聚变反应堆概率安全分析方法研究

聚变反应堆概率安全分析方法研究
当前,能源问题已成为全世界共同关注的焦点问题。

聚变能一直被认为是有望彻底解决人类能源问题的方案之一。

国际热核实验堆(ITER)作为当今世界最大的国际科学合作计划之一,计划建造、运行一个可持续燃烧的托卡马克聚变实验堆,以验证未来聚变商用堆的工程及技术可行性。

ITER的正式建造标志着国际聚变研究步入工程实践阶段。

概率安全评价技术(PSA)是核电站安全分析的重要方法之一,目前已广泛应用于核能系统的设计、运行和维修等各个领域。

聚变堆的概率安全评价可以通过构建聚变堆的整体风险模型,对可能发生的事故场景、事故后果以及发生频率进行综合性的定量评价,为运营方以及监管部门提供技术支持。

但是,目前聚变装置的概率安全评价工作仅针对部分系统开展,本文提出了一套适用于聚变堆的概率安全评价方法,具体工作如下:(1)针对聚变堆的设计特点和安全特性,建立了基于概率论的聚变堆安全评价框架。

包括概率安全目标、始发事件分析、事故序列分析、系统可靠性分析以及风险评估。

(2)概率安全目标是概率安全评价工作的基础和前提,现阶段缺乏适用于聚变堆的概率安全目标。

本文基于在役电站现行概率安全目标的确立依据及发展历程,针对聚变堆特点,提出聚变堆的概率安全目标。

(3)基于ITER的事故分析报告中给出的始发事件清单,按照ITER电厂响应的不同进行分组,并使用事件树分析法建立了各个始发事件组的事件树模型。

详细分析各始发事件发生后,ITER的电厂响应措施,以及在电厂响应措施成功/失败条件下,各事故序列所造成的放射性后果。

选取ITER典型的安全系统,建立了真空室超压保护系统和除氚系统的故障
树模型,定量分析了各事故序列的频率。

(4)根据ITER事故序列的分析结果,参考各放射性物质的辐射剂量,计算ITER厂址边界处的最大个人有效剂量。

给出了在剂量对应频率框架下,ITER事故工况下各剂量值的风险累积曲线,并针对该分析结果展开讨论。

研究结果表明:ITER小剂量事故的累积频率较高,但仍然满足既定的概率安全目标;在超过0.1mSv的剂量范围内,ITER的累积频率陡降,不太可能造成大量放射性释放的后果;ITER在最严重的事故工况下所造成的放射性后果低于场外撤离标准,符合聚变堆消除场外应急的安全要求。

本文建立了一套适用于聚变堆的概率安全评价方法:给出聚变堆风险建议值,回答了聚变堆“到底多安全才足够安全”的问题;以ITER为研究对象,评估了ITER的社会风险,验证了方法的有效性。

该研究可为未来聚变商用堆的风险评估和安全监管提供理论参考。