[发明专利]一种放射性核素扩散的计算方法

摘要

本发明涉及一种放射性核素扩散的计算方法，该方法采用在放射性云团扩散区域划分地理网格单元并在网格单元上叠加二维风场，使用相关模型模拟放射性云团的移动、发展过程并最终求得预定时间后放射性云团的影响范围及其放射性浓度；利用本发明提供的这种放射性核素扩散的计算方法，能够预测突发的严重核事故所引起的放射性核素泄露在大气中的扩散趋势，进而确定放射性核素的扩散范围。

主权项

一种放射性核素扩散的计算方法，其特征在于，包括：步骤一、在地图上确定发生放射性核素泄露的区域，确定放射性云团的原始中心坐标；步骤二、对发生放射性核素泄露的区域进行地理网格划分，结合硬件计算能力及显示效果确定适当的网格单元大小；步骤三、根据气象数据在每个网格单元内进行等时间间隔的二维风场叠加；步骤四、根据放射性核素泄漏的情况确定放射性核素扩散模型，并结合原始中心坐标、放射性核素泄漏时间和二维风场计算出每个网格单元浓度值；步骤五、根据每个网格单元的浓度值判断放射性云团是否分裂，若否，进入步骤六，若是，进入步骤七；步骤六、根据二维风场计算新的原始中心坐标，并进入步骤四；步骤七、确定放射性云团的数目，并计算每个放射性云团的原始中心坐标，按照步骤四计算每个放射性云团对网格单元浓度的贡献值；步骤八、对每个原始中心坐标对网格单元浓度的贡献值求和，得到每个网格单元浓度值；步骤九、判断是否到达设定时间，若否，重复步骤七、八直到时间到达预设的时间，若是进入步骤十；步骤十、设定浓度阈值，标记网格单元浓度大于阈值的网格；步骤十一、将标记的网格单元的浓度映射到RGB空间，绘制整个扩散区域图，得到整个放射性核素扩散区域图；其中，在步骤四中，所述放射性核素扩散模型为：Ⅰ.处于长期核泄漏，且近地面时，放射性核素扩散模型为式(1)C(x,y,z)=Q2πuσyσz·exp[-12(y2σy2+z2σz)]---(1)]]>其中，C是点p(x,y,z)点处放射性核素污染物的平均浓度，单位是Bq·m‑3；Q是放射性核素释放率，单位为Bq·s‑1；其数学计算模型为式(6)；σy，σz是下风向x(m)距离处侧风方向及铅直方向的扩散系数；其数学计算模型为式(6)；Ⅱ.处于长期核泄漏，且离地面有一定高度时，放射性核素扩散模型为式(2)C(x,y,z)=Q2πuσyσz·exp(-y22σy2){exp[(-(z-h)22σz2)]+exp[(-(z+h)22σz2)]}---(2)]]>其中，h是放射性核素释放后，放射性云团的稳定高度，单位是m，其数学计算模型为式(7)；Ⅲ.处于短期核泄漏，放射性核素扩散模型为式(3)Ci(x,y,z)=Q2π32σxσyσz·exp(-12(x-xc(i)σx)2-12(y-yc(i)σy)2]Σn=-∞∞{exp[-12(z-zc(i)+2nzinvσz(i))2]+exp[-12(z+zc(i)+2nzinvσz)2]}.---(3)]]>其中，σx，σy，σz为扩散系数；其数学计算模型为式(5)xc(i)，yx(i)，zc(i)是第i个放射性核素扩散云团中心坐标，单位是m，其数学计算模型为式(4)，zinv为逆温层顶的高度，通过结合气象观测数据，采用Yd法、罗氏法或者查表法获取，n的取值范围[1,4]；Ⅳ.放射性核素云团中心坐标数学模型为式(4)，xc(i)=xc0(i)+uxΔtyc(i)=yc0(i)+uyΔtzc(i)=zc0(i)+uzΔt---(4)]]>其中，平均风速u＝(ux，uy，uz)，起始位置(xc0(i)，yc0(i)，zc0(i))，Δt是时间间隔；Ⅴ.σx，σy，σz为扩散参数的确定采用沃格特方法计算，为式(5)σx=σy=axb+clnxσz=dxe+f·lnx---(5)]]>其中，x单位为km，参数a,b,c,d,e,f根据气象条件，查询国家标准“GB/T13201‑1991”《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》获得；Ⅵ.放射性核素的释放率数学计算模型为式(6)Q=Q′·exp(-0.693t3600T0.5)---(6)]]>其中，Q'为放射性核素初始释放浓度，T0.5为放射性核素半衰期；Ⅶ.放射性核素云团释放后，由热力抬升等上升的稳定高度，数学计算模型为式(7)h=h′+1.44·Di(W0u)2/3(xDi)2/3-C---(7)]]>其中，W0为放射性核素起始扩散速度，单位是m/s；h'为放射性核素起始扩散高度，单位为m；x为下风向距离，单位为m；u为h'处平均风速，单位为m/s；Di为放射性核素起始扩散半径，单位为m；C为修正因子，单位为m。