1.本發(fā)明屬于輻射防護(hù)最優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多核素污染土壤中核素最大可允許殘留活度的優(yōu)化分析方法，它主要針對多核素污染土壤的修復(fù)需要。

背景技術(shù)：

2.核能的發(fā)展對我國和平利用核能與核技術(shù)利用作出了巨大貢獻(xiàn)，但同時在一定程度上對周圍環(huán)境產(chǎn)生了污染，對廠區(qū)內(nèi)外環(huán)境構(gòu)成較嚴(yán)重的威脅，需要對該部分污染區(qū)域進(jìn)行治理。而污染區(qū)域土壤中核素可最大允許的殘留水平，是制定污染區(qū)域治理目標(biāo)的主要問題之一。現(xiàn)今美國阿貢實驗室開發(fā)的resrad程序?qū)ν艘劢K態(tài)場址土壤殘留放射性水平控制值的進(jìn)行了推導(dǎo)計算，該軟件廣泛應(yīng)用于美國能源部(doe)管理核設(shè)施場址，并在亞洲、歐洲等地區(qū)的研究院所、大學(xué)及管理部門應(yīng)用，我國參照該程序制定了《推導(dǎo)退役后場址土壤中放射性殘存物可接受濃度的照射情景、計算模式和參數(shù)》(ej/t1191-2005)，其有效的解決了我國大部分放射性污染土壤治理過程中最大可允許殘留水平的確定問題。

3.但是該方法主要是推導(dǎo)單一核素的最大可允許殘留水平，對于部分污染場地，其存在多種核素并存狀態(tài)，則需經(jīng)審管部門驗證，確認(rèn)已滿足與場址的應(yīng)滿足相應(yīng)的劑量準(zhǔn)則，按照劑量準(zhǔn)則來對土壤中放射性殘存物的活度濃度加以控制。多核素污染土壤中單一核素的殘留水平的確定就靠人為來進(jìn)行分配，不同的分配方式，導(dǎo)致后期的治理工作的難度及經(jīng)費有較大差異，無法體現(xiàn)輻射防護(hù)最優(yōu)化原則。

4.本專利即是基于以上考慮，從輻射防護(hù)最優(yōu)化的角度，考慮不同核素的治理難度，治理代價及其它因素，實現(xiàn)單一核素殘留水平的最優(yōu)化分配結(jié)果，為制定更好的治理方案提供真實可信的數(shù)據(jù)支撐。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

5.本發(fā)明的目的在于提供一種多核素污染土壤核素殘留水平優(yōu)化分析方法，它能夠科學(xué)準(zhǔn)確地對多核素污染土壤單一核素殘留水平的最優(yōu)化分配，為多核素污染場地的修復(fù)治理提供數(shù)據(jù)支撐。

6.本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種多核素污染土壤核素殘留水平優(yōu)化分析方法，包括如下步驟，

7.步驟一：需考慮因素的確定；

8.步驟二：各因素的權(quán)重因子的計算；

9.步驟三：利用多屬性效應(yīng)函數(shù)分析方法進(jìn)行優(yōu)化；

10.步驟四：采用牛頓—最速下降法尋找最優(yōu)點

11.步驟五：核素i的殘留水平。

12.所述的步驟一包括如下步驟，

13.(1)所致敏感目標(biāo)劑量占比；

14.(2)治理費用；

15.根據(jù)核素i污染土壤治理費用的f

i

，計算核素i污染土壤治理費用的占比b

i

：

[0016][0017]

(3)治理技術(shù)難度系數(shù)

[0018]

假定核素i污染土壤的治理難度系數(shù)為n

i

，參照步驟(2)中治理費用核素i占比的計算方法，計算核素i污染土壤治理難度系數(shù)占比c

i

；

[0019]

(4)二次污染物

[0020]

假定核素i污染土壤治理過程中產(chǎn)生的二次污染物量為c

i

。計算核素i污染土壤二次污染物產(chǎn)生量的占比d

i

。

[0021]

所述的步驟一中的步驟(1)包括如下步驟，

[0022]

①

首先采用微元法求解不同污染區(qū)域內(nèi)核素i的平均濃度：

[0023]

把污染區(qū)域劃分為無限小的污染方塊，則每一無限小方塊內(nèi)核素i的活度濃度是均勻的，從而得到污染區(qū)域內(nèi)核素i的活度濃度的平均估算值，

[0024]

假定dxdydz內(nèi)的鈾活度濃度是均勻的，則每一個方形區(qū)域內(nèi)的核素i的活度濃度為b

i

，則該污染區(qū)域內(nèi)核素i的總活度a：

[0025]

a＝∑pdxdydz

[0026]

式中ρ表示土壤的密度，g/cm3，

[0027]

則多核素污染區(qū)域內(nèi)核素i的平均活度濃度水平b＝a/ρv，其中v為混合污染土壤的體積，m3；

[0028]

②

其次計算多核素污染區(qū)域內(nèi)，核素i的活度濃度為1bq/g時，根據(jù)不同污染場地的周圍環(huán)境特點及污染狀況，利用成熟的計算模型，計算核素i所致敏感目標(biāo)的劑量d

i1

；

[0029]

③

然后按照下式計算污染區(qū)域內(nèi)核素i所致敏感目標(biāo)的劑量d

i

：

[0030]

d

i

＝b

×

d

i1

[0031]

④

按下式計算核素i所致敏感目標(biāo)的劑量與多核素污染場地所致敏感目標(biāo)的劑量之比a

i

：

[0032][0033]

所述的步驟二包括如下步驟，

[0034]

(1)分析評價以上因素之間的關(guān)系，建立u1、u2、u3、u4之間的遞階層次結(jié)構(gòu)；

[0035]

(2)構(gòu)造u1、u2、u3、u4之間的比較判斷矩陣；

[0036]

(3)由(2)的比較判斷矩陣計算被比較要素相對權(quán)重；

[0037]

(4)計算各層要素對總目標(biāo)的總權(quán)重，得出最優(yōu)的計算用權(quán)重值w。

[0038]

所述的步驟三包括，

[0039]

令u為效用函數(shù)，式中，w

i

為i因素的權(quán)重因子(i＝1,2

…

)，u

ij

是i因素第j個水平的歸一化值；u∈(0,1)，

[0040]

其中u

ij

值為定量確定的(i，j)為數(shù)組，設(shè)f

j

為某因素在第j個水平的值，則由此，maxu

j

即為最優(yōu)水平，

[0041]

由此，計算出各因素不同水平下的u

i

值，即f(u

i

，u

i

)。

[0042]

所述的步驟四包括，

[0043]

(1)給定初始的u0，精度大于ε，令k＝0；

[0044]

(2)若||

▽

f(u

i

)||≤ε，則得到u

i

，算法終止；

[0045]

否則，求解以下線性方程組：

[0046]

▽2f(u

i

)d+

▽

f(u

i

)＝0

[0047]

若方程有解d

i

，且滿足

▽

f(u

i

)d<0，則轉(zhuǎn)步驟3

[0048]

否則，則取d

i

＝

-▽

f(u

i

)

[0049]

(3)由線性搜索計算步長α

i

[0050]

(4)令u

i

+1＝u

i

+α

i

，k＝k+1，轉(zhuǎn)步驟(2)。

[0051]

所述的步驟五包括，

[0052]

(1)根據(jù)多核素污染土壤的環(huán)境特征及水文地質(zhì)情況，采用成熟的計算模型，推導(dǎo)核素i的在劑量約束值下的最大可允許殘留水平a

i最大殘留

；

[0053]

(2)利用牛頓—最速下降法得出最優(yōu)解時，對應(yīng)的核素i的占比情況m

i

，計算核素i的殘留水平：a

i殘留

＝a

i最大殘留

×

m

i

。

[0054]

本發(fā)明的有益效果在于：從輻射防護(hù)最優(yōu)化的角度，考慮不同核素的治理難度，治理代價及其它因素，實現(xiàn)單一核素殘留水平的最優(yōu)化分配結(jié)果，為制定更好的治理方案提供真實可信的數(shù)據(jù)支撐。

附圖說明

[0055]

圖1不均勻性處理示意圖。

具體實施方式

[0056]

下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

[0057]

一種多核素污染土壤核素殘留水平優(yōu)化分析方法，包括如下步驟：

[0058]

步驟一：需考慮因素的確定

[0059]

(1)所致敏感目標(biāo)劑量占比

[0060]

①

首先采用微元法求解不同污染區(qū)域內(nèi)核素i的平均濃度：

[0061]

把污染區(qū)域劃分為無限小的污染方塊，則每一無限小方塊內(nèi)核素i的活度濃度是均勻的，從而得到污染區(qū)域內(nèi)核素i的活度濃度的平均估算值。

[0062]

假定dxdydz內(nèi)的鈾活度濃度是均勻的，則每一個方形區(qū)域內(nèi)的核素i的活度濃度為b

i

，則該污染區(qū)域內(nèi)核素i的總活度a：

[0063]

a＝∑pdxdydz

[0064]

式中ρ表示土壤的密度，g/cm3。

[0065]

則多核素污染區(qū)域內(nèi)核素i的平均活度濃度水平b＝a/ρv，其中v為混合污染土壤的體積，m3。

[0066]

②

其次計算多核素污染區(qū)域內(nèi)，核素i的活度濃度為1bq/g時，根據(jù)不同污染場地的周圍環(huán)境特點及污染狀況，利用成熟的計算模型，計算核素i所致敏感目標(biāo)的劑量d

i1

。

[0067]

③

然后按照下式計算污染區(qū)域內(nèi)核素i所致敏感目標(biāo)的劑量d

i

：

[0068]

d

i

＝b

×

d

i1

[0069]

④

按下式計算核素i所致敏感目標(biāo)的劑量與多核素污染場地所致敏感目標(biāo)的劑量之比a

i

：

[0070][0071]

(2)治理費用

[0072]

根據(jù)核素i污染土壤治理費用的f

i

，計算核素i污染土壤治理費用的占比b

i

：

[0073][0074]

(3)治理技術(shù)難度系數(shù)

[0075]

假定核素i污染土壤的治理難度系數(shù)為n

i

，參照(2)中治理費用核素i占比的計算方法，計算核素i污染土壤治理難度系數(shù)占比c

i

。

[0076]

(4)二次污染物

[0077]

假定核素i污染土壤治理過程中產(chǎn)生的二次污染物量為c

i

。計算核素i污染土壤二次污染物產(chǎn)生量的占比d

i

。

[0078]

步驟二：各因素的權(quán)重因子(w)的考慮

[0079]

為了減少人為因素的干擾，此處基于層次分析方法(aph)，通過兩兩比較的方式確定層次中以上因素的相對重要性，重要性的判斷依據(jù)為以保護(hù)公眾健康的前提下，盡最大限度的減少治理費用和二次廢物的產(chǎn)生量，并考慮治理技術(shù)的成熟度，并按照以下四個步驟，得出各因素的權(quán)重因子。

[0080]

(1)分析評價以上因素之間的關(guān)系，建立u1、u2、u3、u4之間的遞階層次結(jié)構(gòu)；

[0081]

(2)構(gòu)造u1、u2、u3、u4之間的比較判斷矩陣；

[0082]

(3)由(2)的比較判斷矩陣計算被比較要素相對權(quán)重；

[0083]

(4)計算各層要素對總目標(biāo)的總權(quán)重，得出最優(yōu)的計算用權(quán)重值w。

[0084]

步驟三：利用多屬性效應(yīng)函數(shù)分析方法進(jìn)行優(yōu)化

[0085]

令u為效用函數(shù)，式中，w

i

為i因素的權(quán)重因子(i＝1,2

…

)，u

ij

是i因素第j個水平的歸一化值；u∈(0,1)。

[0086]

其中u

ij

值為定量確定的(i，j)為數(shù)組，為專利的第2點中所考慮的因素的占比，設(shè)f

j

為某因素在第j個水平的值，則由此，maxu

j

即為最優(yōu)水平。

[0087]

由此，計算出各因素不同水平下的u

i

值，即f(u

i

，u

i

)。

[0088]

步驟四：采用牛頓—最速下降法尋找最優(yōu)點

[0089]

因u

ij

為定量確定的多維數(shù)組，離散度較大。因此，在搜尋最優(yōu)值時，既要保證其快速收斂性，也要考慮其快速尋找最優(yōu)值。在最優(yōu)值搜尋過程中利用牛頓法收斂快的特點和最速下降法尋找最優(yōu)值塊的特點，對牛頓算法進(jìn)行修改，利用其優(yōu)點，并結(jié)合最速下降法的優(yōu)點，來尋找最大值u

i

對應(yīng)的u

i

，即牛頓—最速下降法：

[0090]

(1)給定初始的u0，精度大于ε，令k＝0；

[0091]

(2)若||

▽

f(u

i

)||≤ε，則得到u

i

，算法終止；

[0092]

否則，求解以下線性方程組：

[0093]

▽2f(u

i

)d+

▽

f(u

i

)＝0

[0094]

若方程有解d

i

，且滿足

▽

f(u

i

)d<0，則轉(zhuǎn)步驟3

[0095]

否則，則取d

i

＝

-▽

f(u

i

)

[0096]

(3)由線性搜索計算步長α

i

[0097]

(4)令u

i

+1＝u

i

+α

i

，k＝k+1，轉(zhuǎn)步驟(2)。

[0098]

步驟五：核素i的殘留水平

[0099]

(1)根據(jù)多核素污染土壤的環(huán)境特征及水文地質(zhì)情況，采用成熟的計算模型，推導(dǎo)核素i的在劑量約束值下的最大可允許殘留水平a

i最大殘留

。

[0100]

(2)利用牛頓—最速下降法得出最優(yōu)解時，對應(yīng)的核素i的占比情況m

i

，計算核素i的殘留水平：a

i殘留

＝a

i最大殘留

×

m

i

。技術(shù)特征：

1.一種多核素污染土壤核素殘留水平優(yōu)化分析方法，其特征在于：包括如下步驟，步驟一：需考慮因素的確定；步驟二：各因素的權(quán)重因子的計算；步驟三：利用多屬性效應(yīng)函數(shù)分析方法進(jìn)行優(yōu)化；步驟四：采用牛頓—最速下降法尋找最優(yōu)點步驟五：核素i的殘留水平。2.如權(quán)利要求1所述的一種多核素污染土壤核素殘留水平優(yōu)化分析方法，其特征在于：所述的步驟一包括如下步驟，(1)所致敏感目標(biāo)劑量占比；(2)治理費用；根據(jù)核素i污染土壤治理費用的f

i

，計算核素i污染土壤治理費用的占比b

i

：(3)治理技術(shù)難度系數(shù)假定核素i污染土壤的治理難度系數(shù)為n

i

，參照步驟(2)中治理費用核素i占比的計算方法，計算核素i污染土壤治理難度系數(shù)占比c

i

；(4)二次污染物假定核素i污染土壤治理過程中產(chǎn)生的二次污染物量為c

i

，計算核素i污染土壤二次污染物產(chǎn)生量的占比d

i

。3.如權(quán)利要求2所述的一種多核素污染土壤核素殘留水平優(yōu)化分析方法，其特征在于：所述的步驟一中的步驟(1)包括如下步驟，

①

首先采用微元法求解不同污染區(qū)域內(nèi)核素i的平均濃度：把污染區(qū)域劃分為無限小的污染方塊，則每一無限小方塊內(nèi)核素i的活度濃度是均勻的，從而得到污染區(qū)域內(nèi)核素i的活度濃度的平均估算值，假定dxdydz內(nèi)的鈾活度濃度是均勻的，則每一個方形區(qū)域內(nèi)的核素i的活度濃度為b

i

，則該污染區(qū)域內(nèi)核素i的總活度a：a＝σρdxdydz式中ρ表示土壤的密度，g/cm3，則多核素污染區(qū)域內(nèi)核素i的平均活度濃度水平b＝a/ρv，其中v為混合污染土壤的體積，m3；

②

其次計算多核素污染區(qū)域內(nèi)，核素i的活度濃度為1bq/g時，根據(jù)不同污染場地的周圍環(huán)境特點及污染狀況，利用成熟的計算模型，計算核素i所致敏感目標(biāo)的劑量d

i1

；

③

然后按照下式計算污染區(qū)域內(nèi)核素i所致敏感目標(biāo)的劑量d

i

：d

i

＝b

×

d

i1

④

按下式計算核素i所致敏感目標(biāo)的劑量與多核素污染場地所致敏感目標(biāo)的劑量之比a

i

：4.如權(quán)利要求1所述的一種多核素污染土壤核素殘留水平優(yōu)化分析方法，其特征在于：

所述的步驟二包括如下步驟，(1)分析評價以上因素之間的關(guān)系，建立u1、u2、u3、u4之間的遞階層次結(jié)構(gòu)；(2)構(gòu)造u1、u2、u3、u4之間的比較判斷矩陣；(3)由步驟(2)的比較判斷矩陣計算被比較要素相對權(quán)重；(4)計算各層要素對總目標(biāo)的總權(quán)重，得出最優(yōu)的計算用權(quán)重值w。5.如權(quán)利要求1所述的一種多核素污染土壤核素殘留水平優(yōu)化分析方法，其特征在于：所述的步驟三包括，令u為效用函數(shù)，式中，w

i

為i因素的權(quán)重因子(i＝1,2

…

)，u

ij

是i因素第j個水平的歸一化值；u∈(0,1)，其中u

ij

值為定量確定的(i，j)為數(shù)組，設(shè)f

j

為某因素在第j個水平的值，則由此，maxu

j

即為最優(yōu)水平，由此，計算出各因素不同水平下的u

i

值，即f(u

i

，u

i

)。6.如權(quán)利要求1所述的一種多核素污染土壤核素殘留水平優(yōu)化分析方法，其特征在于：所述的步驟四包括，(1)給定初始的u0，精度大于ε，令k＝0；(2)若則得到u

i

，算法終止；否則，求解以下線性方程組：若方程有解d

i

，且滿足則轉(zhuǎn)步驟(3)否則，則取(3)由線性搜索計算步長α

i

(4)令u

i

+1＝u

i

+α

i

，k＝k+1，轉(zhuǎn)步驟(2)。7.如權(quán)利要求1所述的一種多核素污染土壤核素殘留水平優(yōu)化分析方法，其特征在于：所述的步驟五包括，(1)根據(jù)多核素污染土壤的環(huán)境特征及水文地質(zhì)情況，采用成熟的計算模型，推導(dǎo)核素i的在劑量約束值下的最大可允許殘留水平a

i最大殘留

；(2)利用牛頓—最速下降法得出最優(yōu)解時，對應(yīng)的核素i的占比情況m

i

，計算核素i的殘留水平：a

i殘留

＝a

i最大殘留

×

m

i

。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開了一種多核素污染土壤核素殘留水平優(yōu)化分析方法，步驟一：需考慮因素的確定；步驟二：各因素的權(quán)重因子的計算；步驟三：利用多屬性效應(yīng)函數(shù)分析方法進(jìn)行優(yōu)化；步驟四：采用牛頓—最速下降法尋找最優(yōu)點；步驟五：核素i的殘留水平。本發(fā)明的有益效果在于：從輻射防護(hù)最優(yōu)化的角度，考慮不同核素的治理難度，治理代價及其它因素，實現(xiàn)單一核素殘留水平的最優(yōu)化分配結(jié)果，為制定更好的治理方案提供真實可信的數(shù)據(jù)支撐。供真實可信的數(shù)據(jù)支撐。供真實可信的數(shù)據(jù)支撐。

技術(shù)研發(fā)人員：張寧洲 童仲坤 趙東海 謝長東 陳海龍 廉冰 王彥

受保護(hù)的技術(shù)使用者：中核建中核燃料元件有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2019.12.24

技術(shù)公布日：2021/6/24