Đánh giá khả năng phát tán phóng xạ trong môi trường khí tại Nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1

LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, Việt Nam đang thực hiện các công việc cần thiết để chuẩn bị cho việc xây dựng nhà máy điện hạt nhân đầu tiên tại Việt Nam.Năm 2014 dự kiến bắt đầu khởi côngnhà máy đ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHI

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG PHÁT TÁN PHÓNG XẠ TRONG MÔI

TRƯỜNG KHÍ T

Chuyên ngành: V

Mã số: 60440106

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

ỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS Nguyễn Hào Quang

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt hai năm học tập tại trường Đại học Khoa học Tự nhiên đến nay tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp cao học -là bước cuối cùng đánh dấu một nấc thang tiếp theo trên con đường học hành của bản thân

Để hoàn thành chương trình cao học và hoàn thiện luận văn này, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ và góp ý nhiệt tình của quý thầy cô, gia đình

và bạn bè

Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn đến Ban Giám hiệu và quý thầy cô trường Đại học Khoa học Tự nhiên tạo rất nhiều điều kiện để tôi học tập và hoàn thành tốt khóa học Đặc biệt là những thầy cô đã tận tình dạy bảo cho tôi suốt thời gian học tập tại trường.Nhờ có sự chỉ dậy, hướng dẫn của thầy cô trong Bộ môn Vật lý hạt nhân trong suốt thời gian qua đã giúp tôi trưởng thành hơn rất nhiều

Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến TS.Nguyễn Hào Quang, Phó viện trưởng Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam - người thầy kính mến đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu, đã có những chỉ bảo, nhận xét, đánh giá quý báu trong suốt quá trình làm luận văn, tạo điều kiện giúp tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

Xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến TS.Nguyễn Quốc Trị, Giám đốc

Sở Khoa học và Công nghệ Lào Cai, người đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện giúp tôi có thể hoàn thiện được chương trình học này

Cuối cùng, từ tận đáy lòng mình, con xin gửi lời biết ơn tới gia đình, nơi

đã sinh thành, nuôi dưỡng, khích lệ và động viên con rất nhiều trong thời gian qua

Mặc dù đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những đóng góp quí báu của quý thầy cô và các bạn

Hà Nội, ngày tháng năm 2013

HỌC VIÊN

Phạm Kim Long

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 7

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 9

1.1 Địa điểm dự kiến xây dựng nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 9

1.2 Mô hình vận chuyển và khuếch tán 15

CHƯƠNG 2: DỮ LIỆU ĐẦU VÀO CHO TÍNH TOÁN VẬN CHUYỂN VÀ PHÁT TÁN TRONG KHÍ QUYỂN 27

2.1 Thu thập dữ liệu khí tượng từ cơ sở dữ liệu của NOAA 27

2.2 Hoa gió 30

2.3 Phân loại độ ổn định khí quyển 30

2.4 Xác định hệ số pháttán Pasquill-Gifford 34

2.5 Điểm có nồng độ lớn nhất 37

2.6 Tốc độ gió theo độ cao tương ứng 38

2.7 Tính toán phát tán phóng xạ trong môi trường khí 38

CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG PHÁT TÁN PHÓNG XẠ TRONG MÔI TRƯỜNG KHÍ TẠI NMĐHN NINH THUẬN 1 47

3.1 Đặc trưng khí tượng tại khu vực xây dựng nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1 47

3.2 Phạm vi vùng cấm dân cư và vùng hạn chế dân cư xung quanh nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1 49

3.3 Phạm vi vùng dân cư sử dụng hệ số Klug 54

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

PHỤ LỤC1: SỐ LIỆU TÍNH TOÁN DỮ LIỆU KHÍ TƯỢNG NOAA VỚI HỆ SỐ CARAWAY 60

PHỤ LỤC 2: SỐ LIỆU TÍNH TOÁN DỮ LIỆU KHÍ TƯỢNG NOAA VỚI HỆ SỐ KLUG 76

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ HÌNH VẼ

Hình 1.1 Tỉnh Ninh Thuận, Việt Nam 9

Hình 1.2 Tổng quan dự án nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 10

Hình1.3 Ảnh vệ tinh địa điểm đặt nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 11

Hình 1.4 Khu vực dự kiến xây dựng nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1 12

Hình 1.5 Khu vực dự kiến xây dựng nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 2 13

Hình 1.6 Phối cảnh nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1 14

Hình 1.7 Khu vực dự kiến xây dựng nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1 14

Hình 1.8 Đường Phú Thọ - Mũi Dinh đang gấp rút thi công 15

Hình 1.9 Các quá trình khí quyển ảnh hưởng phát tán trong không khí 16

Hình 1.10 Lớp biên trong tầng đối lưu 17

Hình 1.11 Minh họa điều kiện ổn định của lớp biên 18

Hình 1.12 Khuếch tán luồng khí đơn lẻ Gauss 20

Hình 1.13 Phản xạ toàn phần của luồng khí trên mặt đất 21

Hình 1.14 Mô tả phân bố luồng khí Gauss theo mặt cắt ngang và dọc 24

Hình 1.15 Mặt cắt ngang luồng khí Gauss 24

Hình 2.1 Các bước lấy dữ liệu khí tượng NOAA 27

Hình 2.2 Lựa chọn dữ liệu trong kho lưu trữ dữ liệu khí tượng 28

Hình 2.3 Dữ liệu lưu trữ theo tuần theo chuẩn GDAS 28

Hình 2.4 Thông tin cụ thể cần thu thập 29

Hình 2.5 Tốc độ gió và hướng gió tuần 1 tháng 1 năm 2008 29

Hình 2.6 Hiệu ứng của các loại ổn định khí quyển lên luồng khí 31

Hình 2.7 Phát tán thẳng đứng σ z tương ứng với khoảng cách theo chiều gió từ nguồn và độ ổn định Pasquill 35

Hình 2.8 Phát tán ngang σ y tương ứng với khoảng cách theo chiều gió từ nguồn và độ ổn định Pasquill 35

Hình 2.9 Dữ liệu thô thu được với dữ liệu khí tượng NOAA 2008 43

Hình 2.10 Đường thẳng y=ax+b với R 2 >0,9 45

Hình 3.1 Gió và hướng gió năm 2008-2009 47

Hình 3.2 Phân bố cường độ gió năm 2008, 2009 47

Hình 3.3 Hình ảnh vệ tinh đặc trưng gió năm 2008-2009 48

Hình 3.4 Độ ổn định khí quyển năm 2008-2009 48

Hình 3.5 Khu vực cấm dân cư và khu vực hạn chế dân cư năm 2008 49

Hình 3.6 Khu vực cấm dân cư và khu vực hạn chế dân cư năm 2009 50

Hình 3.7 Khu vực cấm dân cư dữ liệu khí tượng NOAA năm 2008-2009 51

Hình 3.8 Khu vực hạn chế dân cư dữ liệu khí tượng NOAA năm 2008-2009 51

Hình 3.9 Ảnh vệ tinh vùng cấm dân cư với dữ liệu khí tượng NOAA 2008-2009 52 Hình 3.10 Ảnh vệ tinh vùng hạn chế dân cư dữ liệu khí tượng NOAA 2008-2009 52 Hình 3.11 Ảnh vệ tinh phạm vi vùng dân cư dữ liệu khí tượng NOAA 2008-2009 53 Hình 3.12 Khu vực dân cư dữ liệu khí tượng NOAA năm 2008 (Hệ số Klug) 54

Hình 3.13 Khu vực dân cư dữ liệu khí tượng NOAA năm 2009 (Hệ số Klug) 55

Hình 3.14 So sánh vùng dân cư giữa hệ số Klug và Caraway (NOAA 2008) 56

Hình 3.16 Vùng dân cư dữ liệu khí tượng NOAA năm 2008-2009 (Hệ số Klug) 57

Hình 3.17 Ảnh vệ tinh phạm vi vùng dân cư hệ số Klug dữ liệu NOAA 08-09 57

BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Dân cư của địa điểm Phước Dinh 12

Bảng 1.2 Dân cư của địa điểm Vĩnh Hải 13

Bảng 2.1 Phân loại độ ổn định khí quyển 30

Bảng 2.2 Phương pháp dùng bức xạ mặt trời ban ngày để xác định độ ổn định 31

Bảng 2.3 Phân loại độ ổn định dựa vào điều kiện ngày đêm và tốc độ gió bề mặt32 Bảng 2.4 Liên hệ giữa các loại ổn định Pasquill-Gifford và độ lệch chuẩn σ θ 33

Bảng 2.5 Phân loại độ ổn định Pasquill-Gifford trên cở sở thay đổi nhiệt độ 33

Bảng 2.6 Công thức khuyến cáo cho σy và σzđiều kiện thành phố (Briggs 1974) 34 Bảng 2.7 Công thức khuyến cáo cho σy và σz điều kiện ngoại ô (Briggs 1974) 34

Bảng 2.8 Giá trị số mũ và hệ số cho σ z (Caraway) 36

Bảng 2.9 Giá trị số mũ và hệ số cho σ y (Caraway) 37

Bảng 2.10 Giá trị số mũ và hệ số cho σ y σ z (Klug) 37

Bảng 2.11 Hệ số điều chỉnh tốc độ gió p theo các loại ổn định khí quyển 38

Bảng 2.12 Phạm vi vùng dân cư ứng với công suất lò phản ứng 39

Bảng 2.13 Liều chiếu xạ tuyến giáp trong 2 giờ 40

Bảng 2.14 Đánh giá liều chiếu xạ tuyến giáp trong 30 ngày 41

Bảng 2.15 Các thông số khí tượng cần thiết 42

Bảng 2.16 Tính toán khoảng cách x cho các giá trị(/Q) 43

Bảng 2.17 Xác xuất 0,5% tại hướng NNE với (/Q) = 5,55E-6 44

Bảng 2.18 Giá trị gần xác suất 0,5% 45

Bảng 3.1 Khoảng cách ứng vớigiá trị 0.5% /Q dữ liệu NOAA năm 2008 49

Bảng 3.2 Khoảng cách ứng với giá trị 0.5% /Q dữ liệu NOAA năm 2009 50

Bảng 3.3 Vùng dân cư vớixác suất 0.5% /Q trên toàn bộ dữ liệu NOAA 53

Bảng 3.4 Khoảng cách ứng với giá trị 0.5% /Q dữ liệu NOAA 2008 (Klug) 54

Bảng 3.5 Khoảng cách ứng với giá trị 0.5% /Q dữ liệu NOAA 2009 (Klug) 55

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, Việt Nam đang thực hiện các công việc cần thiết để chuẩn bị cho việc xây dựng nhà máy điện hạt nhân đầu tiên tại Việt Nam.Năm 2014 dự kiến bắt đầu khởi côngnhà máy điện đầu tiên với 2 tổ máy công suất 2000MW và năm 2020dự kiến đưa vào hoạt động.Vì vậy vấn đề đánh giá ảnh hưởng của phát tán phóng xạ trong môi trường xung quanh nhà máy nói chung và trong môi trường khí nói riêngđể chuẩn bị ứng phó với các sự cố hạt nhân của nhà máy điện hạt nhân là vấn đề cấp thiết

Các cơ sở hạt nhân có thể phát tán hạt nhân phóng xạ vào khí quyển dưới điều kiện hoạt động bình thường hay có sự cố Kết quả là, những người sống và làm việc xung quanh các cơ sở hạt nhân có thể bị chiếu xạ bởi bức xạ ion hóa từ một số con đường:

 Chiếu xạ ngoài do bức xạ ion hóa trực tiếp từ các nhân phóng xạ trong luồng khí phóng xạ hoặc các nhân phóng xạ đọng lại trên mặt đất

 Chiếu xạ trong do hít phải các nhân phóng xạ trong không khí hoặc ăn phải thực phẩm hoặc các chất đã bị nhiễm bẩn bởi các chất phóng xạ Phạm vi nghiên cứu của đề tài gồm:

 Mô hình đánh giá khả năng vận chuyển các chất phóng xạ trong môi trường khí tại nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1;

 Đánh giá nồng độ phóng xạ đối với khu vực xung quanh khi sự cố ngoài

ý muốn xảy ra

Luận văn được chia thành 3 chương với các nội dung cụ thể như sau:

Chương 1:Trình bày tổng quan về Nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1 Định hướng bước đầu nghiên cứu các quá trình vận chuyển các nhân phóng xạ trong môi trường khí, để đưa ra được mô hình vận chuyển và khuếch tán phù hợp áp dụng tại Nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1 Qua đó tạo tiền đề cho

việc tính toán khả năng phát tán của cácchất phóng xạ trong môi trường khí tại nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1

Chương 2:Trình bày về các phương pháp được sử dụng để thu thập dữ liệu, phân tích, đánh giá, tính toán các thông số liên quan để áp dụng cho bài toán phát tán các chất phóng xạ trong môi trường khí, qua đó có phương pháp đánh giá trực tiếp để thu được kết quả ở chương sau

Chương 3:Từ các phương pháp phân tích và đánh giá thu được kết quả cụ thể,áp dụng vào Nhà máy điện Ninh Thuận 1để đánh giá khả năng phát tán phóngxạ trong môi trường khí Qua đó có những nhận xét, đánh giá về tác động của nhà máy điện hạt nhân khi xảy ra sự cố đối với môi trường xung quanh Cuối cùng là những kết luận có được qua luận văn tốt nghiệp Qua đó có những kiến nghị, đề xuất phương hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Địa điểm dự kiến xây dựng nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận

Ninh Thuận là một tỉnh ven biển thuộc vùng Duyên hải Nam Trung Bộ

của Việt Nam Trung tâm của tỉnh là thành phố Phan Rang - Tháp Chàm nằm cách thành phố Hồ Chí Minh khoảng 350 km về phía nam, cách Nha Trang 105

km, cách Đà Lạt 110 km đồng thời nằm cách sân bay Cam Ranh khoảng 60 km,

và cách biên giới Cam Pu Chia gần 200 km

Hình 1.1 Tỉnh Ninh Thuận, Việt Nam

Ninh Thuận là vùng đất cuối của dãy Trường Sơn với nhiều dãy núi đâm rabiểnĐông,có địa hình thấp dầntừ Tây BắcxuốngĐông Nam.Lãnhthổtỉnh đượcbao bọc bởi 3 mặt núi với 3 dạng địa hình gồm núi, đồi gò bán sơn địavàđồngvenbiển.Trong đó,đồi núichiếm 63,2% diện tích của tỉnh, chủ yếu là núi thấp,cao trung bình từ 200–1.000 mét Vùng đồi gò bán sơn địa chiếm 14,4% và vùngđồng bằng ven biển chiếm 22,4% diện tích đất tự nhiên

Khí hậu nhiệt đới gió mùa điển hình với đặc trưng khô nóng, gió nhiều,bốc hơimạnh.Chínhvì vậy thời tiết Ninh Thuận phân hóa thành 2 mùa rõ rệt gồmmùamưavà mùakhô.Trong đó, mùa mưa bắt đầu từ tháng 9 đến tháng 11,

mùa khôtừ tháng 12 đến tháng 9 năm sau Nhiệt độ trung bình hàng năm từ

26-270C, lượngmưa trung bình 700–800 mm

máyđiệnhạt nhân 1 và 2 đang trong dự án xây dựng tại tỉnh Ninh Thuận, Việt Nam với tổng công suất trên 4.000 MW Theo quy hoạch phát triển điện lực Quốc gia, nhà máy điện hạt nhân1 và2 sẽ được khởi công vào tháng 12 năm

2014 và hoàn thành vào năm 2022,phát điện vào cuối năm 2020.Dự án được tiến hành theo kiến nghị của Thủ tướng Nguyễn Tấn Dũng dựa trên ước tính thiếu điện năng đến 2020, được Quốc hội Việt Nam thông qua chủ trương đầu tư

Namvay10,5tỷUSD,Nhậtcũngđồngýcho vay nguồn vốn ODA làmđiện hạt nhân.Tổng mức đầu tư dự toán khoảng200.000 tỷ đồng tại thời điểm cuối năm2008

Hình 1.2 Tổng quan dự án nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận

TheoNghị quyết số 41/2009/QH12 ngày 25/11/2009 của Quốc hội về chủ trươngđầu tư dự án điện hạt nhân Ninh Thuận Quyết định chủ trương đầu tư Dự

án điện hạt nhân Ninh Thuận, gồm 2 nhà máy, mỗi nhà máy có 2 tổ máy để cung cấp điện chohệ thống điện quốc gia, góp phầnphát triển kinhtế - xãhội đấtnướcvà tỉnh Ninh Thuận.Nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1 đặt tại xã PhướcDinh, huyện Thuận Nam,tỉnhNinh Thuận.Nhà máy điệnhạt nhân Ninh Thuận2đặt tại xã Vĩnh Hải, huyện Ninh Hải, tỉnh Ninh Thuận

Hình1.3 Ảnh vệ tinh địa điểm đặt nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận

Từ các kết quả nghiên cứu thấy rằng các địa điểm Phước Dinh và Vĩnh Hảithoả mãn những điều kiện tiên quyết để xây dựng nhà máy điện hạt nhân như[2]:

+ Có địa hình thuận lợi, diện tích đủ để xây dựng nhà máy điện hạt nhân với 4 tổ máy công suất mỗi tổ từ 1000MW trở lên

+ Có điều kiện địa chất công trình tốt, nằm trong vùng có cường độ động đất không lớn, bảo đảm an toàn nhà máy và chi phí xây dựng thấp

+ Các địa điểm đều nằm sát biển, đảm bảo điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng hệ thống cấp nước làm mát và vận chuyển vật tư và thiết bị siêu trường, siêu trọng phục vụ thi công xây dựng nhà máy

+ Địa điểm nằm trong vùng có mật độ dân cư thấp, ít ảnh hưởng đến đất canh tác và các công trình công cộng

+ Được Lãnh đạo và Chính quyền địa phương ủng hộ

Đây là cơ sở để chủ đầu tư trình Chính phủ và Quốc Hội quyết định chủtrương đầu tư xây dựng nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận bao gồm 2 địa điểm là Ninh Thuận 1 (tại Phước Dinh) và Ninh Thuận 2 (tại Vĩnh Hải)

Nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1

Địa điểm Phước Dinh thuộc địa phận thôn Vĩnh trường, xã Phước Dinh,huyện Ninh Phước, tỉnh Ninh Thuận.Cách thị xã Phan Rang 20 km về phía Nam, cách thành phố Hồ Chí Minhkhoảng 300 km

Địa điểm có toạ độ địa lý: 11°25’54” – 11°27’17” Vĩ độ Bắc

108°159’43” - 109°01’00” Kinh độ Đông

Bảng 1.1 Dân cư của địa điểm Phước Dinh

Trích trong báo cáo địa điểm nhà máy điện hạt nhân[2]

Tháng 5 năm 2010, Nga được lựa chọn làm đối tác cung cấp công nghệ cho nhà máy điện hạt nhân 1, với cam kết lâu dài sẽ hỗ trợ Việt Nam trong công tác quản lý và xử lý chất thải hạt nhân, đồng thời xây dựng một chương trình quốc gia về vấn đề này Nga đưa ra mức giá nhà máy với công suất 2.000 MW là gần

8 tỷ USD và đồng ý cho Việt Nam vay tín dụng xuất khẩu để triển khai dự án

Hình 1.4 Khu vực dự kiến xây dựng nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1

Nhà máy được dự tính xây dựng với hệ số an toàn cao trên cơ sở các lò phản ứng nước nhẹ hiện đại; sử dụng công nghệ nước áp lực (VVER) theo thiết

kế của nhà máy điện thế hệ 3 với mức độ an toàn hơn hẳn thế hệ 2 (như nhà máy FukushimaI) Các chương trình hệ thống nhà máy điện hạt nhân đảm bảo an toàn chủ động và thụ động Theo công nghệ mới, khu vực đảm bảo an toàn trong trường hợp xảy ra sự cố nằm cách nhà máy 800m Đại sứ Đặc mệnh toàn quyền

Liên bang Nga tại Việt Nam khẳng định phía Nga hoàn toàn chịu trách nhiệm về

sự an toàn của Nhà máy Điện hạt nhân Ninh Thuận 1

Nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 2

Địa điểm Vĩnh Hải thuộc địa phận thôn Thái An, xã Vĩnh Hải, huyện NinhHải, tỉnh Ninh Thuận, cách thị xã Phan Rang khoảng 20 km về phía Bắc, cáchThành phố Hồ Chí Minh khoảng 340km

Khu vực khảo sát có tọa độ địa lý:11°38’15” - 11°39’47”Vĩ độ Bắc

109°10’00”- 109°11’15”Kinh độ Đông

Bảng 1.2 Dân cư của địa điểm Vĩnh Hải

Trích trong báo cáo địa điểm nhà máy điện hạt nhân[2]

Chính phủ Việt Nam đã ký các thoả thuận hợp tác xây dựng máy điện hạt nhân Ninh Thuận 2với Nhật Bản.Tháng 9 năm 2011, Nhật Bản cho tàu khảo sát địa chất đến Việt Nam khảo sát địa chất biển phục vụ dự án xây dựng nhà máy

2

Hình 1.5 Khu vực dự kiến xây dựng nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 2

Các chuyên gia Công ty Điện nguyên tử Nhật Bản (JAPC) đưa ra công nghệ và các đặc tính an toàn của các thế hệ lò phản ứng tiên tiến của Nhật có khả năng chống động đất và sóng thần cùng hướng khắc phục sau sự cố nhà máy điện Fukushima I

Nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1, theo kế hoạch sẽ khởi công vào

2014, đưa tổ máy đầu tiên vận hành vào năm 2020 Căn cứ vào tình hình chuẩn

bị, Chính phủ sẽ báo cáo Quốc hội quyết định thời điểm khởi công xây dựng Nhà máyđiện hạtnhânNinhThuận 2

Hình 1.6 Phối cảnh nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1

Hình 1.7 Khu vực dự kiến xây dựng nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1

Hình 1.8 Đường Phú Thọ - Mũi Dinh đang gấp rút thi công

YÊU CẦU THỰC TIỄN ĐẶT RA

Để có thể xúc tiến việc xây dựng nhà máy điện hạt nhân đầu tiên của nước

ta cần rấtnhiều các yêu cầu đặt ra, một trong đó là báo cáo đánh giá về an toàn hạt nhân tại khu vực dự kiến xây dựng nhà máy để có những biện pháp, kế hoạch ứng phó sự cố đảm bảo yêu cầu đặt ra khi tiến hành xây dựng Nhà máy

Để đánh giá khả năng phát tán phóng xạ tại Nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1 cần nghiên cứu một mô hình vận chuyển và khuếch tán phù hợp Trên thế giới, các nước sử dụng rất nhiều các mô hình khác nhau để tính toán khả năng phát tán, một trong những mô hình được sự dụng nhiều nhất đó là mô hình luồng khí Gauss,với những đặc trưng và hạn chế được nêu cụ thể ở phần sau, cho ta cái nhìn tổng quan về việc phát tán của chất phóng xạ trong môi trường không khí tại khu vực Nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1

1.2.Mô hình vận chuyển và khuếch tán

1.2.1 Nhiễu loạn và phát tán khí quyển

Chất phóng xạ phát ra từ các cơ sở hạt nhân khác nhau đóng góp vào chiếu

xạ thông qua một số con đường: Chiếu xạ ngoài bởi bức xạ trực tiếp từ luồng khí phóng xạ hoặc từ các nhân phóng xạ đọng lại trên mặt đất Chiếu xạ trong do hít phải hay ăn phải các chất phóng xạ Mức độ bị chiếu xạ phụ thuộc vào sự phát tán trong khí quyển và các quá trình lắng đọng

Hình 1.9 Các quá trình khí quyển ảnh hưởng phát tán trong không khí

Hình trên là sơ đồ trình bày các quá trình ảnh hưởng đến phát tán trong không khí Các phần tử của luồng khí bị ảnh hưởng bởi dòng xoáy xáo động trong bầu không khí, làm khuếch tán vật liệu thải cũng như toàn bộ luồng khí được vận chuyển theo hướng gió Ảnh hưởng kết hợp của khuếch tán và vận chuyển được gọi là phát tán Giống như luồng khí phát tán, một số cơ chế loại

bỏ nhất định có thể ảnh hướng đến lượng chất thải Ví dụ trong điều kiện nhất định, chất thải khí và hạt có thể tham gia vào quá trình hình thành mưa trong đám mây và sau đó được loại bỏ do mưa Việc loại bỏ các chất khí hoặc hạt bên dưới đám mây tiếp xúc với mưa gọi là rửa trôi Các vật liệu thải cũng có thể được loại bỏ thông qua sự lắng đọng hoặc tiếp xúc với mặt đất, thảm thực vật, hay che phủ khác như các tòa nhà Các cơ chế lắng đọng được gọi chung là lắng đọng khô Chất phóng xạ có thể phân rã trong quá trình di chuyển Một số chất thải cũng có thể trải qua biến đổi hóa học trong quá trình vận chuyển

Chương này sẽ tóm tắt quá trình phát tán trong không khí và cơ chế loại bỏ ảnh hưởng đến phát tán trong không khí của chất phóng xạ Trọng tâm chính của chương này sẽ đưa ra các căn cứ được dùng trong việc sử dụng mô hình Gauss cho phát tán trong không khí, và một số hiểu biết cơ bản về các quá trình loại bỏ ảnh hưởng đến vật liệu thải Mặc dù mô hình Gauss được sử dụng rộng rãi vì tương đối dễ trong tính toán, mô hình dựa trên các khái niệm cơ bản của khuếch tán nhiễu loạn Kết quảtạo ra khi sử dụng mô hình này là phù hợp một cách hợp lývới dữ liệu thực nghiệm

a) Đặc tính của lớp biên

Chất phóng xạ từ nhiều nguồn như nhà máy điện hạt nhân, cơ sở y tế, các lò phản ứng nghiên cứu thường thải vào khí quyển ở độ cao từ mặt đất tới 100 mét vào vùng của bầu khí quyển được gọi là lớp biên Chiều cao của lớp biên thường dao động trong khoảng 200 đến 2000 mét Trong lớp này, hiệu ứng mặt đất là rất quan trọng Những thay đổi ngày-đêm về nhiệt độ không khí do bề mặt nóng

và lạnh của trái đất thể hiện rõ thông qua lớp biên.Trong lớp này tốc độ gió có

xu hướng tăng theo chiều cao và hướng gió có xu hướng cũng thay đổi theo chiều cao, đó là kết quả của sự giảm ma sát giữa không khí và bề mặt trái đất

Hình 1.10 Lớp biên trong tầng đối lưu

Sự ổn định của khí quyển trong lớp biên quyết định phần lớn cường độ của

sự nhiễu loạn và quá trình khuếch tán, ảnh hưởng đến phát tán chất thải trong lớp này Sự ổn định của lớp biên có thể minh họa bằng tính cách di chuyểncủa một túi khí mà nó không phụ thuộc vào chuyển động khác trong khí quyển hay không trộn lẫn với môi trường xung quanh Sự ổn định của lớp biên có thể liên quan đến tỷ lệ chênh lệch nhiệt độ Nhiệt độ của khí khô trong khí quyển có xu hướng giảm theo chiều cao ở mức -0.98°C/100m, gọi là tỷ lệ giảm đoạn nhiệt khô Nếu túi khí được dời đoạn nhiệt với tốc độgiảm này, nó sẽ có cùng một nhiệt độ và mật độ như môi trường xung quanh Điều kiện khí quyển lúc này là trung hòa Nếu túi khíđược dời đoạn nhiệt vào một môi trường trong đó có tỷ lệ giảm nhiệt lớn hơn tỷ lệ giảm đoạn nhiệt khô, phần không khí phía trên sẽ ấm hơn và nhẹ hơn môi trường xung quanh nósẽ bốclên trên Tương tự như vậy, phần không khí phía dưới trong tình huống này, nó sẽ mát hơn và dày đặc hơn

so với môi trường, nó sẽ hạ thấp xuống Điều kiện không khí này được gọi là không ổn định Nếu túi khí được dời đoạn nhiệt vào một môi trường trong đó có

một tỷ lệ giảm nhiệt thấp hơn mức giảm đoạn nhiệt khô, phần không khíphía trên sẽ mát hơn và dày đặc hơn so với môi trường, nó sẽ giảm tốc để quay trở lại mức ban đầu của nó Tương tự như vậy, phần không khí phía dưới sẽ ấm hơn và nhẹ hơn môi trường của nó và sẽ được tăng tốc lên để quay trở lại mức ban đầu, điều kiện không khí này được gọi là ổn định

Hình 1.11.Minh họa điều kiện ổn định của lớp biên

Hình 1.11 minh họa những điều kiện ổn định trong lớp biên Thông thườngđiều kiện không ổn định có xu hướng xảy ra gần bề mặt vào một ngày nắng; điều kiện trung hòa có xu hướng xảy ra trong điều kiện gió và mây, và điều kiện ổn định có xu hướng xảy ra vào đêm không mây với tốc độ gió thấp Những yếu tố nhiệt là một nguồn gây nhiễu loạn khí quyển Nguồn khác được tạo ra bởi luồng khí chuyển động trên bề mặt thô ráp với các vật cản, và được xem là có bản chất cơ học Việcmô tả các tác động của nhiễu loạn khichất thải khuếch tán là phức tạp bởi sự đa dạng của các tác nhân trong bầu khí quyển

b)Đặc tính của khuếch tán nhiễu loạn

Hai phương pháp được sử dụng để mô tả sự khuếch tán nhiễu loạn là lý thuyết vận chuyển gradien và lý thuyếtthống kê Lý thuyết vận chuyển gradien (thườngđược gọi là lý thuyết K) ứng với vận chuyển khí quyển tại một điểm cố định, tương tự như lý thuyết khuếch tán phân tử được đưa ra đầu tiên bởi Fisk giữa thế kỷ mười chín, tỷ lệ thuận với gradien nồng độ địa phương

Vector thông lượng S qua một diện tích dA tại một điểm nhất định bằng:

Trong đó, K là hệ số khuếch tán nhiễu loạn và χ là nồng độ chất ô nhiễm trong thể tích vô cùng nhỏ dV

Giả sử không có nguồn hoặc bị mất đi trong dV, sự thay đổi của nồng độ chất ô nhiễm theo thời gian được tính:

= ∇ ∇χ + ∇ χ (1.3) Giả định về tính đồng nhất không gian, nghĩa là: ∇ = 0

Kết quả trong phương trình khuếch tán Fickian:

Bởi vì lý thuyết khuếch tán này tập trung vào việc vận chuyển khí quyển tại một điểm cố định trong không gian, nó có thể được xem là có bản chất Euler Điều này có nghĩa là nó xem xét tính chất của dòng chuyển động tương đối với một hệ tọa độ cố định trong không gian

Lý thuyết thống kê khác đáng kể so với lý thuyết vận chuyển gradien Thay

vì nghiên cứu các dòng vật chất tại một điểm cố định trong không gian, nó nghiên cứu lịch sử về chuyển động của các hạt vật chất riêng lẻ và cố gắng xác định từ các thuộc tính thống kê cần thiết để đại diện cho sự khuếch tán Phương pháp này có bản chất Lagrange

Đối với thời gian khuếch tán lớn, tức là chuyển động hạt gần như không liên quan, cả lý thuyết vận chuyển gradien và lý thuyết thống kê đều cho ra kết quả là phân bố Gauss của chất thải trong không khí là lời giải cơ bản

Từ lý thuyết vận chuyển gradien, nồng độ chất thải có thể được viết như sau:

χ =

( ) /

Trong đó: = 2 biểu diễn cho phương sai của phân bố Gauss

1.2.2.mô hình luồng khí Gauss

Phương trình 1.6 mô tả nồng độ và phân bố của một đám mây luồng khí thải phát ra từ nguồn điểm duy nhất, trong đó P(x0,y0,z0) là trung tâm của đám mây Phương trình này tạo cơ sở cho mô hình Gauss

Trong các mô hình vận chuyển của từng khối khí phụt được xác định bằng trường gió mà nó có thể thay đổi theo thời gian và không gian

Hình 1.12 Khuếch tán luồng khí đơn lẻGauss

Giả sử không phải là duy nhất mà là một loạt các khối khí phụt riêng biệt di chuyển ra khỏi điểm phát thải P(0,0,z0) (Hình 1.12) Trong hình dạng của các đám mây phát triển với tốc độ trung bình và dọc theo trục hoành x, sự phân bố nồng độ của từng đám mây riêng lẻ có thể được xác định như sau:

χ =

( ) /

Trong đó: Q biểu thị tổng số ô nhiễm trong từng trường hợp, [Bq]

t biểu thị thời gian di chuyển của một đám mây, [s]

Phương trình trên mô tả tình huốngminh họa bằng đồ thị trong hình 1.12 Trong vùng lân cận của nguồn, các đám mây vẫn còn nhỏ không đáng kể Sau

đó nó phát triển do tác động pha loãng của khuếch tán không khí trong tất cả các hướng, kết quả nồng độ ô nhiễm phân phối tràn đều Nói chung, sự phân bố

nồng độtheo các trục tọa độ là khác nhau Đối với trường hợp riêng khi sự khuếch tán theo tất cả các hướng là như nhau, đám mây sẽ có dạng hình cầu (Hình 1.12) Những đám mây riêng lẻ được vận chuyển ở vận tốc trung bình ,

do đó sau một thời gian nhất định nó đi được khoảng cách x Đối với một chuỗi liên tục của các khối khí phụt, một luồng khí bao gồm một số lượng vô hạn đám mây riêng lẻ chồng chập lên nhau,vận chuyển dọc theo trục x với vận tốc Khi

đó nồng độ tại một vị trí nhất định cần phải được lấy tích phân trên khoảng thời gian phát thải Giả sử khuếch tán dọc theo trục x là nhỏ so với vận chuyển và giả

sử phản xạ trên mặt đất là toàn phần (Hình 1.13), có thể tính toán sự phân bố nồng độ trong luồng khí bằngphương trình 1.8 như sau:

Trong đó:

: Nồng độ chất phóng xạ trong không khí, [Bq/m3] Q: Tốc độ phát thải, [Bq/s]

µ:Tốc độ gió, [m/s]

H:Độ cao hiệu dụng, [m]

y:Hệ số phát tán theo phương ngang,[m]

z:Hệ số phát tán theo phương thẳng đứng,[m]

x:Khoảng cách theo chiều gió, [m]

y:Khoảng cách theo phương vuông góc với chiều gió,[m]

z:Khoảng cách theo chiềudọc so với mặt đất,[m]

Hình 1.13 Phản xạ toàn phần của luồng khí trên mặt đất

1.2.3 Điều kiện cần và các giả định

Phương trình 1.8 là phương trình cơ bản của mô hình luồng khí Gauss, tất

cả các phương trình tính toán khác được sử dụng trong chương này có nguồn gốc từnó

Về mặt lý thuyết, mô hình này có thể áp dụng được với các điều kiện chủ yếu sau đây:

- Tính đồng nhất của sự nhiễu loạn;

- Điều kiện nhiễu loạn dừng và nồng độ chất ô nhiễm ổn định;

- Thời gian khuếch tán đủ lớn;

- Dòng chảy cơ bản không đổi trục trong không gian;

- Tốc độ gió khác không;

- Điều kiện tính liên tục phải được giữ;

- Phản xạ toàn phần của luồng khí trên mặt đất

1.2.4 Các loại nguồn phát

a) Nguồn điểm tức thời:

Phương trình cho nguồn điểm tức thời trong bầu không khí từ vị trí bất kỳ:

Q = tổng lượng chất gây ô nhiễm đã phát tán, [g]

Kx, Ky, và Kz = hệ số khuếch tán xoáy theo hướng x, y, z tương ứng, được giả định là bằng và liên tục trong mô hình Gauss

Trong trường hợp khuếch tán Fick, chúng ta có:

= 2Trong đó: σ là độ lệch chuẩn của phân bố Gauss Hình thức này sẽ là đúng cho mỗi hướng Đối với một khối cầu hoàn hảo,tọa độ x, y, z có thể được thay thế bằng bán kính hình cầu r, và σs trong hướng x, y, z bởi σr trong sự phân bố Gauss Do đó, hình thức phương trình mới cho nguồn điểm tức thời là:

χ =

b) Nguồn điểm liên tục

Phương trình cho một nguồn điểm liên tục từ bất kỳ vị trí nào thu được bằng cách tổng hợp các nguồn điểm dọc theo trục x Sử dụng mối quan hệ giữa

hệ số khuếch tán xoáy K và độ lệch chuẩn σ của phân bố Gauss:

Trong đó:

u = tốc độ gió theo phương x, [m/s]

Q’ = số lượng chất gây ô nhiễm phát tán trong một đơn vị thời gian, [g/s] Khi nguồn điểm liên tục tiếp xúc với mặt đất, mặt đất được giả định phản

xạ hoàn toàn Để duy trì liên tục, vế phải của phương trình 1.11 được nhân với

2

c)Nguồn dòng liên tục

Một nguồn dòng liên tục được đặt vuông góc với hướng gió (tức là nguồn dòng liên tục nằm dọc theo trục y), kết quả thu được bằng cách tổng hợp các nguồn điểm liên tục trong y hướng với các giả định tượng tự như trên Phương trình thu được là:

d) Nguồn điểm liên tục khuếch tán từ ống khói

Khi chất thải được phát tántừ một nguồn cao (ví dụ một ống khói), luồng khí sẽ lan truyền cho đến khi nó gặp mặt đất Khi điều này xảy ra, giả định rằng luồng khí được phản xạ và phát tán trở lại vào không khí Hệ thống này được minh họa trong hình 1.14 Phương trình cho mô hình Gauss theo những điều kiện được đưa ra bởi Gifford (1968) Nó cũng giống như đối với nguồn điểm

liên tục từ vị trí bất kỳ trình bày ở trên (phương trình 1.11), tuy nhiên, chiều cao của ống khói được thêm vào để sửa lại điểm gốc của hệ tọa độ:

Trong đó:H là chiều cao phát thảihiệu dụng của các luồng khí, [m]

Hình 1.14 Mô tả phân bố luồng khí Gauss theo mặt cắt ngang và dọc

Hình 1.15 Mặt cắt ngang luồng khí Gauss (σ y =20m, σ z =10m, mật độ trung tâm=1.0)

Phản xạ của mặt đất tương đương với một nguồn ảo nằm ở một khoảng cách H phía bên dưới bề mặt của mặt đất (Hình 1.14) Trong điều kiện này, phương trình 1.13 trở thành:

Q’ là tốc độ phát thải của nguồn, [g/s]

là vận tốc gió trung bình từ độ cao ống khói, [m/s]

σy ,σz là hệ số khuếch tán , [m]

H là độ cao hiệu dụng của ống khói, là tổng của chiều cao ống khói với độ cao luồng khíthoát ra, [m]

x là khoảng cách theo chiều gió từ ống khói, [m]

y là khoảng cách cắt ngang chiều gió, [m]

z là khoảng cách theo chiều dọc từ mặt đất, [m]

Nồng độ được tính toán dọc theo đường trung tâm của luồng khí (y=0), ta

có phương trình đơn giản hơn:

Cho nguồn ở sát mặt đất khiluồng khí thoát ra (H=0), ta có:

1.2.5.Một số hạn chế mô hình luồng khí Gauss

Một số hạn chế liên quan đến việc phát tán theo đường thẳng của mô hình luồng khí Gauss do tác động của các dòng xoáy lớn Về mặt lý thuyết, mô hình

chỉ có giá trị khi một số giả định cơ bản được đáp ứnghoàn toàn Trong bầu không khí thực, một số trong những giả định cơ bản không bao giờ xảy ra, chẳng hạn như giả định về liên tục của khuếch tán trong thời gian và không gian Các đường cong Pasquill-Gifford thực sự chỉ được xác định cho khoảng cách ra khoảng 1 km, nhưng chúng thường được ngoại suy cho 100 km Trên thực tế,

mô hình luồng khí Gauss không nên được áp dụng trong điều kiện (a) tốc độ gió thấp, (b) địa hình phức tạp, (c) tốc độ gió thay đổi trong không gian và thời gian hoặc(d) lắng đọng và biến đổi trong luồng khí trong khi phát tán Tuy nhiên điều chỉnh theo kinh nghiệm dựa vào việc xây dựng luồng khí Gauss cơ bản cho phép

nó được áp dụng trong nhiều tình huống trong đó về mặt lý thuyết không nên áp dụng Mặc dù vậy bất kỳ hệ thống dựa nhiều về điều chỉnh kinh nghiệm có khả năng bị hạn chế trong việc tổng quát hóa để có thể áp dụng với những điều kiện không được đánh giá cụ thể

CHƯƠNG 2: DỮ LIỆU ĐẦU VÀO CHO TÍNH TOÁN VẬN CHUYỂN VÀ

từ cơ sở dữ liệu của Cơ quan quốc gia quản lý biển và không khí Hoa Kỳ (NOAA)

2.1 Thu thập dữ liệu khí tượng từ cơ sở dữ liệu của NOAA

Để lấy thông tin khí tượng trên trang chủ NOAA, ta làm theo các bước sau:

Hình2.1 Các bước lấy dữ liệu khí tượng NOAA

1 Vào trang chủ http://www.arl.noaa.gov The Air Resources Laboratory (ARL) của NOAA, chuyên nghiên cứu và phát triển trong các lĩnh vực chất lượng không khí, phát tán trong khí quyển, khí hậu và lớp biên

2 Vào mục READY (Real-time Environmental Applications and Display sYstem) là mục các ứng dụng môi trường và hệ thống hiển thị trong thời gian thực

3 Mục Archived Meteorology, nơi lưu trữ dữ liệu khí tượng các năm trên các vùng miền

4 Nhậptọa độ của nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1 (11°25'59.86"N109°0'7.74"E)

Sau khi nhập tọa độ ta ấn Continue, xuất hiện một bảng lựa chọn các dữ liệu ta cần (Hình 2.2) Ở đây ta lựa chọn dữ liệu về khí tượng, gió và độ ổn định tại khu vực dự kiến xây dựng nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1 để nghiên cứu tính toán Ta chọn dữ liệu theo chuẩn GDAS (The Global Data Assimilation System - Hệ thống xử lý dữ liệu toàn cầu)

Hình2.2 Lựa chọn dữ liệu trong kho lưu trữ dữ liệu khí tượng

Sau khi bấm Go, ta lựa chọn dữ liệu lưu trữ các năm cần thiết như trong hình 2.3 rồi bấm Next và lựa chọn các thông tin cụ thể trong hình 2.4

Hình2.3 Dữ liệu lưu trữ theo tuần theo chuẩn GDAS

Hình2.4 Thông tin cụ thể cần thu thập

Ta thu được dữ liệu khí tượng NOAA cần dùng tại vị trí nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1, dưới đây là ví dụ về dữ liệu gió và hướng gió tuần 1 tháng 1 năm 2008:

Hình2.5 Tốc độ gió và hướng gió tuần 1 tháng 1 năm 2008

2.2 Hoa gió

Hoa gió là một vòng tròn chia độ được sử dụng bởi các nhà khí tượng để cung cấp một cái nhìn tổng quát về phân bố tốc độ gió và hướng gió tại một vị trí cụ thể Hoa gió được chia thành 16 hướng, quy ước cụ thể như sau:

2.3 Phân loại độ ổn định khí quyển

Trong phương trình Gauss, giả sử sự lan truyền theo phân bố Gauss trong

cả chiều ngang và chiều dọc Độ lệch chuẩn của nồng độ luồng khí theo chiều ngang (ngang với chiều gió)được ký hiệu là σy và theo chiều dọc được ký hiệu là

σz thường được gọi là hệ số phát tán Giá trị của hệ số phát tán thay đổi theo chiều cao trên bề mặt, độ nhám bề mặt, thời gian lấy mẫu, tốc độ gió và khoảng cách theo hướng gió từ nguồn Các giá trị của hệ số phát tán thường được xác định dựa trên độ ổn định của khí quyển Độ ổn định khí quyển được chia thành 6 lớp như sau:

Bảng 2.1 Phân loại độ ổn định khí quyển

Rất không ổn định Không ổn định Hơi không ổn định Điều kiện trung hòa

Ổn định vừa phải Rất ổn định

Hình 2.6 Hiệu ứng của các loại ổn định khí quyển lên luồng khí

thoát ra từ ống khói

Phương pháp đơn giản ở bảng 2.2 đã được phát triển để xác định loại ổn định khí quyển dựa trên tốc độ gió bề mặt và bức xạ mặt trời trong ngày hoặc mây che phủ vào ban đêm

Bảng 2.2.Phương pháp dùng bức xạ mặt trời ban ngày để xác định độ ổn định

trời trên 60 độ

Góc ngẩng mặt trời trên 35 độ và dưới 60 độ

Góc ngẩng mặt trời trên 15 độ và dưới 35 độ

Mây ở tầm trung là khoảng 2000 đến 4500 mét Mây ở tầm thấp là khoảng

2000 mét trở xuống Các loại ổn định có thể được xác định với các thông tin từ bảng 2.2 và bảng 2.3

Từ các loại ổn định tra ở bảng, kết hợp với phương trình tính nồng độ của chất phóng xạ phát thải ra từ ống khói hay từ độ cao bất kỳ, tính toán cụ thể được số liệu theo mô hình luồng khí Gauss kết hợp với thông số khí tượng, qua

đó có những đánh giá đối với phát tán phóng xạ trong môi trường khí tại Nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1

Bảng 2.3 Phân loại độ ổn định dựa vào điều kiện ngày đêm và tốc độ gió bề mặt

Mây che phủ dưới 3/8

Ngoài ra, ta có thể xác định độ ổn định khí quyển từ A đến F bằngcác phươngpháp khác, cụ thể như sau:

- Phân loại ổn định dựa vào điều kiện ngày đêm và tốc độ gió bề mặt như bảng 2.3, trong đó sử dụng góc mặt trời và các phép đo thường xuyên được thực hiện bởi trạm quan trắc khí tượng

- Đo độ lệch chuẩn của các biến động ngang theo hướng gió, σθ (Gifford năm 1976, xem bảng 2.4)

- Sử dụng gradien nhiệt độ theo chiều dọc, T/Z (NRC 1972; xem bảng 2.5)

Bảng 2.4 Liên hệ giữa các loại ổn định Pasquill-Gifford và độ lệch chuẩn theo

hướng gió ngang σ θ (Gifford 1976)

G ở đây là điều kiện khí quyển cực kỳ ổn định

Cách xác định độ ổn định khí quyển tốt nhất làsử dụng độ lệch chuẩn của biến động hướng gió theo chiều dọc σφ và độ lệch chuẩn của biến động hướng gió theo chiều ngang σθ Tuy nhiên, rất hiếm có dữ liệu sẵn có về hướng gió theo chiều dọc, do đó phương pháp gradien nhiệt độ có thể được sử dụng để tính toán khuếch tán theo chiều dọc, và độ lệch chuẩn của hướng gió ngang có thể được

sử dụng để tính toán khuếch tán ngang

Sau khi độ ổn định khí quyển được xác định, các thông số σy và σz của luồng khí phát ra tại khoảng cách x có thể được xác định từ hình 2.7 và 2.8 hoặc bằng các công thức gần đúng được xây dựng bởi Briggs trong bảng 2.6 và 2.7

Bảng 2.6 Công thức khuyến cáo cho σy và σzđiều kiện thành phố (Briggs 1974)

Hình 2.7 Phát tán thẳng đứng σ z tương ứng với khoảng cách theo chiều gió từ

nguồn và độ ổn định Pasquill

Hình 2.8 Phát tán ngang σ y tương ứng với khoảng cách theo chiều gió từ nguồn

và độ ổn định Pasquill

Hình 2.7, 2.8 dùng để xác định các hệ số phát tán Ứng với mỗi khoảng cách từ điểm phát thải dọc theo chiều gió, ta xác định hệ số phát tán ngang và dọc tương ứng với các loại ổn định khí quyển đã xác định được

Ngoài việc sử dụng hình 2.7 và 2.8 để tra các hệ số phát tán, một số cá nhân

sử dụng các công thức làm khớp khác nhau để xấp xỉ các đường cong thể hiện trong hình 2.7 và 2.8 Đơn giản nhất là cách tiếp cận phát triển bởi Caraway, trong đó:

σy= c xd (2.1)

σz= a xb (2.2) Với trường hợp G là khí quyển cực ổn định, ta có công thức tính dựa trên

độ ổn định F như sau:

σy(G)= 2/3 σy(F) (2.3)

và σz(G)= 3/5 σz(F) (2.4) Trong đó x là khoảng cách theo hướng gió từ ống khói tính theo mét Các giá trị của a, b, c và d được thể hiện trong bảng 2.8 và 2.9

Bảng 2.8 Giá trị số mũ và hệ số cho σ z (Caraway)

Các loại ổn

định khí

quyển

Khoảng cách theo chiều gió

100 < x < 500 m

Khoảng cách theo chiều gió

500 < x < 5000 m

Khoảng cách theo chiều gió

x > 5000 m

A = 1 0.0383 1.281 0.0002539 2.089 0.0002539 2.089 B=2 0.1393 0.9467 0.04936 1.114 0.04936 1.114

C = 3 0.1120 0.9100 0.1014 0.926 0.1154 0.9109

D =4 0.0856 0.8650 0.2591 0.6869 0.7368 0.5642 E=6 0.1094 0.7657 0.2452 0.6358 0.9204 0.48015 F=7 0.05645 0.8050 0.1930 0.6072 1.505 0.3662

Bảng 2.9 Giá trị số mũ và hệ số cho σ y (Caraway)

Các loại ổn định

khí quyển

Khoảng cách theo chiều gió

x < 10000m Khoảng cách theo chiều gió x > 10000m

Bảng 2.10 Giá trị số mũ và hệ số cho σ y σ z (Klug)

Thay thế giá trị của σyvà σz trong phương trình trên bằng biểu thức 2.1 và 2.2 ta thu được biểu thức mô tả nồng độ  là hàm của biến x Đạo hàm của  theo x rồi thiết lập bằng không và giải tìm x Từ đó ta thu được biểu thức tính khoảng cách tại điểm có nồng độ lớn nhất:

x =

Nồng độ lớn nhất có thể được xác định ngược lại khi biết khoảng cách bằng cách sử dụng biểu thức 2.5

2.6 Tốc độ gió theo độ cao tương ứng

Trong tầng thấp của khí quyển, tốc độ gió thường tăng lên theo chiều cao

Đa số các trạm khí tượng đều thực hiện ở độ cao 10m so với mặt đất Tốc độ gió được điều chỉnh lại phù hợp với luồng khí phát ra từ ống khói theo công thức sau:

Uz= U0 (Z/Z0)p (2.7) Trong đó: Uz là tốc độ gió ở độ cao z, [m/s]

U0 là tốc độ gió ở độ cao thiết bị đo gió, [m/s]

z là chiều cao mong muốn, [m]

z0 là chiều cao đo gió (thường là 10 mét), [m]

p được xác định trong bảng 3.11theocác loại ổn định khí quyển

1Knots = 0.514444 m/s

Bảng 2.11 Hệ số điều chỉnh tốc độ gió p theo các loại ổn định khí quyển

Các loại ổn định Số mũ p khu vực nông thôn Số mũ p khu vực thành phố

2.7 Tính toán phát tán phóng xạ trong môi trường khí

Sử dụng mô hình luồng khí Gauss để đánh giá khả năng phát tán phóng xạ trong môi trường khí tại nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1 (Phương trình

1.8) Mặc dù nhà máy điện hạt nhân đã được thiết kế để xác suất xảy ra các sự

cố nặng rất nhỏ (thường < 10-7) Tuy nhiên xung quanh nhà máy điện hạt nhân thường người ta sẽ quy hoạch có hai vùng: vùng cấm dân cư và vùng hạn chế dân cư và khoảng cách tới vùng trung tâm dân cư Luận văn này sẽ đánh giá khả năng phát tán phóng xạ trong một năm và qua các năm, để từ đó đưa ra được vùng cấm dân cư và vùng hạn chế dân cư, áp dụng cho việc quy hoạch địa điểm xây dựng nhà máy cũng như kế hoạch ứng phó sự cố tại nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1

2.7.1 Tiêu chí xác định vùng cấm dân cư và vùng hạn chế dân cư

Tiêu chí kỹ thuật để phân định vùng cấm dân cư, vùng hạn chế dân cư và

khoảng cách tới trung tâm dân cư là:

1) Vùng cấm dân cư có kích thước sao cho người ở điểm bất kỳ trên biên giới của vùng trong 2 giờ ngay sau khi phát thải sản phẩm phân hạch theo giả thuyết sự cố nặng, không phải chịu liều chiếu xạ tổng cộng đối với toàn thân vượt quá 250 mSv hoặc liều chiếu xạ tổng cộng đối với tuyến giáp do chiếu xạ iốt vượt quá 3 Sv

2) Vùng hạn chế dân cư có kích thước sao cho người ở điểm bất kỳ trên biên giới ngoài của vùng bị chiếu xạ bởi đám mây phóng xạ gây bởi sự phát thải sản phẩm phân hạch theo giả thuyết sự cố (trong toàn bộ thời gian xảy ra sự cố), không phải chịu liều chiếu xạ tổng cộng đối với toàn thân vượt quá 250 mSv hoặc liều chiếu xạ tổng cộng đối với tuyến giáp do chiếu xạ iốt vượt quá 3 Sv

3) Khoảng cách tới trung tâm dân cư ít nhất là (1+1/3) lần khoảng cách từ

lò phản ứng tới biên ngoài của vùng hạn chế dân cư

Tiêu chí trên được chỉ rõ tại Khoản 6 Điều 2 Thông tư 13/2009/BKHCN[1]

và trong tài liệu TID14844[7]với đánh giá ban đầu về khoảng cách đối với các lò phản ứng có công suất khác nhau được xây dựng và liệt kê trong Bảng 2.12 dưới đây:

Bảng 2.12 Phạm vi vùng dân cư ứng với công suất lò phản ứng

Công suất (MW) Vùng cấm dân cư

(m)

Vùng có hạn chế dân cư (m)

Khoảng cách tới trung tâm dân cư

lớn hơn chiếm 0,5% tổng số giờ trong bộ số liệu

Đối với Nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1, sử dụng lò VVER với công suất 2.000 MW Để xác định khoảng cách đến biên của vùng cấm dân cư, vùng hạn chế dân cư theo mỗi hướng gió chính (16 hướng gió), người ta thường chọn giá trị (/Q) trung bình trong 2 giờ sao cho nó thỏa mãn điều kiện về liều chiếu tuyến giáp gây bởi sản phẩm iốt phóng xạ nhỏ hơn 3 Sv trong trường hợp sự cố nặng xảy ra Giá trị này được đưa ra trong bảng 2.13, 2.14 như sau:

Bảng 2.13 Liều chiếu xạ tuyến giáp trong 2 giờ

Tốc độ phát thải Q(Bq/s) (tau=2h)

/Q

Hoạt độ hít thở trong 2 giờ (Bq)

Liều chiếu tuyến giáp trong 2 giờ (Sv)

131 0,52 2000 5,34E+09 3,09E-04 1,65E+06 4,13E+06 1,65E+00

132 0,60 2000 6,12E+09 3,09E-04 1,89E+06 4,72E+06 6,83E-02

133 1,15 2000 1,18E+10 3,09E-04 3,65E+06 9,12E+06 9,86E-01

134 0,68 2000 6,99E+09 3,09E-04 2,16E+06 5,40E+06 3,65E-02

135 0,97 2000 9,92E+09 3,09E-04 3,06E+06 7,66E+06 2,57E-01