度屬于或小于放射性液體廢物分級(jí)中的低放廢液。

中文名稱

核電廠流出物水體擴(kuò)散

英文名稱

diffusion in water body of effluent from nuclear power plant

定　　義

核電廠產(chǎn)生的液態(tài)放射性物質(zhì)經(jīng)過(guò)凈化處理并在符合國(guó)家規(guī)定的條件下通過(guò)槽(罐)排入接納水體進(jìn)行輸運(yùn)與擴(kuò)散的過(guò)程。

應(yīng)用學(xué)科

電力（一級(jí)學(xué)科），核電（二級(jí)學(xué)科）

核電廠氣載流出物中最重要的放射性核素是惰性氣體和放射性碘，此外，還有一些特殊狀態(tài)的裂變產(chǎn)物和活化產(chǎn)物，以及氚等核素的揮發(fā)性化合物。事故釋放中的裂變產(chǎn)物可能以復(fù)雜的混合物狀態(tài)出現(xiàn)，但仍包括碘-131和惰性氣體。因此對(duì)氣載流出物的監(jiān)測(cè)類型應(yīng)包括發(fā)射β或γ的氣溶膠、發(fā)射α的氣溶膠的總活度測(cè)量和惰性氣體的總活度測(cè)量，以及對(duì)關(guān)鍵核素和諸如碘、鍶和氚之類的放射性同位素的特殊測(cè)量。核電廠的液態(tài)流出物含有裂變產(chǎn)物和活化產(chǎn)物，主要是鈷、鐵、鎳、鉻、鍶、銫和碘的同位素以及氚。因此對(duì)液態(tài)流出物的監(jiān)測(cè)類型包括發(fā)射β或γ的放射性核素、發(fā)射α的放射性核素的總活度的測(cè)量，以及關(guān)鍵核素和某些特殊的放射性同位素，特別是碘和氚的測(cè)量。

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了核電廠液態(tài)流出物的取樣要求和液態(tài)流出物γ放射性核素總濃度的分析測(cè)量方法。

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的取樣和分析方法適用于核電廠液態(tài)流出物中總放射性核素總濃度的測(cè)定2100433B