[发明专利]放射性气体在地下岩体中扩散浓度分布的计算方法

说明书

本发明公开了放射性气体在地下岩体中扩散浓度分布的计算方法，包括步骤：1)对地下洞室山体建模，通过二维饱和‑不饱和渗流分析，得到水位分布；2)求解非稳态气体扩散方程，得到地下岩体气体压力分布，计算地下岩体中气体流速分布；3)计算放射性气体在地下岩体裂隙空气中的扩散系数，吸附系数和吸收系数，分析放射性气体的半衰期；4)建立放射性气体在地下岩体中的二维非稳态扩散方程；5)求解放射性气体在地下水位以上部分的地下岩体中的二维扩散方程，得到其浓度分布。建立了放射性气体在地下岩体中的扩散模型，可系统、科学、精确地计算放射性气体在地下岩体中的浓度分布，为地下核设施放射性污染防控提供理论支持。

技术领域

本发明涉及辐射安全技术领域，具体地指一种放射性气体在地下岩体中扩散浓度分布的计算方法。

背景技术

随着世界核能技术应用的发展，核设施的安全性要求越来越高，公众对核设施建设的表决权也越来越高。这就需要从技术上提高核设施的固有安全性，降低极端事故下放射性向环境中大规模释放的概率，保证人民群众的生命财产安全。

地下核电站和地下核废料处置库将带有放射性的装置置于地下，为核设施增加了除常规安全措施外的又一道固有安全屏障——岩体屏障。假设在极端事故时核设施发生了放射性泄漏，岩体屏障可为放射性物质提供暂存包容。但随着时间的推移，放射性核素是否会沿着岩体扩散至外部环境，扩散浓度分布如何还不清楚。特别是气载放射性核素，若通过岩体扩散进入大气环境，将会随大气弥散快速扩散，造成放射性污染。因此，计算放射性核素在地下岩体中的扩散浓度分布对放射性污染的防控十分重要。

目前，关于放射性核素在岩体中扩散浓度计算方法的研究，主要集中在固体、液体放射性核素沿岩体中地下水的弥散。如何建立放射性气体在地下岩体中的扩散模型，形成系统、科学、精确的计算方法是目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有放射性核素在岩体中扩散浓度计算方法，特别是放射性气体在岩体中扩散浓度计算方法的缺失，建立一种放射性气体在地下岩体中扩散浓度分布的计算方法。

本发明的目的是通过如下措施来达到的：一种放射性气体在地下岩体中扩散浓度分布的计算方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：

1)对已开挖地下洞室的山体建模，通过二维饱和-不饱和渗流分析，得到山体地下水位分布；

2)对地下水位以上部分的地下岩体进行建模，通过求解非稳态气体扩散方程，得到地下岩体气体压力分布，并通过流速-压力方程计算地下岩体中气体的流速分布；

3)计算放射性气体在地下岩体裂隙空气中的扩散系数，通过地质手册查阅所分析放射性气体在岩体中的吸附系数和吸收系数，通过查阅辐射防护手册查阅所分析放射性气体的半衰期；

4)根据放射性气体在地下岩体中扩散浓度分布的影响因素，建立放射性气体在地下岩体中的二维非稳态扩散方程；

5)求解放射性气体在地下水位以上部分的地下岩体中的二维扩散方程，得到其浓度分布。

优选地，所述步骤1)中二维饱和-非饱和渗流分析通过求解二维饱和-非饱和渗流控制方程实现：

其中，H表示压力水头，t表示时间，c表示比水容量，k表示导水率，x表示方向位置，y表示位置水头。

通过对已开挖地下洞室的山体进行二维饱和-不饱和渗流分析，得到山体地下水位分布，可确定放射性气体可扩散区域，为地下岩体中放射性气体二维扩散方程的求解提供了精确的边界条件。

优选地，所述步骤2)中通过求解气体压力分析区域的非稳态气体扩散方程，得到所述地下岩体气体压力分布：