การปรับปรุงแบบจำลองการสะสมตัวของแอโรซอลในโปรแกรม ART Mod 2

ในการประเมินอุบัติเหตุในโรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์ การประเมินอุบัติเหตุในอาคารคลุมเครื่องปฏิกรณ์จัดเป็นส่วนที่สำคัญมากส่วนหนึ่ง เนื่องจากเป็นโครงสร้างที่ป้องกันการรั่วไหลของสารกัมมันตรังสีขั้นสุดท้ายก่อนไปสู่สิ่งแวดล้อม งานวิจัยนี้มุ่งเน้นการศึกษาพฤติกรรมของสารกัมมันตรังสีต่างๆที่รั่วไหลในอาคารคลุมเครื่องปฏิกรณ์โดยเฉพาะสารประกอบซีเซียม ซึ่งเป็นข้อมูลสำคัญในการประเมินผลกระทบของอุบัติเหตุในโรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์ที่อาจเกิดขึ้น โดยใช้โปรแกรม ART Mod 2 ในการคำนวณ จากการศึกษางานวิจัยในอดีตซึ่งใช้โปรแกรม ART Mod 2 ในการศึกษาการเคลื่อนที่และการสะสมตัวของสารประกอบซีเซียมในอาคารคลุมเครื่องปฏิกรณ์ Economic Simplified Boiling Water Reactor (ESBWR) และจากการจำลองการทดลอง Nuclear Safety Pilot Plant – 502 (NSPP-502) และ Phébus Fission Product Test 1 (Phébus FPT1) เพื่อศึกษาการสะสมตัวของแอโรซอลของสารประกอบซีเซียมในอาคารคลุมเครื่องปฏิกรณ์ พบว่ามีความไม่สอดคล้องกันของปริมาณแอโรซอลที่สะสมตัวบนพื้น ปริมาณแอโรซอลที่สะสมตัวบนผนัง และปริมาณสารกัมมันตรังสีที่รั่วไหลไปสู่สิ่งแวดล้อมที่ได้จากการทดลองและการคำนวณ งานวิจัยนี้จึงมีวัตถุประสงค์ในการปรับปรุงแบบจำลองของการสะสมตัวของแอโรซอลในโปรแกรม ART Mod 2 เพื่อให้ได้ผลการคำนวณที่สอดคล้องกับการทดลองจริงมากขึ้นและสามารถประเมินอุบัติเหตุได้แม่นยำขึ้น โดยได้ทดลองปรับปรุงแบบจำลองการสะสมตัวของแอโรซอลจาก 4 ปรากฏการณ์ ได้แก่ ปรากฏการณ์การตกจากแรงโน้มถ่วง (gravitational settling) ปรากฏการณ์การแพร่แบบบราวเนียน (Brownian diffusion) ปรากฏการณ์ดิฟฟิวซิโอโฟรีซิส (diffusiophoresis) และปรากฏการณ์เทอร์โมโฟรีซิส (thermophoresis) ถัดมา จึงได้นำแบบจำลองที่ผ่านการปรับปรุงแล้วมาใช้ในการจำลองการทดลอง NSPP-502 และ Phébus FPT1 และการประเมินการจัดการอุบัติเหตุในอาคารคลุมเครื่องปฏิกรณ์ ESBWR ผลที่ได้พบว่าในการจำลองการทดลอง NSPP-502 และ Phébus FPT1 มีค่าการสะสมตัวของแอโรซอลบนพื้นและผนังใกล้เคียงการทดลองจริงมากขึ้น และพบว่าในการจำลองการประเมินการจัดการอุบัติเหตุในอาคารคลุมเครื่องปฏิกรณ์ ESBWR มีปริมาณสารกัมมันตรังสีที่รั่วไหลออกสู่สิ่งแวดล้อมใกล้เคียงกับการประเมินจากโปรแกรม MAAP ที่ใช้ประเมินก่อนหน้ามากขึ้น จากผลที่สอดคล้องกันของการทดลองและการคำนวณ ทำให้สามารถเลือกวิธีการจัดการอุบัติเหตุกับผลกระทบที่เกิดขึ้นได้อย่างเหมาะสมและปลอดภัยมากขึ้น

在核电站事故评估中，反应堆安全壳（reactor containment building）事故评估是至关重要的组成部分，因其是放射性物质向外环境泄漏前的最后一道屏障。本研究聚焦于反应堆安全壳内泄漏的各类放射性物质的行为特征，尤以铯化合物（cesium compounds）为重点——此类数据是评估潜在核电站事故影响的关键依据。本研究采用ART Mod 2程序开展计算，基于既往使用ART Mod 2开展的两项研究：其一为针对简化经济型沸水堆（Economic Simplified Boiling Water Reactor, ESBWR）反应堆安全壳内铯化合物迁移与沉积的研究；其二为借助核安全试点工厂-502（Nuclear Safety Pilot Plant – 502, NSPP-502）与Phébus裂变产物试验1（Phébus Fission Product Test 1, Phébus FPT1）的模拟实验，研究反应堆安全壳内铯气溶胶（aerosol）的沉积行为。上述既往研究发现，实验测得与计算得到的地面沉积气溶胶量、墙面沉积气溶胶量以及向外环境泄漏的放射性剂量三者之间存在不一致性。因此，本研究旨在改进ART Mod 2程序中的气溶胶沉积模型，以提升计算结果与实际实验的一致性，进而提高事故评估的准确性。本次改进涵盖四类沉积现象：重力沉降（gravitational settling）、布朗扩散（Brownian diffusion）、扩散泳（diffusiophoresis）以及热泳（thermophoresis）。随后，本研究使用改进后的模型，对NSPP-502与Phébus FPT1实验以及ESBWR反应堆安全壳的事故管理评估进行模拟。结果显示：针对NSPP-502与Phébus FPT1实验的模拟中，地面与墙面的气溶胶沉积结果较此前更贴近实际实验数据；针对ESBWR反应堆安全壳的事故管理评估模拟中，向外环境泄漏的放射性剂量较此前使用MAAP程序开展的评估结果更贴合实际。得益于实验与计算结果的一致性提升，可更为合理且安全地制定事故管理策略与应对方案。