退役核设施结构安全评估可靠度方法及系统与流程

本发明涉及退役核设施的结构安全评估，具体为退役核设施结构安全评估可靠度方法。

背景技术：

1、在核设施退役过程中，保障其结构安全是关键的技术挑战之一，随着全球核能利用的扩展，越来越多的核设施进入退役阶段，退役核设施的处理不仅涉及复杂的工程操作，还包括严格的放射性物质管理及环境保护要求，近年来，核设施退役技术得到了显著的发展，许多国家都建立了完善的核设施退役管理体系，例如，美国、日本和欧洲国家已制定了一系列的核设施退役标准和技术指南，涵盖了从初期评估、封存、去污、拆除到最终环境恢复的全过程，然而，当前的核设施退役技术仍面临许多挑战，特别是在如何确保退役过程中的结构安全和放射性物质的有效管理方面。

2、尽管已有许多研究集中于核设施退役的放射性风险评估和多指标评价模型的建立，但这些研究大多仅限于单一因素或某一特定阶段，缺乏综合性和系统性的可靠度评估方法，现有的技术方法在处理多样化的放射性物质分布和复杂的结构安全要求时，存在诸多不足，首先，现有技术通常忽略了放射性物质随时间和空间的动态变化，未能有效结合退役过程中不同阶段的具体安全需求，其次，现有评价方法多集中于静态的指标权重分析，缺乏对自然灾害等动态荷载的充分考虑，导致评估结果在实际应用中具有局限性，此外，现有的放射性物质过程函数模型多为简化版，未能全面反映放射性物质的释放、扩散、沉积和衰变等复杂过程，影响了评估的精确性和可靠性，针对这些不足，本发明提出了一种综合性、动态化的退役核设施结构安全评估可靠度方法，旨在通过引入放射性超越概率方法和结构抗灾评估模型，提供更为全面和精确的退役核设施安全保障方案。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明解决的技术问题是：现有的退役核设施方法存在放射性防护与结构安全关系不明晰，以及如何对放射性物质随时间和空间变化进行动态评估的优化问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：退役核设施结构安全评估可靠度方法，包括对退役核设施进行三维空间数字化建模，确定放射性物质退役过程函数，并对部件进行核安全分级；将放射性物质退役过程函数与自然灾害荷载随机模型结合，确定荷载概率分布及年超越概率；根据核设施自然评价灾害荷载，评估退役核设施结构安全。

4、作为本发明所述的退役核设施结构安全评估可靠度方法的一种优选方案，其中：所述对退役核设施进行三维空间数字化建模包括根据退役核设施设计图，通过数字化技术建立三维空间数字化模型表示为：

5、m1(x,y，z，m1，m2，l,mn，α，β，l，γ)

6、其中，m1为放射性物质在退役核设施中的初始分布函数，x、y、z为空间坐标，表示放射性物质在三维空间中的位置，m1、m2、l、mn为放射性物质参数，α、β、γ为放射性物质特性的附加参数，模型反映退役核设施的整体结构，及各部件的几何尺寸、材料构成、性能和放射性源位置信息，通过辐射传感器及辐射采集系统，在退役核设施内部和周围进行放射性物质和结构响应数据的采集，对采集的放射性物质类型、数量、活度及空间分布情况进行处理和分析，结合放射性物理模型或人工智能模型，综合放射性物质的释放、扩散、沉积和衰变放射性过程函数表示为：

7、m2(x,y，z，m1(t)，m2(t)，l，mn(t)，α(t)，β(t)，l,y(t))

8、其中，m2为放射性物质在退役过程中随时间变化的分布函数，t为时间变量，m1(t)、m2(t)、l、mn(t)为随时间变化的放射性物质参数，α(t)、β(t)、γ(t)为随时间变化的放射性特性参数。

9、作为本发明所述的退役核设施结构安全评估可靠度方法的一种优选方案，其中：所述确定放射性物质退役过程函数包括结合退役方式及影响程度，基于采集数据，反映在不同退役时间过程中放射性物质在退役核设施中的三维空间分布，放射性物质退役过程函数表示为：

10、

11、其中，t0、t1、t2、tn为时间变量，表示退役核设施在不同时间段内的各时间节点。

12、作为本发明所述的退役核设施结构安全评估可靠度方法的一种优选方案，其中：所述对部件进行核安全分级包括基于核电站和核安全对放射性允许泄漏水平，结合结构可靠度指标和失效概率，确定在全寿命退役时间期内退役核设施内放射性物质泄漏的总寿命目标限值，基于放射性物质退役过程函数，结合放射性核素衰变过程的概率特征、辐射传播随机性位置和强度概率特征、自然影响因素对辐射的影响，及测量仪器测量精度四个方面的随机性，建立放射性物质退役过程函数的概率分析模型，根据对放射性气载物质、放射性液体物质和放射性固体物质的分类标准，在不同使用时间期限和不同退役时间内，各类放射性类别的放射性载超越概率相等，并确定不同类别放射性物质的三级退役分类及评价标准，在不同退役阶段，通过放射性物质退役过程函数的概率分析模型，计算不同结构区域和部件的放射性等超概率，根据退役分类评价标准确定退役核设施及组成部分的分级。

13、作为本发明所述的退役核设施结构安全评估可靠度方法的一种优选方案，其中：所述确定荷载概率分布及年超越概率包括概率分布函数，环境基本要素反映自然灾害荷载特点，环境变量与自然年度相关，环境基本要素采用年度最大值的随机变量进行概率统计，任意时点环境荷载通过平稳二项随机过程模型，根据基准期内任意时点环境荷载的最大荷载值表示为：

14、

15、其中，q(t)为任意时点环境荷载，t为基准期，概率分布函数表示为：

16、

17、其中，fq(x)为任意时点荷载概率分布，r为基准期内荷载变动次数，λ为荷载出现概率。

18、作为本发明所述的退役核设施结构安全评估可靠度方法的一种优选方案，其中：所述确定荷载概率分布及年超越概率还包括年超越概率函数，在自然年期限内，结合环境要素年最大值的随机变量，概率密度和分布函数，年超越概率表示为:

19、

20、其中，x为环境要素年最大值的随机变量，xt为环境要素，结构预设使用年限的超越概率表示为：

21、

22、

23、其中，n为结构预设使用年限，当使用年限分别为5年、25年、100年，应用不同使用年限和相同超越概率，基准期分别为5年、25年、100年，年超越概率表示为：

24、

25、

26、

27、根据概率模型及超越概率得到评价自然灾害荷载和

28、作为本发明所述的退役核设施结构安全评估可靠度方法的一种优选方案，其中：所述评估退役核设施结构安全包括基于强度应力干涉模型，在结构可靠度安全分析中，安全功能函数表示为：

29、z＝r-s

30、其中，s为广义荷载效应，表示在规范荷载标准值及组合作用下荷载响应，r为广义抗力，表示退役核设施结构抗力，根据安全功能函数，当广义抗力r*大于或等于广义荷载s*时，满足规范安全度要求。

31、本发明的另外一个目的是提供一种退役核设施结构安全评估可靠度系统，其能通过概率确定模块结合自然灾害荷载随机模型，确定荷载概率分布及年超越概率，解决了目前缺乏对自然灾害荷载概率分布精确分析的问题。

32、作为本发明所述的退役核设施结构安全评估可靠度系统的一种优选方案，其中：包括建模分级模块、概率确定模块、安全评估模块；所述建模分级模块对退役核设施进行三维空间数字化建模，确定放射性物质退役过程函数，并对部件进行核安全分级；所述概率确定模块用于将放射性物质退役过程函数与自然灾害荷载随机模型结合，确定荷载概率分布及年超越概率；所述安全评估模块用于根据核设施自然评价灾害荷载，评估退役核设施结构安全。

33、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序是实现退役核设施结构安全评估可靠度方法的步骤。

34、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现退役核设施结构安全评估可靠度方法的步骤。

35、本发明的有益效果：本发明提供的退役核设施结构安全评估可靠度方法实现了对退役核设施内部复杂结构和放射性源位置的精准建模，实现了对放射性物质行为的实时监测和动态分析，实现了对退役核设施不同部件和区域的准确分级，通过地震和风荷载随机模型与放射性物质过程函数的联合应用，保障了退役核设施在极端条件下的结构稳定性，保障退役核设施结构的安全性，本发明在精确性、结构稳定性和安全性方面都取得更加良好的效果。