核电厂发生严重事故时会造成大量放射性物质释放到环境中，对公众健康造成影响。其影响主要通过事故后果评价确定^[1]，需考虑源项、大气弥散过程和剂量估算3个方面。目前使用较多的核事故后果评价程序有美国的放射性后果评价软件(RASCAL)和事故释放源项估算程序(MELCOR)及事故后果计算系统^[2]、欧洲的实时在线决策支持系统、日本的环境应急剂量信息预测系统^[3-4]等。核事故后果评价程序可模拟放射性物质在大气环境中迁移传输过程，本研究以RASCAL软件为例，分析了核电厂长期全厂断电(LTSBO)事故后放射性核素不同释放途径的源项特征和剂量分布特征，并评价了对公众剂量的影响。

1．程序简介：本研究用到的RASCAL软件是美国核事故后果评价系统系列最新版本软件，版本号为4.3。该软件由美国橡树岭国家实验室批准环境保护部核与辐射安全中心授权使用。该软件为美国核管会进行核事故后果评价而研发，可用于评价核电厂、乏燃料储水池、核燃料循环设施，放射性物质操作设施的放射性物质释放特征。RASCAL软件考虑源项、核素迁移传输、剂量和后果计算^[5-7]，适用于放射性应急响应时基于核电厂状况进行剂量防护独立评价。源项计算时考虑潜在放射性事故情景下放射性物质释放源项。RASCAL 4.3软件包括创建积存量文件、输出源项、气象数据预处理等功能，它提供长期全厂断电(LTSBO)^[8]和冷却剂丧失(LOCA)两种事故估算堆芯熔化放射性物质释放的事故序列。LTSBO事故序列是缓慢发展的事故序列，反应堆堆芯温度在冷却剂蒸发之后才开始上升，LTSBO事故源项是基于MELCOR软件计算的事故序列。放射性物质释放到安全壳和环境是在核电厂电源丧失10～12 h后，该事故对公众健康造成的影响较大。

2．情景假设：以某核电厂为研究对象，厂址地形平坦，初始气象条件设为2015年8月的逐日气象数据，以此作为事故时释放核素大气扩散的气象驱动场。该核电厂1台机组反应堆功率为3 050 MWt，冷却水质量为2.2×10⁵ kg，采用U型管蒸汽发生器，蒸汽发生器水质量为4.2×10⁴ kg。

根据LTSBO事故下放射性核素的不同释放途径对剂量产生的影响，设置情景1、情景2和情景3这3种途径进行比较分析。情景1是当安全壳泄漏或失效时通过安全壳释放，即裂变产物从反应堆冷却剂系统中释放到安全壳再经失效的安全壳向环境释放；情景2是通过蒸汽发生器传热管破裂释放，即来自反应堆冷却剂系统中的裂变产物通过破损蒸汽发生器传热管到达二次侧后经卡开的安全阀释放到环境；情景3是通过旁路安全壳释放，即通过安全壳与辅助厂房的连接处释放到辅助厂房后再向环境释放。RASCAL 4.3软件中通过输入气象数据、核电厂设计参数等，运行计算后可输出源项、TEDE剂量、甲状腺待积剂量和空气浓度等，其中TEDE剂量包括烟云浸没外照射有效剂量、空气吸入内照射有效剂量和地面沉积外照射有效剂量。

1．不同情景下源项：3种情景下释放的所有核素的总放射性活度以及相应的核素放射性活度的25%～75%集中分布范围和5%～95%集中分布范围见表 1。不同情景事故时释放的核素放射性活度存在差异，放射性活度排序前15位的核素见表 2。3种情景下所有核素中¹³³Xe的放射性活度均最大，分别占核素总放射性活度的31.3%、24.3%和66.3%。情景2和情景3释放的所有核素中¹³²I和¹³⁵Xe的放射性活度为次大值，依次占核素总放射性活度的11.9%和25.3%。情景1释放的核素中¹³²I、¹³²Te和¹³⁵Xe的放射性活度相同，均为次大值。

表 1(Table 1)

表 1 不同情景下释放的总放射性活度及分布范围(Bq) Table 1 Total radioactivity and its distribution in atmosphere in different scenarios(Bq) 情景 总放射性活度 25%~75%分布范围 5%~95%分布范围 1 1.28×1016 3.60×1011~6.40×1013 7.64×107~1.26×1015 2 2.18×1019 5.40×1014~1.30×1017 1.17×1011~2.24×1018 3 8.30×1018 1.50×1012~7.48×1014 4.40 ×107~1.23×1017

表 1 不同情景下释放的总放射性活度及分布范围(Bq) Table 1 Total radioactivity and its distribution in atmosphere in different scenarios(Bq)

表 2(Table 2)

表 2 不同情景下释放的不同核素放射性活度 Table 2 Radioactivity of different radionuclides released to atmosphere in different scenarios 情景1 情景2 情景3 核素 活度(Bq) 核素 活度(Bq) 核素 活度(Bq) 133Xe 4.00×1015 133Xe 5.30×1018 133Xe 5.50×1018 132I 1.30×1015 132I 2.60×1018 135Xe 2.10×1018 132Te 1.30×1015 132Te 2.50×1018 135Xem 3.00×1017 135Xe 1.30×1015 133I 2.40×1018 133Xem 1.60×1017 133I 1.20×1015 131I 2.00×1018 85Krm 7.70×1016 131I 1.00×1015 135Xe 1.90×1018 88Kr 6.00×1016 135I 3.60×1014 99Mo 7.50×1017 131Xem 3.80×1016 99Mo 3.60×1014 99Tcm 7.20×1017 85Kr 3.00×1016 99Tcm 3.50×1014 135I 6.90×1017 132I 6.30×1015 239Np 2.00×1014 134Cs 3.40×1017 132Te 6.10×1015 134Cs 1.70×1014 239Np 3.00×1017 133I 5.90×1015 131Tem 1.40×1014 131Tem 2.80×1017 131I 4.80×1015 137Cs 1.10×1014 137Cs 2.40×1017 99Mo 1.90×1015 133Xem 1.10×1014 127Te 1.90×1017 99Tcm 1.80×1015 127Te 9.70×1013 135Xem 1.80×1017 135I 1.70×1015

表 2 不同情景下释放的不同核素放射性活度 Table 2 Radioactivity of different radionuclides released to atmosphere in different scenarios

2．不同情景下TEDE剂量：3种情景下核素通过不同照射途径对相应剂量计算的贡献份额有显著差异，贡献份额排序前10位的核素见表 3～5。情景1和情景2对浸没外照射剂量贡献份额最大的核素均为¹³²I，3种情景对浸没外照射剂量贡献份额最大的核素依次为¹³²I、¹³²I和¹³⁵Xe。3种情景对空气吸入内照射剂量贡献份额最大的核素均为¹³¹I。3种情景对地面沉积外照射剂量贡献份额较大的核素依次为¹³²I、¹³²I和⁸⁸Rb。

表 3(Table 3)

表 3 不同核素浸没外照射剂量贡献份额(%) Table 3 Contribution of different nuclides to submersion external exposure dose(%) 情景 情景2 情景3 核素 贡献份额 核素 贡献份额 核素 贡献份额 132I 49 132I 49 135Xe 49 133I 11 133I 12 133Xe 29 135I 7 135I 7 88Kr 5 131I 6 131I 6 132I 3 135Xe 5 134Cs 5 88Rb 2 134Cs 4 132Te 4 85Krm 1 132Te 4 131Tem 3 133Xem 1 131Tem 4 135Xe 3 133I 1 133Xe 2 136Cs 2 135I 1 136Cs 1 133Xe 2 131I 1

表 3 不同核素浸没外照射剂量贡献份额(%) Table 3 Contribution of different nuclides to submersion external exposure dose(%)

表 4(Table 4)

表 4 不同核素空气吸入内照射剂量贡献份额(%) Table 4 Contribution of different nuclides to air inhalation internal exposure dose(%) 情景 情景2 情景3 核素 贡献份额 核素 贡献份额 核素 贡献份额 131I 32 131I 34 131I 33 241Pu 15 241Pu 12 241Pu 13 132Te 11 132Te 12 132Te 12 134Cs 8 134Cs 9 134Cs 8 106Ru 6 133I 6 133I 7 133I 6 106Ru 6 106Ru 6 144Ce 6 144Ce 5 144Ce 5 90Sr 4 137Cs 4 137Cs 4 137Cs 3 90Sr 3 90Sr 3 129Tem 2 129Tem 2 129Tem 2

表 4 不同核素空气吸入内照射剂量贡献份额(%) Table 4 Contribution of different nuclides to air inhalation internal exposure dose(%)

表 5(Table 5)

表 5 不同核素地面沉积外照射剂量贡献份额(%) Table 5 Contribution of different nuclides to ground deposition external exposure dose(%) 情景 情景2 情景3 核素 贡献份额 核素 贡献份额 核素 贡献份额 131I 36 131I 36 88Rb 49 132Te 11 132Te 11 132I 18 134Cs 9 134Cs 10 132Te 6 133I 9 133I 9 134Cs 5 131Tem 7 131Tem 7 133I 5 135I 5 131I 5 131Tem 3 131I 5 135I 4 135I 3 136Cs 4 136Cs 5 131I 2 137Cs 2 137Cs 2 136Cs 2 99Mo 3 99Mo 3 137Cs 2

表 5 不同核素地面沉积外照射剂量贡献份额(%) Table 5 Contribution of different nuclides to ground deposition external exposure dose(%)

3种情景下TEDE剂量在80 km区域内变化范围依次为4.00×10^-1～4.90×10、1.60～9.00×10⁴和6.10×10^-1～3.40×10² mSv，见图 1。

图 1 不同情景下不同扇区TEDE剂量分布特征 注：A~R.代表 16个不同地理方位 Figure 1 Characteristics of TEDE dose distribution in different sectors under different scenarios

3种情景下地面沉积外照射剂量在80 km区域内变化范围依次为1.40×10^-2～1.50×10、3.70×10^-1～3.00×10⁴和6.70×10^-2～7.30×10 mSv，见图 2。

图 2 不同情景下不同扇区地面沉积外照射剂量分布特征 注：A~R.代表 16个不同地理方位 Figure 2 Characteristics of ground deposition dose in different sectors under different scenarios

3．不同情景下甲状腺待积剂量：3种情景甲状腺待积剂量在80 km区域内变化范围依次为(2.40×10^-2～5.50×10²)、(2.40×10¹～1.10×10⁶)和(1.20×10^-1～2.60×10³)mSv，见图 3。

图 3 不同情景下不同扇区甲状腺待积剂量分布特征 注：A~R.代表 16个不同地理方位 Figure 3 Characteristics of thyroid committed dose in different sectors under different scenarios

在核电厂发生事故时，因不同的源项、释放途径及大气扩散条件差异可能会对环境和人体健康造成的影响存在显著差异^[9-11]。针对LTSBO事故时3种不同释放途径下放射性核素源项分布特征和照射剂量特征进行比较分析。情景2即通过蒸汽发生器传热管破裂释放途径进入到环境中的放射性核素活度最高，所致公众剂量最高，情景1即当安全壳泄漏或失效时通过安全壳释放途径进入到环境中的放射性核素活度最低，所致公众剂量最低。

从图 1可以看出，不同情景TEDE剂量主要分布在释放点40 km区域内，情景1和情景3两种释放途径下80 km范围内大部分扇区TEDE剂量在10 mSv之内，情景2这种释放途径下大部分扇区TEDE剂量大于50 mSv。情景1和情景3这两种释放途径下80 km范围内大部分扇区地面沉积外照射剂量 < 10 mSv，情景2这种释放途径下大部分扇区地面沉积外照射剂量 > 50 mSv。3种情景下地面沉积外照射剂量均随距离增加呈下降趋势，最大值出现在离释放点较近的地方。不同情景下地面沉积外照射剂量分布范围差异显著，从图 2可以看出，情景1地面沉积外照射剂量均主要分布在释放点20 km区域内，情景2和情景3地面沉积外照射剂量均主要分布在释放点40 km区域内，但情景3分布的范围比情景1更广。

3种情景下甲状腺待积剂量均随距离增加呈下降趋势，最大值出现在离释放点较近的地方。从图 3可以看出，情景1甲状腺待积剂量主要分布在释放点20 km区域内，情景2和情景3甲状腺待积剂量均主要分布在释放点40 km区域内，情景1和情景3大部分扇区甲状腺待积剂量在50 mSv之内，但情景3分布的范围比情景1更广，情景2大部分扇区甲状腺待积剂量大于250 mSv。

综上，发生LTSBO事故时通过蒸汽发生器传热管破裂释放途径进入到环境中的放射性核素活度最高，所造成的公众剂量最高，对公众健康造成的放射性影响最大，因此在核电厂环境影响和公众健康分析时应重点关注LTSBO事故时放射性核素通过蒸汽发生器传热管破裂释放途径排放到环境中的后果，明确其对核电厂周围公众健康可能造成的危害。