最小临界事故报警系统布置方法研究及应用

胡小利; 张毅诚; 刘国明; 李云龙; 邵增

doi:10.13832/j.jnpe.2024.090015

最小临界事故报警系统布置方法研究及应用

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.090015

中国核电工程有限公司，北京，100084

详细信息

作者简介:
胡小利（1989—），女，高级工程师，现主要从事核反应堆物理与临界事故报警方面的研究，E-mail: huxiaoli0558@163.com

通讯作者:
刘国明，E-mail: liugma@cnpe.cc

中图分类号: TL54
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出版历程
- 收稿日期: 2024-09-09
- 修回日期: 2024-10-15
- 刊出日期: 2025-08-15

Research and Application of Minimum Critical Accident Alarm System Layout Method

China Nuclear Power Engineering Co., Ltd., Beijing, 100084, China

摘要

摘要: 为满足我国国家标准要求和后处理厂临界事故报警系统（CAAS）设计需求，在后处理厂厂房内多设备共存、结构复杂、背景剂量强的情况下，本文提出一种CAAS设计方法。根据后处理厂设备几何、设备所含料液种类和浓度等特点，对简化模型的包络最小临界事故源项进行了分析，对计算方法不确定度进行了确定，并在计算中采用了前向权重一致共轭驱动重要性抽样方法（FW-CADIS）提高收敛速度。将本文的设计方法应用至后处理厂的CAAS设计，结果表明目标厂房的CAAS位置、报警阈值均可满足标准要求，与商用蒙卡程序的计算结果对比，结果相似，效率更高，证明了该方法的可行性、正确性和高效性。因此，本文研究的方法能应用至后处理厂CAAS设计中，并具有较高的精度和速度。
Abstract: To meet the requirements of the national standard and the design requirement of the critical accident alarm system (CAAS) in reprocessing plants, a CAAS design method is proposed to deal with complex structure and strong background dose in reprocessing plant buildings with many equipment. The design method is consist of the analysis of the envelope minimum criticality accident source term of reduced model, and the confirmation of uncertainty of the calculation method, which are both based on the characteristics of equipment geometry, type and concentration of solution contained. In addition, forward weighted consistent adjoint driven importance sampling (FW-CADIS) method is used to accelerate the convergence speed. This design method is applied to the CAAS design of reprocessing plants, and the result shows that the CAAS location and alarm threshold of the target building meet the requirement of national standard. Compared with the calculation results of commercial Monte Carlo code, the results are similar and the efficiency is higher, so the feasibility, correctness and efficiency of this method are proved. Therefore, the method in this paper can be applied in the CAAS design of reprocessing plants, and has good accuracy and speed.

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图 1 CAAS布置设计方法流程图

Figure 1. Flow Chart of Critical Accident Alarm System Layout Design Method

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图 2 探测器评估方法

Figure 2. Detector Evaluation Method

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图 3 蒙卡方法计算屏蔽基准题偏差

Figure 3. Deviation of MC Method in Calculating Shielding Benchmarking Problems

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图 4 设备室模型图

Figure 4. Diagram of Equipment Room Model

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图 5 设备室探测器位置（高度150 cm处）

Figure 5. Location of Detector in Equipment Room (150 cm Height)

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表 1 正常工况下探测器剂量率

Table 1. Detector Dose Rate under Normal Condition

程序	参数	左下	左上	下	上	右下	右上
商用蒙卡程序	剂量率/(mGy·h⁻¹)	5.29×10⁻⁷	3.87×10⁻⁷	5.46×10⁻⁷	6.17×10⁻⁷	6.22×10⁻⁷	3.63×10⁻⁷
	相对标准偏差	2.84×10⁻²	3.39×10⁻²	2.69×10⁻²	2.64×10⁻²	2.79×10⁻²	3.53×10⁻²
	计算时间/min	4.58×10⁴	4.58×10⁴	4.58×10⁴	4.58×10⁴	4.58×10⁴	4.58×10⁴
	品质因子	0.027	0.019	0.030	0.031	0.028	0.018
NECP-MCX	剂量率/(mGy·h⁻¹)	5.33×10⁻⁷	3.79×10⁻⁷	5.5×10⁻⁷	5.93×10⁻⁷	5.96×10⁻⁷	3.41×10⁻⁷
	相对标准偏差	3.67×10⁻²	3.72×10⁻²	3.09×10⁻²	3.49×10⁻²	3.38×10⁻²	2.57×10⁻²
	计算时间/min	8.58×10³	8.58×10³	8.58×10³	8.58×10³	8.58×10³	8.58×10³
	品质因子	0.087	0.084	0.122	0.096	0.102	0.177

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表 2 圆环设备发生包络最小临界事故下探测器剂量率

Table 2. Detector Dose Rate under Envelope Minimum Critical Accident of Annulus Equipment

程序	参数	左下	左上	下	上	右下	右上
商用蒙卡程序	剂量率/(mGy·h⁻¹)	1.54	0.38	1.66	0.94	1.74	0.45
	相对标准偏差	1.63×10⁻²	3.31×10⁻²	1.63×10⁻²	2.17×10⁻²	1.59×10⁻²	3.10×10⁻²
	计算时间/min	1.90×10⁴	1.90×10⁴	1.9×10⁴	1.90×10⁴	1.90×10⁴	1.90×10⁴
	品质因子	0.198	0.048	0.198	0.112	0.208	0.055
NECP-MCX	剂量率/(mGy·h⁻¹)	1.58	0.37	1.69	0.95	1.76	0.44
	相对标准偏差	5.76×10⁻³	7.98×10⁻³	5.61×10⁻³	4.07×10⁻²	5.05×10⁻³	1.32×10⁻²
	计算时间/min	2.56×10³	2.56×10³	2.56×10³	2.56×10³	2.56×10³	2.56×10³
	品质因子	11.796	6.148	12.406	0.236	15.308	2.241

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表 3 圆柱设备发生包络最小临界事故下探测器剂量率

Table 3. Detector Dose Rate under Envelope Minimum Critical Accident of Cylinder Equipment

程序	参数	左下	左上	下	上	右下	右上
商用蒙卡程序	剂量率/(mGy·h⁻¹)	3.95×10⁻¹	6.13×10⁻¹	2.98×10⁻¹	7.64×10⁻¹	3.36×10⁻¹	4.98×10⁻¹
	相对标准偏差	2.35×10⁻²	1.82×10⁻²	2.59×10⁻²	1.60×10⁻²	2.36×10⁻²	1.95×10⁻²
	计算时间/min	2.28×10⁴	2.28×10⁴	2.28×10⁴	2.28×10⁴	2.28×10⁴	2.28×10⁴
	品质因子	0.079	0.132	0.065	0.171	0.079	0.115
NECP-MCX	剂量率/(mGy·h⁻¹)	3.96×10⁻¹	5.75×10⁻¹	2.89×10⁻¹	7.65×10⁻¹	3.51×10⁻¹	4.91×10⁻¹
	相对标准偏差	1.82×10⁻²	1.04×10⁻²	2.86×10⁻²	1.54×10⁻²	3.09×10⁻²	1.15×10⁻²
	计算时间/min	2.88×10³	2.88×10³	2.88×10³	2.88×10³	2.88×10³	2.88×10³
	品质因子	1.045	3.180	0.424	1.460	0.364	2.631

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表 4 长方体设备发生包络最小临界事故下探测器剂量率

Table 4. Detector Dose Rate under Envelope Minimum Critical Accident of Cuboids Equipment

程序	参数	左下	左上	下	上	右下	右上
商用蒙卡程序	剂量率/(mGy·h⁻¹)	4.86×10⁻²	1.76×10⁻¹	6.80×10⁻²	1.71×10⁻¹	5.54×10⁻²	1.18×10⁻¹
	相对标准偏差	4.11×10⁻²	2.19×10⁻²	3.27×10⁻²	2.15×10⁻²	3.94×10⁻²	2.57×10⁻²
	计算时间/min	2.35×10⁴	2.35×10⁴	2.35×10⁴	2.35×10⁴	2.35×10⁴	2.35×10⁴
	品质因子	0.025	0.089	0.040	0.092	0.027	0.064
NECP-MCX	剂量率/(mGy·h⁻¹)	4.94×10⁻²	1.70×10⁻¹	6.71×10⁻²	1.64×10⁻¹	4.87×10⁻²	1.18×10⁻¹
	相对标准偏差	5.14×10⁻²	1.29×10⁻²	2.51×10⁻²	1.50×10⁻²	3.27×10⁻²	1.88×10⁻²
	计算时间/min	3.42×10³	3.42×10³	3.42×10³	3.42×10³	3.42×10³	3.42×10³
	品质因子	0.110	1.766	0.466	1.302	0.273	0.828

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表 5 考虑30%计算不确定度后的探测器剂量率参数及报警阈值

Table 5. Detector Dose Rate Parameters and Alarm Threshold Considering 30% Calculation Uncertainty

参数	左下	左上	下	上	右下	右上
正常工况剂量率/(mGy·h⁻¹)	6.93×10⁻⁷	4.93×10⁻⁷	7.16×10⁻⁷	7.71×10⁻⁷	7.75×10⁻⁷	4.43×10⁻⁷
圆环设备包络最小临界事故剂量率/(mGy·h⁻¹)	1.11	0.26	1.18	0.67	1.23	0.31
圆柱设备包络最小临界事故剂量率/(mGy·h⁻¹)	0.28	0.40	0.20	0.54	0.25	0.34
长方体设备包络最小临界事故剂量率/(mGy·h⁻¹)	3.46×10⁻²	1.19×10⁻¹	4.70×10⁻¹	1.15×10⁻¹	3.41×10⁻²	8.26×10⁻²
报警阈值/(mGy·h⁻¹)	3.46×10⁻²	1.19×10⁻¹	4.70×10⁻²	1.15×10⁻¹	3.41×10⁻²	8.26×10⁻²
B	4.70	5.38	4.82	5.17	4.64	5.27

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