核安全是核电发展的生命线。当发生严重事故时,大量放射性物质会被释放到大气中,对公众和环境造成严重的危害。针对核电站严重事故,为了减轻核事故后果、保障公众安全,需要分析放射性核素在大气环境中的扩散迁移过程,以评估事故造成的放射性影响,进而确定相应的应急响应防护行动。在目前的严重事故应急响应研究中,对事故周围气象风场的预测和放射性核素的大气扩散模拟多采用离线方式进行耦合,耗费时间成本较高,无法对严重事故早期进行实时模拟,不利于核事故应急响应。此外,大气扩散模拟预测结果受到风场、源项、衰变和沉降等不确定因素影响,目前大部分模型对这些因素的考虑尚不全面。本文在全耦合大气扩散模型WRF-Chem的基础上进行了改进,研究了适用于放射性核素的大气环境扩散迁移模型,并基于模型开展了严重事故早期辐射后果评价、公众应急响应行动以及场外应急撤离路径优化的研究。首先,对全耦合大气扩散模型WRF-Chem进行了改进,研究了适用于放射性核素的大气环境扩散迁移模型。在WRF-Chem模型中增加了与放射性核素扩散迁移过程相关选项,扩展了与放射性核素相关的空气浓度、源项、干沉降和湿沉降变量参数的定义包;在此基础上加入了放射性核素I-131和Cs-137衰变过程,放射性气体和气溶胶的干湿沉降过程;建立了高分辨率放射性排放源清单。利用福岛事故的气象场数据、放射性核素空气浓度、地面沉积和辐射剂量率等环境监测数据对模型进行了验证,并与其他研究进行了对比。结果表明,模型可以有效分析放射性羽流扩散轨迹、放射性核素空气浓度变化情况以及地面放射性沉积的分布,适用于放射性核素的大气扩散迁移过程模拟研究。其次,基于放射性核素大气环境扩散迁移模型,模拟了福岛事故泄漏的放射性核素全球扩散过程,分析了放射性核素远距离长时间扩散迁移的规律,利用全球监测站的数据对模型的全球尺度扩散模拟性能进行了评估,并基于我国环保部门的监测数据分析了福岛事故对我国的影响。结果表明,模拟值与观测值具有较好的一致性,全球扩散模型对放射性羽流的到达时间和峰值出现时间可以进行较为准确的预测,且可捕捉到局地气象变化对放射性羽流扩散轨迹的影响;大多数监测站的模拟浓度与观测浓度之间的相关性具有统计学意义,近距离站的模拟效果优于远距离站,全球尺度扩散模拟的不确定性会随着时间和传输距离的增加而进一步加大;风场稀释和降雨是导致放射性核素浓度降低的主要原因。福岛事故对我国大气环境放射性水平没有明显影响,我国大气环境放射性浓度在10~2 m Bq/m~3以下,放射性核素传输到我国的路径可能有三条:绕北半球一周到达我国西部地区、经俄罗斯到达我国北方地区以及经东南亚到达我国南方地区。再次,针对严重事故情况下的公众应急响应,提出了基于严重事故早期辐射后果确定公众应急响应行动的方法,辐射后果基于放射性核素大气环境迁移模型与有效剂量转换因子进行实时评估,结合操作干预水平确定公众应急响应行动。分析了海阳核电站AP1000堆型在不同季节发生假想事故时对周边国家和地区造成的辐射后果,根据地面沉积辐射剂量率和吸入辐射剂量率确定不同级别的操作干预水平,从而快速、直接的确定应急区域内的公众应采取的防护和响应行动。最后,针对严重事故公众场外应急撤离,提出了严重事故下场外应急撤离路径规划的多目标优化方法,通过评价严重事故早期辐射后果结合改进混沌蚁群优化算法以及道路阻力模型对不同目标情况下撤离路径进行优化。该方法考虑了在核事故应急决策中撤离时间和所受辐射剂量这两个可能相互冲突的目标之间的最优路径方案,优化目标是:最大限度地减少公众潜在风险以及最大限度地缩短撤离期间的总行程时间。分析了福清核电站华龙一号（HPR1000）堆型发生假想事故时,陆上、海上两种场外应急撤离路径的优化,推荐了不同优化主目标情况下的最优路径,建议采取多种撤离路径结合的方式以有效缓解应急撤离过程中的压力。