Đánh giá số hạng nguồn phóng xạ phát thải từ nhà máy điện hạt nhân ninh thuận i và phân bố liều bức xạ trong điều kiện nhà máy hoạt động bình thường sử dụng bộ phần mềm nrcdose72

Do đó, việc đánh giá quá trình vận chuyển và phát tán của phóng xạ trong khí quyển và tính toán liều bức xạ đối với dân chúng là rất cần thiết, và là yêu cầu mang tính pháp quy đối với m

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN KỸ THUẬT HẠT NHÂN VÀ VẬT LÝ MÔI TRƯỜNG

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN KỸ THUẬT HẠT NHÂN VÀ VẬT LÝ MÔI TRƯỜNG

-*** -

MÃ VĂN QUANG

ĐÁNH GIÁ SỐ HẠNG NGUỒN PHÓNG XẠ PHÁT THẢI TỪ NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN NINH THUẬN I VÀ PHÂN BỐ LIỀU BỨC XẠ TRONG ĐIỀU KIỆN NHÀ MÁY HOẠT ĐỘNG BÌNH THƯỜNG SỬ DỤNG BỘ PHẦN MỀM NRCDOSE72

Chuyên ngành: Kỹ thuật hạt nhân

Mã số:

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Tuấn Khải

Hà Nội - 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan rằng, luận văn thạc sĩ khoa học “Đánh giá số hạng nguồn phóng

xạ phát thải từ nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận I và phân bố liều bức xạ trong điều kiện nhà máy hoạt động bình thường sử dụng bộ phần mềm NRCDOSE72” là

công trình nghiên cứu của riêng tôi

Những số liệu được sử dụng trong luận văn là trung thực được chỉ rõ nguồn trích dẫn Kết quả nghiên cứu này chưa được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào

từ trước đến nay

Tôi xin chịu mọi trách nhiệm về công trình nghiên cứu của riêng mình !

Mã Văn Quang

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Tuấn Khải – Cục trưởng Cục An toàn bức xạ và hạt nhân – Bộ KH&CN đã tận tình hướng dẫn, định hướng và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn này

Tôi cũng xin cảm ơn các cán bộ trong Trung tâm An toàn bức xạ và Trung tâm Quan trắc Phóng xạ và Đánh giá tác động Môi trường - Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện luận văn này

Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo trong Viện kỹ thuật hạt nhân và Vật

lý môi trường đã nhiệt tình giảng dạy và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập tại đây Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn cổ vũ, giúp đỡ tôi để hoàn thành luận văn thạc sỹ này

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 02 tháng 9 năm 2017

Học viên

Mã Văn Quang

MỤC LỤC

DANH MỤC VIẾT TẮT 7

DANH MỤC HÌNH 8

DANH MỤC BẢNG 9

MỞ ĐẦU 10

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA MÔ HÌNH PHÁT TÁN PHÓNG XẠ TRONG MÔI TRƯỜNG KHÍ 13

1.1 Phương trình cơ bản để tính nồng độ chất ô nhiễm trong khí quyển 13

1.2 Cơ sở lý thuyết của mô hình Gauss 14

1.2.1 Công thức cơ sở 14

1.2.2 Sự phát tán khí từ nguồn liên tục 18

1.2.3 Các điều kiện khí tượng 20

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ BỘ PHẦN MỀM NRCDOSE 72 22

2.1 Phần mềm XOQDOQ 22

2.1.1 Cấu trúc và chức năng của phần mềm XOQDOQ 22

2.2.2 Số liệu đầu vào (Data Input) đối với phần mềm XOQDOQ 24

2.2 Phần mềm GASPAR2 25

2.2.1 Cấu trúc và chức năng của phần mềm GASPAR 2 25

2.2.2 Số liệu đầu vào đối với phần mềm GASPAR2 29

2.3 Phần mềm GALE 30

2.3.1 Giới thiệu về GALE 30

2.3.2 Các tham số đầu vào của phần mềm GALE 33

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ ĐÁNH GIÁ SỐ HẠNG NGUỒN PHÁT THẢI PHÓNG XẠ TRONG HOẠT ĐỘNG CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN 34

3.1 Các nguồn phóng xạ trong nhà máy điện hạt nhân 34

3.2 Đặc trưng của lò phản ứng VVER-1000 đề xuất cho dự án ĐHN Ninh Thuận 1 36

3.3 Kết quả tính toán số hạng nguồn phát thải sử dụng phần mềm GALE 38

CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG INPUT CHO NRCDOSE 72 42

4.1 Số liệu khí tượng 42

4.2 Số liệu địa hình 49

4.3 Xây dựng bộ các số liệu phân bố dân cư 51

4.4 Số liệu về sản suất nông nghiệp và chăn nuôi 53

4.5 Kết quả tính toán phân bố liều đối với môi trường khí 55

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 64

DANH MỤC VIẾT TẮT

ANS American Nuclear Society Hiệp hội hạt nhân Hoa Kỳ

Systems

Hệ thống làm mát vùng hoạt khẩn cấp

IAEA International Atomic Energy

Ủy ban quốc tế về an toàn bức xạ

PWR Pressurized Water Reactor Lò phản ứng nước áp lực

RCS Reactor Cooling System Hệ thống tải nhiệt vùng hoạt

SAR Safety Assessment Report Báo cáo phân tích an toàn

UNSCEAR United Nation Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiations

Ủy ban khoa học Liên Hiệp Quốc về những ảnh hưởng của bức xạ nguyên tử

Regulatory Commission

Ủy ban pháp quy hạt nhân Hoa Kỳ

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Biểu đồ luồng khói bằng các khối phụt tức thời và liên tục 15

Hình 1.2: Độ khuếch tán theo phương nằm ngang phụ thuộc vào khoảng cách theo chiều gió từ một nguồn điểm đối với các loại ổn định khí quyển khác nhau 17

Hình 1.3: Độ khuếch tán theo phương thẳng đứng phụ thuộc vào khoảng cách theo chiều gió từ một nguồn điểm đối với các loại ổn định khí quyển khác nhau 18

Hình 1.4: Mô hình luồng khí Gauss đối với một nguồn điểm liên tục 19

Hình 2.1: Cấu trúc của phần mềm XOQDOQ 25

Hình 2.2: Cấu trúc của phần mềm GASPAR2 30

Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống bảo vệ theo chiều sâu 35

Hình 4.1: 16 hướng gió trong cơ sở số liệu của XOQDOQ 42

Hình 4.2: Kết quả thu được từ phần mềm vẽ hoa gió WRPLOT View 43

Hình 4.3: Phân bố hoa gió dựa trên số liệu đo của trạm Phan Rang 44

Hình 4.4: Góc cao độ mặt trời 47

Hình 4.5: Góc lệch δ đối với các thời điểm trong năm 47

Hình 4.6: Bản đồ địa hình với bán kính 50 dặm (80 km) 50

Hình 4.7 Dữ liệu khí tượng trực tuyến NOAA 55

Hình 4.8 Kết quả X/Q trung bình hàng năm xung quanh nhà máy điện hạt nhân theo 10 khu vực 55

Hình 4.9: Phân bố các giá trị X/Q trong bán kinh 80 km từ nhà máy 57

Hình 4.10: Kết quả (D/Q) giá trị nồng độ rơi lắng tương đối xung quanh NMĐHN với 22 khoảng cách trong vòng 50 dặm xung quanh NMĐHN theo 16 hướng 57

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Các hệ số a, b,c, d trong công thức (1-11) 16

Bảng 2.1: Tốc độ hít thở của các nhóm tuổi (m3/năm) 28

Bảng 3.1: Các đặc trưng lò phản ứng AES 92 [6] 36

Bảng 3.2: Các tham số đầu vào của phần mềm GALE 38

Bảng 3.3: Kết quả tính toán số hạng nguồn đối với công nghệ VVER-1000 39

Bảng 4.1: Phân chia tốc độ gió [9] 42

Bảng 4.2: Phương pháp Turner xác định giá trị PG 45

Bảng 4.3: Phân loại chỉ số bức xạ theo góc cao độ mặt trời 45

Bảng 4.4: Các bước xác định chỉ số bức xạ ròng 46

Bảng 4.5: Kết quả đo và xử lý số liệu khí tượng tại trạm quan trắc Phan Rang trong thời gian 5 năm (2009-2013) 48

Bảng 4.6: Ví dụ về số liệu địa hình trong vùng bán kính 1 dặm xung quanh vị trí xây dựng NMĐHN Ninh Thuận 1 51

Bảng 4.7: Số liệu dân số cấp huyện trong phạm vi 80km từ NMĐHN Ninh Thuận 1 52 Bảng 4.8: Phân bố dân số theo khu vực (người) 52

Bảng 4.9: Phân bố sản lượng nông nghiệp theo khu vực (kg/năm) 53

Bảng 4.10: Phân bố sản lượng thịt theo khu vực (kg/năm) 54

Bảng 4.11: Kết quả liều dân chúng tổng cộng hàng năm trong bán kính 80 km 58

Bảng 4.12: Liều dân số tổng cộng hàng năm gây bởi các hạt nhân phát thải 59

Bảng 4.13: Liều hiệu dụng tổng cộng hàng năm đối với các cá nhân trong 60

4 nhóm tuổi: Người lớn, thiếu niên, trẻ em và trẻ sơ sinh 60

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Các nguồn năng lượng hóa thạch dễ sử dụng nhất như: dầu mỏ, than đá, khí đốt… ngày càng cạn kiệt Trong khi các nguồn năng lượng tái tạo như: năng lượng mặt trời, gió, nước… chưa được phát triển mạnh do hiệu quả chưa cao, cách thức sử dụng còn khá phức tạp và chi phí đắt đỏ thì năng lượng hạt nhân được biết đến là nguồn năng lượng sạch giải quyết được các vấn đề mà các nguồn năng lượng khác chưa đáp ứng được Năng lượng hạt nhân là chìa khóa quan trọng nhằm góp phần duy trì và thúc đẩy

sự phát triển kinh tế - xã hội bền vững tại mỗi quốc gia

Năm 2009, Quốc hội nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam đã thông qua chủ trương đầu tư Dự án điện hạt nhân Ninh Thuận với bốn tổ máy tại hai nhà máy điện hạt nhân ở hai địa điểm khác nhau Dự kiến, khi đi vào vận hành điện hạt nhân sẽ chiếm 20% tổng sản lượng điện của Việt Nam, một con số không nhỏ Tuy nhiên, cuối năm

2016 do vấn đề điều kiện kinh tế và nguồn nhân lực chưa đáp ứng đủ điều kiện xây dựng

và vận hành nhà máy điện hạt nhân nên Quốc hội đồng ý dừng Dự án điện hạt nhân Ninh Thuận Để tái khởi động lại dự án này, việc chuẩn bị các điều kiện đảm bảo an toàn cho nhà máy điện hạt nhân rất quan trọng và cần được xem xét đánh giá thấu đáo

Khi đi vào hoạt động, NMĐHN sẽ phát thải các khí hiếm và nhân phóng xạ vào khí quyển Chất thải phóng xạ trong khí quyển trải qua các quá trình phát tán trong không khí và lắng đọng trên mặt đất sẽ gây ảnh hưởng đến môi trường và con người Do

đó, việc đánh giá quá trình vận chuyển và phát tán của phóng xạ trong khí quyển và tính toán liều bức xạ đối với dân chúng là rất cần thiết, và là yêu cầu mang tính pháp quy đối với một dự án điện hạt nhân Đây là xuất xứ để luận văn đưa ra đề xuất đánh giá số hạng nguồn và tính toán phân bố liều bức xạ trong điều kiện hoạt động bình thường của nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận I sử dụng bộ phần mềm NRCDose 72 do Cơ quan pháp quy hạt nhân Hoa Kỳ cung cấp, có bản quyền để tính toán

- Nghiên cứu, đánh giá các thông số đầu vào cho các phần mềm trong bộ phần mềm NRC Dose 72;

- Phân tích, xử lý các thông số về khí tượng: tốc độ gió, hướng gió, độ ổn định của khí quyển và các yếu tố về địa hình…vv làm đầu vào cho phần mềm XOQDOQ, GASPAR2

- Phân tích, đánh giá số liệu đầu ra để so sánh với giá trị liều do cơ quan pháp quy quy định cho dân chúng trong trường hợp nhà máy điện hạt nhân vận hành bình thường

3 Đối tượng nghiên cứu

Công nghệ nhà máy điện hạt nhân VVER-1000 và bộ phần mềm tính toán phát tán phóng xạ trong không khí NRC Dose 72

4 Giới hạn phạm vi nghiên cứu

Luận văn nghiên cứu tập trung trong phạm vi đối với lò phản ứng nước áp lực (VVER), trong đó các vấn đề liên quan chủ yếu đến sự phát tán các đồng vị phóng xạ ra ngoài khí quyển trong điều kiện vận hành bình thường của nhà máy điện hạt nhân

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

Sử dụng bố phần mềm NRC Dose 72 đánh giá giá trị liều mà dân chúng nhận được

từ quá trình vận hành bình thường của nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận I với giá trị liều quy định bởi Cơ quan pháp quy hạt nhân Việt Nam Từ sự so sánh đánh giá để đưa

ra những khuyến cáo và những kết luận về tính an toàn bức xạ của công nghệ lò phản ứng VVER–1000 đối với dự án điện hạt nhân Ninh Thuận 1

6 Phương pháp nghiên cứu

• Phương pháp hồi cứu tài liệu: Nhằm thu thập tài liệu làm cơ sở lý luận cho nội dung nghiên cứu Tài liệu thu thập gồm có:

- Các tài liệu về sự phát triển của lĩnh vực điện hạt nhân trên thế giới, cũng như sự cải tiến của các thế hệ lò phản ứng hạt nhân;

- Các quy định và tiêu chuẩn của Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA),

Ủy ban pháp quy Hoa Kỳ (US.NRC), Cơ quan pháp quy Liên Bang Nga về việc đảm bảo vận hành nhà máy điện hạt nhân;

- Các tài liệu về công nghệ lò phản ứng hạt nhân VVER của Liên Bang Nga bao gồm VVER-1000, trong đó có đặc trưng thiết kế của nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận I;

- Các tài liệu về tính toán phát toán phóng xạ trong môi trường không khí trong điều kiện nhà máy điện hạt nhân vận hành bình thường;

- Các tài liệu về phương pháp tính toán của bộ phần mềm NRC Dose 72

• Phương pháp tính toán: Sử dụng chương trình tính toán NRC Dose 72 để tính toán giá trị liều dân chúng nhận được trong điều kiện vận hành bình thường của nhà máy điện hạt nhân Phân tích, đánh giá kết quả thu được và so sánh với quy định của cơ quan pháp quy Việt Nam

7 Cấu trúc luận văn

Luận văn gồm các phần sau:

- Phần mở đầu: Giới thiệu khái quát về đề tài, mục đích nghiên cứu, nhiệm vụ

nghiên cứu,…

- Phần kết quả nghiên cứu: Gồm 4 chương

 Chương 1: Nghiên cứu cơ sở khoa học của mô hình phát tán phóng xạ trong môi trường khí

 Chương 2: Tổng quan về gói phần mềm NRC Dose72

 Chương 3: Nghiên cứucơ sở đánh giá số hạng nguồn phát thải phóng xạ trong hoạt động của nhà máy điện hạt nhân

 Chương 4: Xây dựng input cho phần mềm NCR Dose 72

- Tài liệu tham khảo

- Phụ lục

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA MÔ HÌNH PHÁT TÁN

PHÓNG XẠ TRONG MÔI TRƯỜNG KHÍ

Khi mô tả quá trình khuếch tán chất ô nhiễm trong không khí bằng mô hình toán học thì mức độ ô nhiễm không khí thường được đặc trưng bằng trị số nồng độ chất ô nhiễm phân bố trong không gian và biến đổi theo thời gian Trong trường hợp tổng quát, trị số trung bình của nồng độ ô nhiễm trong không khí phân bố theo thời gian và không gian được mô tả từ phương trình chuyển tải vật chất và biến đổi hoá học đầy đủ như sau [10]:

• kx, ky, kz : Các thành phần của hệ số khuếch tán rối theo các trục Ox, Oy, Oz

• x, y, z : Các thành phần toạ độ theo trục Ox, Oy, Oz

• u,v,w : Các thành phần vận tốc gió theo trục Ox, Oy, Oz

o Nếu hướng gió trùng với trục Ox thì thành phần tốc độ gió chiếu lên trục

Oy sẽ bằng 0, có nghĩa là v = 0

o Tốc độ gió thẳng đứng thường nhỏ hơn rất nhiều so với tốc độ gió nên có thể bỏ qua, có nghĩa là w = 0 Trong nhiều trường hợp, nếu xét bụi nhẹ thì Wc = 0 (trong trường hợp bụi nặng thì lúc đó ta sẽ cho Wc0)

o Nếu bỏ qua hiện tượng chuyển pha (biến đổi hoá học) của chất ô nhiễm cũng như không xét đến chất ô nhiễm được bổ sung trong quá trình khuếch tán thì

với điều kiện biên x  thì C0(Nồng độ ô nhiễm tại một điểm càng giảm khi điểm càng tiến xa khỏi chân nguồn thải) Giải phương trình trên ta thu được kết quả sau:

Đối với bài toán hai chiều ta có phương trình:

C(x, y, t) = Q

4(πt)(k x k y )1/2e−

1 4t [x2

kx +

y2

ky ] (1-3) Đối với bài toán 3 chiều ta có:

C(x, y, z, t) = Q

8(πt) 3/2 (kx ky 𝑘𝑧) 1/2e−

1 4t [x2

1.2 Cơ sở lý thuyết của mô hình Gauss

1.2.1 Công thức cơ sở

Lượng chất ô nhiễm trong luồng khói có thể được xem như tổng hợp của vô số khói phụt tức thời, những khói phụt đó được gió mang đi và dần dần nở rộng khí ra xa ống khói giống như một ổ bánh mì được cắt ra thành nhiều lát mỏng và xếp chồng kề mép lên nhau (Hình 1.1)

Lượng chất ô nhiễm trong từng lát mỏng trong luồng khói có thể được xem như nhau, tức là bỏ qua sự trao đổi chất từ lát này sang lát nọ kề bên nhau trên trục x Từ cách lập luận đó, bài toán lan truyền chất ô nhiễm ở đây là bài toán hai chiều và do đó

ta chọn công thức (1-3) để áp dụng cho trường hợp này:

Hình 1.1: Biểu đồ luồng khói bằng các khối phụt tức thời và liên tục

Nếu ta thiết lập sự cân bằng vật chất trong từng “lát” khói có bề dày 1m theo chiều x và các chiều y, z là vô cực khi các lát khói chuyển động cùng với vận tốc gió u thì thời gian để từng lát đi qua khỏi ống khói là 1m/u và do đó lượng chất ô nhiễm chứa trong “lát” khói sẽ là Q = Mx1

u Ngoài ra, cần lưu ý rằng bài toán hai chiều ở đây là chiều y và z thay vì cho chiều x và y trong công thức (1-3)

Khi đó công thức (1-3) sẽ trở thành :

4πut(k y k z )1/2e−

1 4t [y2

ky +

z2

kz ] (1-5) Đặt :

Do phát thải từ một nguồn liên tục nên lượng phát thải chất ô nhiễm M(g/s) là không đổi theo thời gian

Thay (1-6), (1-7), (1-8) vào (1-5) ta được:

4πu𝜎𝑦𝜎𝑧e−[

y2 𝜎𝑦2 +

z2 𝜎𝑧2 ] = M

4πu𝜎𝑦𝜎𝑧𝑒−(

𝑦2 2𝜎𝑦2)

𝑒−(

𝑧2 2𝜎𝑧2)

Đây là công thức cơ sở của mô hình lan truyền chất ô nhiễm theo luật phân phối chuẩn Gauss hay còn gọi là “Mô hình Gauss” cơ sở

Từ biểu thức (1-6) và (1-7) ta có:

σy = (2kyx

u )12 và σz = (2kzx

u )12 (1-10) Như vậy y vàz phụ thuộc vào khoảng cách x, độ rối của khí quyển và vận tốc gió Pasquill và Gifford đã thực nghiệm và thiết lập được mối quan hệ của các hệ số

y

 , z phụ thuộc vào khoảng cách x xuôi theo chiều gió ứng với các mức độ ổn định của khí quyển khác nhau A, B, C, D, E, F và G Mối quan hệ trên đuợc cho dưới dạng biểu đồ Tuy nhiên để thuận tiện khi tính toán và lập trình D.O.Martin đã đưa ra công thức tính y, z như sau:

và σz = bxc+ b (1-11) Trong đó x – là khoảng cách xuôi theo chiều gió kể từ nguồn, tính bằng km Các hệ số

a, b, c, d cho ở Bảng 1.1 [13] Các giá trị σy, σz được thể hiện trên Hình 1.2 và Hình 1.3

c

x<100 0.936 0.922 0.905 0.881 0.871 0.814 0.814 100<x<1000 1.941 1.149 0.911 0.725 0.678 0.74 0.74 x>1000 2.094 1.098 0.911 0.516 0.305 0.18 0.18

d

100<x<1000 9.27 3.3 0.0 -1.7 -1.3 -0.35 -0.21

Với các cấp độ ổn định khí quyển:

A : Không ổn định nhất B : Không ổn định trung bình C : Không ổn định loại yếu

G: Độ ổn định cao

Hình 1.2: Độ khuếch tán theo phương nằm ngang phụ thuộc vào khoảng cách theo

chiều gió từ một nguồn điểm đối với các loại ổn định khí quyển khác nhau

Hình 1.3: Độ khuếch tán theo phương thẳng đứng phụ thuộc vào khoảng cách theo

chiều gió từ một nguồn điểm đối với các loại ổn định khí quyển khác nhau

1.2.2 Sự phát tán khí từ nguồn liên tục

Mặc dù ta thường nói về sự khuếch tán khí quyển, song trên thực tế sự phát tán khí trong khí quyển liên hệ rất ít với sự khuếch tán khí Các hiệu ứng dòng xoáy thường lớn đến mức sự khuếch tán phân tử không đóng vai trò gì Vì vậy việc đánh giá sự phát tán trong khí quyển dựa vào các mô hình toán học về trạng thái khí tượng của khí quyển hơn là lý thuyết khuếch tán cổ điển Một trong các mô hình thường sử dụng để đánh giá nồng độ dòng khí ở mức mặt đất từ một nguồn điểm, chẳng hạn từ lối ra của ống xả, là

mô hình quỹ đạo tuyến tính, hay là mô hình luồng khí Gauss [13] Mô hình Gauss đối với một nguồn điểm liên tục được thể hiện trên Hình 1.4

Hình 1.4: Mô hình luồng khí Gauss đối với một nguồn điểm liên tục

Theo mô hình này, chất thải được giả thuyết là phân bố chuẩn xung quanh trục tâm của luồng khí và cũng giả thuyết rằng sự ổn định khí quyển và tốc độ gió xác định các tính chất phát tán của chất thải theo chiều gió Mô hình này được miêu tả bởi phương trình Pasquill - Gifford Khi chuyển về hệ trục x, y, z mà gốc O trùng với chân ống khói trên mặt đất thì y không thay đổi nhưng z phải được thay thế bằng z - H hoặc H – z

C = 2πu𝜎M

𝑦 𝜎𝑧𝑒−

𝑦2 2𝜎𝑦2 𝑒−

(z −H)2 2𝜎𝑧2

(1-12) Ngoài ra tuỳ thuộc theo độ xa x khi luồng khói nở rộng và chạm mặt đất thì mặt đất cản trở không cho luồng tiếp tục phát triển, ngược lại chiều hướng khuếch tán sẽ bị mặt đất phản xạ ngược trở lên như thể có một nguồn ảo hoàn toàn đối xứng qua mặt đất

và mặt đất được xem như tấm gương phản chiếu Để kể đến ảnh hưởng của mặt đất phản

xạ khuếch tán, nồng độ tại các điểm bất kỳ A, B được giả thiết như do hai nguồn giống hệt nhau gây ra, trong đó có một nguồn thực và một nguồn ảo hoàn toàn đối xứng với nhau qua mặt đất Nồng độ tại điểm xem xét (A hoặc B) do nguồn thực gây ra được tính bằng công thức (1-12), còn do nguồn ảo gây ra được tính bằng biểu thức:

C = M2πuσyσze−

y2 2σy2 e−

(z + H)2 2σz2 (1-13) Nồng độ tổng cộng tính từ (1-12), (1-13) sẽ là:

C= M

2πuσyσze−

y2 2σy2 {e−

(z−H)2 2σz2 + e−

(z+H)2 2σz2 } (1-14)

Đây chính là công thức tính toán khuếch tán chất ô nhiễm từ nguồn điểm cao liên

tục Khi tính toán nồng độ ô nhiễm trên mặt đất thì z = 0 và công thức (1-14) trở thành:

C= M

πuσyσze−

y2 2σy2 e−

(H)2

1.2.3 Các điều kiện khí tượng

Khi chất thải được xả ra từ ống khói người ta coi rằng chúng được dịch chuyển

theo chiều gió và đồng thời cũng khuếch tán theo phương ngang và phương thẳng đứng

Hai hậu quả chính của sự phán tán trong khí quyển này là chất bẩn pha loãng và chúng

rơi trở lại vào vùng khí thở ở mặt đất Điều quan tâm khi đánh giá mức độ an toàn khí

thải vào khí quyển là quan hệ giữa tốc độ thải và nồng độ phóng xạ ở mức mặt đất (chất

rơi lắng) Sự phân bố hoạt độ phóng xạ ở mức mặt đất phụ thuộc vào nhiều nhân tố, bao

gồm sự ổn định của khí quyển, tốc độ gió, loại địa hình, tính chất của lớp biên không

khí (lớp không khí trên mặt đất khoảng trăm mét) và độ cao của ống khói Khó tiên đoán

chính xác bản đồ phân bố ở mức mặt đất mặc dù có thể đánh giá bằng cách tính với một

hệ các phương trình khuếch tán khí quyển [2]

Sự ổn định của khí quyển phụ thuộc vào chênh lệch nhiệt độ của không khí Một

mẫu không khí sẽ giản nở ra do áp suất khí quyển giảm Nếu mẫu không khí này không

thu hay tỏa nhiệt thì sự giản nở là đoạn nhiệt và nhiệt độ của mẫu không khí sẽ sụt xuống

Đối với không khí khô, sự làm lạnh đoạn nhiệt này gây nên sự giảm nhiệt độ 1oC qua

100m lên cao Đối với không khí có độ ẩm trung bình, tốc độ giảm là 0.65oC trên 100m

Nếu chênh lệch nhiệt độ của khí quyển nhỏ hơn chênh lệch do đoạn nhiệt nhưng vẫn

còn giá trị âm thì ta có tốc độ giảm ổn định Trong trường hợp này mẫu không khí lạnh

nhanh hơn môi trường khí quyển xung quanh, do đó nó đạm đặc hơn không khí xung

quanh và có xu hướng chìm xuống Mẫu không khí chìm xuống ấm hơn không khí xung

quanh và loãng hơn do đó có xu hướng bay lên Vì vậy tốc độ giảm ổn định có xu hướng

hạn chế kích thước của luồng khí theo phương thẳng đứng và vì vậy giảm hiệu ứng pha

loãng của khí quyển Nếu tốc độ giảm là dương có nghĩa là nhiệt độ không khí tăng khi tăng độ cao, thì đều kiện siêu ổn định được gọi là sự nghịch nhiệt (bởi vì biến thiên nhiệt

độ bị đảo lộn) Dòng khí thải từ ống xả trở thành đậm đặc hơn môi trường xung quanh khi nó bị lạnh đoạn nhiệt và chìm xuống Hiệu ứng tổng thể của sự nghịch nhiệt là bẫy luồng khí từ ống xả và không cho nó bay lên cao

Tốc độ giảm siêu đoạn nhiệt, với nó tốc độ giảm nhiệt độ khi tăng độ cao lớn hơn 1/100 m, tạo nên điều kiện không khí ổn định giúp làm tăng sự phát tán theo chiều cao của dòng khí thải từ ống xả Với các điều kiện tốc độ giảm không ổn định đó, một mẫu khí đang bay lên sẽ không bị lạnh đủ nhanh do sự giản nở đoạn nhiệt của nó và vì vậy

nó vẫn còn ấm hơn và ít đậm đặc hơn môi trường khí xung quanh và tiếp tục bay lên Cũng với lý do đó, một mẫu khí đang rơi xuống sẽ tiếp tục rơi xuống

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ BỘ PHẦN MỀM NRCDOSE 72

NRCDose72 là gói phần mềm được phát triển bởi Cơ quan Pháp quy hạt nhân Hoa Kỳ với mục đích đánh giá an toàn bức xạ đối với dân chúng trong cấp phép cho việc cải tạo, mở rộng và xây dựng mới NMĐHN trong điều kiện vận hành NMĐHN bình thường NRCDose72 bao gồm 4 phần mềm XOQDOQ, GASPAR2, LADTAP2 và GALE [7]

2.1 Phần mềm XOQDOQ

2.1.1 Cấu trúc và chức năng của phần mềm XOQDOQ

Phần mềm XOQDOQ được sử dụng bởi Cơ quan pháp quy hạt nhân Hoa Kỳ để thẩm định đánh giá tác động của khí tượng tới việc phát thải các nhân phóng xạ thường xuyên hoặc trong kế hoạch tại các nhà máy điện hạt nhân Chương trình không nhằm mục đích đánh giá tác động của khí tượng tới hậu quả của việc rò rỉ chất phóng xạ trong trường hợp sự cố Chương trình thực hiện trong kiểu bó các thông số đầu vào có các lựa chọn khác nhau cho người sử dụng

Nồng độ tương đối X/Q và mật độ rơi lắng tương đối D/Q được tính cho 22 khoảng cách riêng cách địa điểm nhà máy tới 80 km Từ các giá trị này X/Q và D/Q cho

10 đoạn khoảng cách được tính Cả hai giá trị X/Q và D/Q được tính cho những điểm quan tâm được nhập vào bởi người sử dụng Chương trình tính dựa trên mô hình luồng khí Gauss với quỹ đạo thẳng Người sử dụng có thể lựa chọn để tính đến hiệu ứng nồng

độ trong luồng khí bị suy giảm do rơi lắng khô và phân rã phóng xạ Nồng độ ở bề mặt đất có thể được biến đổi để tính đến hiệu ứng tuần hoàn hay tù đọng Chương trình tính chiều cao luồng khí hiệu dụng dựa trên chiều cao phát thải vật lý, độ nâng của luồng khí

và độ cao địa hình Chương trình dựa trên lý thuyết cho rằng chất phóng xạ phát thải vào khí quyển sẽ phân bố theo hình Gauss xung quanh đường trục của luồng khí Để tiên đoán nồng độ trong khoảng thời gian dài hơn, phân bố Gauss được coi là phân bố đều bên trong hình quạt của hướng gió Quỹ đạo được xem là đường thẳng giữa điểm phát thải và điểm tiếp nhận Để đánh giá phát thải thường xuyên từ nhà máy điện hạt nhân, chủ yếu chương trình được thiết kế để tính nồng độ tương đối trung bình năm X/Q

và mật độ rơi lắng tương đối D/Q trung bình năm tại các vị trí ấn định bởi người sử dụng

và ở các khoảng cách theo bán kính chuẩn khác nhau Chương trình có các lựa chọn sau[12]:

1 Kiểu phát thải có thể là:

4 Tốc độ gió đo được ở một độ cao có thể được ngoại suy tới các độ cao khác

để đánh giá điểm phát thải

5 Các tham số của luồng khí thải (σy, σz) có thể được mô tả bằng

a Các đường cong Pasquill – Gifford

b Các đường cong Markee đối với các địa điểm thích hợp

6 Đối với thải có độ cao, địa hình có thể được nhập vào để tính chiều cao luồng khí hiệu dụng

7 Luồng khí có thể chịu phân rã phóng xạ theo các chu kỳ bán hủy khác nhau

8 Luồng khí có thể được suy giảm do rơi lắng khô

9 X/Q và D/Q có thể được biến đổi bởi các giá trị chuẩn hoặc các giá trị được nhập vào để tính đến hiệu ứng tuần hoàn và tù đọng khí

10 Các số liệu tần số liên hợp có thể được nhập vào như là tần số xảy ra bằng phần trăm hoặc bằng tần số xảy ra tổng cộng Các số liệu khí tượng được nhập vào chương trình như một bảng tần số liên hợp mà nó là bảng của phần xảy

ra một tổ hợp nhất định của lớp tốc độ gió, hướng gió và độ ổn định của khí quyển Hướng gió được phân thành 16 hướng theo chiều kim đồng hồ từ hướng N đến hướng NNW Tốc độ gió được nhóm thành các lớp Chương trình cho phép xử lý tới 14 lớp tốc độ gió Độ ổn định của khí quyển được nhóm thành 7 nhóm từ A-G

11 X/Q và D/Q có thể được tính cho các khoảng cách được xác định trước tại các điểm quan tâm cụ thể

Theo đó giá trị nồng độ tương đối X/Q và mật độ rơi lắng tương đối D/Q được xác định bởi công thức sau:

- Nồng độ tương đối X/Q:

x = Khoảng cách theo hướng gió (mét), i = Lớp tốc độ gió thứ i, j = độ ổn định

khí quyển thứ j, k = hướng gió thứ k

zj = Hệ số khuếch tán của độ ổn định j ở khoảng cách x

RF(x,K) = Hệ số hiệu chỉnh cho sự tuần hoàn và ứ đọng ở khoảng cách xuôi gió

x và hướng gió thứ k

he = Độ cao hiệu dụng của đám mây, Ui = Giá trị trung bình của lớp tốc độ gió

thứ i

fij = Xác suất xảy ra đồng thời lớp tốc độ gió thứ i, độ ổn định thứ j, hướng gió k

DECi (x) = Hệ số giảm do sự suy giảm ở khoảng cách x trong lớp tốc độ gió thứ

(2π/16)x (2-2)

Trong đó:

D/Q (x, K) = Rơi lắng tương đối trung bình trên một đơn vị diện tích ở khoảng

cách xuôi gió x và hướng gió K (m-2)

Dij = Tốc độ rơi lắng tương đối cho lớp tốc độ gió thứ i và độ ổn định thứ j,

fij (K) = Xác suất xảy ra đồng thời của lớp tốc độ gió thứ i, lớp ổn định thứ j, và

hướng gió thứ K

RF(x,K) = Hệ số hiệu chỉnh cho sự tuần hoàn và ứ đọng không khí ở khoảng cách

x và hướng gió thứ K

2.2.2 Số liệu đầu vào (Data Input) đối với phần mềm XOQDOQ

Như đã trình bày ở trên, cơ sở số liệu đầu vào của XOQDOQ bao gồm:

- Số liệu khí tượng: Tần số liên hợp của tốc độ gió, hướng gió và độ ổn định của

khí quyển;

- Số liệu địa hình: Bao gồm các số liệu về địa hình (đồi núi, thung lũng, các toà nhà cao…) ở các khoảng cách khác nhau (tối đa 80 km) xung quanh nhà máy điện hạt nhân

Hình 2.1: Cấu trúc của phần mềm XOQDOQ

Hai kết quả tính toán của phần mềm XOQDOQ là các giá trị X/Q và D/Q sẽ được

sử dụng như số liệu đầu vào của GASPAR2 trong đánh giá an toàn bức xạ và liều dân chúng

2.2 Phần mềm GASPAR2

2.2.1 Cấu trúc và chức năng của phần mềm GASPAR 2

GASPAR2 là phần mềm trong gói NRCDose72, được Cơ quan pháp quy hạt nhân Hoa Kỳ (USNRC) sử dụng trong đánh giá liều bức xạ đối với các cá nhân và các nhóm dân cư bị nhiễm xạ theo các con đường hít thở, ăn uống và chiếu xạ bên ngoài do việc thải các nhân phóng xạ vào môi trường không khí từ MNĐHN trong điều kiện hoạt động bình thường Các mô hình chiếu xạ tới con người được thực hiện trong GASPAR2 bao gồm [8]:

- Chiếu xạ ngoài từ các đám mây bị nhiễm xạ: Hai giá trị liều được tính toán đối với

chiếu xạ ngoài từ các đám mây bị nhiễm xạ: Liều chiếu xạ từ không khí (do bức xạ bêta

và gamma) và liều chiếu xạ đối với các mô, cơ quan Các giá trị này được mô tả như sau:

Liều chiếu xạ từ không khí Các giá trị liều không khí beta và gamma được tính toán

đối với đám mây phóng xạ đồng nhất bán vô hạn bằng cách sử dụng các phương trình sau:

Dαγ,β = ∑ Ci ai Dαiγ,β (2-3) Trong đó:

Dαγ,β: suất liều không khí gamma, beta tại vị trí chiếu xạ (mrad/năm)

Cai: nồng độ không khí của nhân phóng xạ i tại vị trí chiếu xạ (pCi/m3)

Dαiγ,β: tham số suất liều gamma, beta đối với nhân phóng xạ i (mrad-m3/pCi-năm)

Liều chiếu xạ đối với mô, cơ quan: Liều toàn thân từ các đám mây phóng xạ do các

khí trơ được xác định bởi phương trình:

DαT = ∑ Ci ai DαiT (2-4) Trong đó:

DTa: suất liều toàn thân trong một đám mây bán vô hạn tại vị trí chiếu xạ

(mrem/năm)

DT

ai: tham suất liều toàn than đối với nhân phóng xạ i (mrem-m3/pCi-năm)

Liều ngoài da từ các đám mây phóng xạ do khí trơ được tính toán như sau:

DαS = ∑ Ci ai DαiS (2-5) Trong đó:

DSa: suất liều ngoài da trong một đám mây bán vô hạn tại vị trí chiếu xạ

(mrem-m3/pCi-năm)

DS

ai: tham số suất liều ngoài da đối với nhân phóng xạ i (mrem-m3/pCi-năm)

Tham số biến đổi liều ngoài da là tổng của các tham số liều đối với những phân bố

gamma và beta:

DaiS = 1.11 Daiγ SF + DβiS (2-6) Trong đó:

1.11 là tham số hiệu chỉnh đối với mô so với sự hấp thụ không khí (mrem/mrad)

Dai: tham số suất liều gamma đối với nhân phóng xạ i trong không khí

(mrad-m3/pCi-năm)

SF là tham số suy giảm mà tính toán cho sự suy giảm liều từ việc che chắn được

cung cấp bởi cấu trúc khu dân cư

DSβi: tham số suất liều beta đối với mô da cho nhân phóng xạ i (mrem-m3

/pCi-năm) Hệ số che chắn (SF) đối với cấu trúc nhà ở, 0.7 đối với cá nhân và 0.5 đối với dân

chúng nói chung

- Chiếu xạ ngoài từ các nhân phóng xạ thải ra rơi lắng xuống mặt đất:

Các nhân phóng xạ bị rơi lắng trên mặt đất từ không khí tạo ra một nguồn chiếu ngoài đồng nhất đối với các cá nhân và dân chúng Liều toàn thân do chiếu xạ từ các nhân phóng xạ bị rơi lắng được tính theo công thức sau:

Dg T = 3.17 x 10-8 SF ∑ CSi[1−exp(−i t)]

i (2-7) Trong đó:

DT

g: liều chiếu ngoài từ sự chiếu xạ của các nhân phóng xạ bị rơi lắng xuống mặt đất tại vị trí chiếu xạ (mrem/năm)

3.17x10-8 đơn vị hệ số chuyển đổi (năm/giây)

i: hằng số phân rã phóng xạ của nhân phóng xạ i (1/giây)

i: tổng thời gian tích lũy trong đất, được thực hiện tại điểm giữa trong toàn bộ thời gian vận hành của cơ sở này (giây)

DT

gi: tham số suất liều đối với nhân phóng xạ i bị rơi lắng xuống đất

(mrem-m2/pCi-năm ở độ cao 1m so với bề mặt đất)

Những đánh giá liều chiếu ngoài chỉ được thực hiện đối với toàn cơ thể Những

cơ quan bên trong khác được giả sử sẽ nhận cùng một giá trị liều giống như toàn cơ thể Phương trình để tính toán liều ngoài da do chiếu xạ của các nhân phóng xạ bị rơi lắng tương tự như phương trình (2-7), với sự thay thế tham số suất liều da được thay thế cho tham số suất liều toàn cơ thể

- Chiếu xạ trong do việc hít thở phải các nhân phóng xạ thải vào không khí

Phương pháp tính toán liều do hít phải khí phóng xạ được sử dụng trong GASPAR II dựa trên mô hình được xác định bởi Uỷ ban quốc tế về an toàn bức xạ (ICRP), mô hình sẽ mô tả đặc trưng của vật chất được hít vào trong phổi, vận chuyển tới các bộ phận trong cơ thể từ phổi và tính toán các liều chiếu trong Tuy nhiên, liều do hít thở các khí trơ sẽ được tính toán khác Chúng không kết lắng trong phổi và được hấp thụ kém trong máu Vì vậy, các khí trơ được hít thở vào trong phổi thì chỉ chiếu xạ ở phổi Như vậy, chiếu xạ trong được tính toán cho khí trơ và các khí phóng xạ khác Các giá trị liều do việc hít phải khí trơ và hít phải các nhân phóng xạ khác được mô tả cụ thể như sau:

Liều chiếu xạ do hít phải các khí trơ

Liều bức xạ tới phổi do hít phải các khí trơ được tính toán theo phương trình sau:

L

Trong đó:

DL

a: suất liều hít thở khí trơ tới phổi tại vị trí chiếu xạ (mrem/năm)

B: tốc độ hít thở không khí của các đối tượng khác nhau (m3/năm)

DL

ai: tham số suất liều hít thở phổi đối với nhân phóng xạ I (mrem/pCi được hít vào)

Liều chiếu xạ do hít phải các nhân phóng xạ khác

Các liều hít thở từ các nhân phóng xạ khác ngoài các khí trơ được tính cho liều toàn thân và đối với một vài cơ quan bên trong cơ thể bởi phương trình (2-8), mà giống hệt như phương trình (2-8) ngoại trừ sự thay thế một tham số liều cơ quan hoặc nhân cụ thể bởi tham số liều phổi hít phải khí trơ

DajL = ∑ Bi Cai DajiI (2-9) Trong đó:

DIaj: liều hít thở đối với cơ quan j từ nhân phóng xạ I tại vị trí chiếu xạ (mrem/năm)

DI

aji: tham số suất liều hít thở đối với cơ quan j và nhân phóng xạ I (mrem/pCi được hít vào) Các giá trị mặc định đối với tốc độ hít thở của các nhóm tuổi khác nhau được thể hiện trong Bảng 2.1

Bảng 2.1: Tốc độ hít thở của các nhóm tuổi (m3/năm)

Raipj: liều tới một cơ quan j của một cá nhân của nhóm tuổi a, từ nhân phóng xạ i thông qua con đường chiếu xạ p (mrem/năm)

Cip: nồng độ của hạt nhân i trong môi trường của con đường chiếu xạ p (pCi/L hoặc pCi/kg)

Uap: thông số sử dụng đường chiếu xạ mô tả lượng thâm nhập vào cơ thể gắn với con đường tiêu hóa p cho nhóm tuổi a (L/năm hoặc kg/năm )

Daipj: tham số chuyển đổi liều riêng đối với nhóm tuổi a, nhân phóng xạ i, đường chiếu xạ p, và cơ quan j ( đối với các con đường tiêu hóa, tham số liều biến đổi từ pCi thành mrem)

GASPAR II quan tâm tới 4 sản phẩm lương thực cụ thể: rau, lá rau, sữa và thịt Các loại thực vật có thể bị nhiễm xạ bởi sự rơi lắng trực tiếp vào bề mặt cây trồng và bởi sự hấp thụ các chất ô nhiễm từ đất thông qua rễ lên các bộ phận có thể ăn được của cây Các sản phẩm động vật bị nhiễm xạ khi các động vật đó tổng hợp thức ăn bị nhiễm

xạ Liều cá nhân được tính cho mỗi con đường chiếu xạ và đối với 4 nhóm tuổi: trẻ sơ sinh, trẻ em (dưới 7 tuổi), vị thành niên (7 tới 13 tuổi) và người lớn Những đánh giá liều cá nhân được thực hiện tại những vị trí cụ thể được xác định bởi người sử dụng phần mềm

Các mô hình và các thông số được dùng trong tính toán liều cá nhân có hơi khác

so với các giá trị thông số trong tính toán liều dân chúng Những tính toán liều cá nhân dựa trên các giá trị thông số liều tối đa đối với một con đường chiếu xạ xác định và một nhóm tuổi Tuy nhiên, liều dân chúng được đánh giá bằng cách sử dụng các thông số

mà mô tả các điều kiện trung bình

Mô tả đối với sự đánh giá liều dân chúng là:

Hipj = 0.001∑age groupsa=1 Pap Cip Uap Daipj (2-11) Trong đó:

Hipj: liều dân chúng đối với cơ quan j, từ nhân phóng xạ i, từ đường chiếu xạ p, tổng hợp tất cả các nhóm tuổi (person-rem)

0.001 hệ số chuyển đổi đơn vị (rem/mrem)

Pap: dân số của nhóm tuổi a, bị chiếu xạ do đường chiếu p (persons)

Uap thông số sử dụng cá nhân trung bình đối với nhóm tuổi a, và đường chiếu p

2.2.2 Số liệu đầu vào đối với phần mềm GASPAR2

Như đã trình bày ở trên, cơ sở số liệu đầu vào của phần mềm bao gồm:

- Số liệu khí tượng: Sử dụng từ đầu ra của phần mềm XOQDOQ;

- Số liệu phân bố dân số: xử lý các thống kê, số liệu dân số xung quanh nhà máy điện hạt nhân ở khoảng cách 80 km;

- Số liệu sản suất nông nghiệp và chăn nuôi: xử lý các số liệu về sản xuất nông nghiệp và chăn nuôi xung quanh nhà máy điện hạt nhân ở khoảng cách 80 km;

- Số liệu hạt nhân phóng xạ phát thải: là kết quả tính toán của phần mềm GALE

Hình 2.2: Cấu trúc của phần mềm GASPAR2

Sử dụng các thông số đầu vào nêu trên, phần mềm sẽ tính toán ra 2 giá trị liều quan tâm: liều cá nhân và liều tổng cộng công chúng Từ đó sử dụng các quy định về giới hạn liều đối với dân chúng để đưa ra sự đánh giá về liều từ kết quả thu được

2.3 Phần mềm GALE

2.3.1 Giới thiệu về GALE

GALE là phần mềm được sử dụng để đánh giá số hạng nguồn phóng xạ phát thải

ra môi trường khí và nước đối với lò nước sôi (BWR) và lò nước áp lực (PWR) trong điều kiện vận hành bình thường Phần mềm được phát triển bới Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge và thuộc bản quyền của Cơ quan Pháp quy hạt nhân Hoa Kỳ (USNRC) Kết quả đánh giá số hạng nguồn cho bởi phần mềm được dựa trên cơ sở số liệu đầu vào bao gồm các tham số kỹ thuật của lò phản ứng và thiết kế cơ sở của công nghệ NMĐHN hạt nhân đang vận hành [10] Các tính toán của phần mềm GALE dựa trên dữ liệu được tạo ra từ việc vận hành các lò phản ứng, các phép kiểm tra tại phòng thí nghiệm và việc xem xét các thiết kế cụ thể đối với NMĐHN được kết hợp để giảm lượng chất phóng xạ

Liều cá nhân

có thể thải ra môi trường trong quá trình vận hành bình thường, bao gồm cả các sự cố xảy ra Số lượng trung bình của các chất phóng xạ thải ra bên ngoài môi trường trong quá trình vận hành bình thường của NMĐHN được gọi là số hạng nguồn Các tính toán đối với phần mềm GALE được dựa trên các yếu tố sau: (1) Các khuyến cáo của hiệp hội hạt nhân Hoa Kỳ (ANS) về các yếu tố hiệu chỉnh ảnh hưởng đến quá trình phát thải; (2)

Cơ chế phát tán và vận chuyển vật liệu phóng xạ trong chất thải lỏng và khí; (3) Các tính năng được thiết kế cụ thể của NMĐHN sử dụng để giảm lượng chất phóng xạ được thải ra môi trường; (4) Dữ liệu vận hành của các nhà máy điện hạt nhân

Đối với lò nước áp lực, nước làm mát vòng sơ cấp đi qua lõi lò phản ứng, tại đó được truyền nhiệt từ các viên nhiên liệu Trong bình sinh hơi, nhiệt từ nước làm mát vòng sơ cấp được chuyển sang nước làm mát vòng thứ cấp để tạo thành hơi nước Hơi nước qua tuabin, sau đó được ngưng tụ và quay trở lại bình sinh hơi Nước làm mát sơ cấp chảy ngược trở lại lõi lò phản ứng Các cơ chế chủ yếu ảnh hưởng đến nồng độ các chất phóng xạ trong nước làm mát sơ cấp bao gồm: (1) sự rò rỉ các sản phẩm phân hạch đối với chất làm mát từ các khiếm khuyết trong thanh nhiên liệu và sản phẩm phân hạch sinh ra trong quá trình tương tác với nhiên liệu hạt nhân; (2) các sản phẩm ăn mòn hoạt hóa trong lõi lò; (3) phóng xạ được loại bỏ trong hệ thống xử lý nước làm mát lò phản ứng Các cơ chế này được mô tả ngắn gọn như sau: Chất làm mát sơ cấp được làm sạch liên tục bằng cách đi qua các bộ lọc và chất khử khoáng trong hệ thống xử lý nước làm mát lò phản ứng (RCTS) Điều đó là cần thiết để duy trì độ tinh khiết của chất làm mát

sơ cấp để ngăn ngừa sự tích tụ của bề mặt truyền nhiệt và giữ sự phát thải ra môi trường thấp nhất ở mức có thể Hóa chất được thêm vào chất làm mát sơ cấp để ngăn chặn sự

ăn mòn và/hoặc cải thiện việc sử dụng nhiên liệu Lithium hydroxide (LiOH) được thêm vào để kiểm soát độ pH để giảm sự ăn mòn

Nước phân hủy thành oxy và hydro là kết quả sự phân ly do phóng xạ Việc kiểm soát nồng độ oxy trong chất làm mát sơ cấp là yếu tố quan trọng để kiểm soát ăn mòn Hydro được thêm vào chất làm mát sơ cấp là hydro tự do hòa tan, có xu hướng thúc đẩy phản ứng thực tái kết hợp hydro và oxy với nước với tỷ lệ phù hợp đủ để duy trì nồng

độ ôxy thấp Boron được thêm vào chất làm mát sơ cấp như một chất hấp thụ nơtron Trong chu trình nhiên liệu, boron được loại bỏ từ chất làm mát sơ cấp thông qua hệ thống RCTS Các miếng nêm tháo nước được xử lý thông qua một thiết bị bốc hơi và

boron trong đáy thiết bị bốc hơi được tái sử dụng hoặc đóng gói như chất thải rắn Sản phẩm chưng cất từ thiết bị bốc hơi có thể được tái sử dụng vào hệ thống làm mát lò phản ứng như nước bổ sung hoặc xả ra môi trường

Các khí phóng xạ được loại bỏ từ chất làm mát sơ cấp bằng cách khử khí sẽ được thu gom trong bể chứa áp lực và các hạt nhân phóng xạ trước khi tái xử dụng hoặc thải

ra môi trường Các phương pháp xử lý thay thế bao gồm các hệ thống ủ than và chưng cất cryogenic Sự rò rỉ qua thân van và Gioăng trục bơm, một số chất làm mát thoát ra nhà lò và các tòa nhà phụ trợ Một phần của sự rò rỉ bốc hơi, do đó đóng góp cho nguồn phát thải khí và phần còn lại đóng góp vào nguồn phát thải lỏng Lượng rò rỉ liên quan đến các pha khí và lỏng phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất tại điểm xảy ra sự rò rỉ Phần lớn các khí trơ vào pha khí, trong khi các đồng vị iốt rơi vào cả hai pha Rò rỉ chất làm mát sơ cấp vào chất làm mát thứ cấp trong bình sinh hơi là nguồn phóng xạ duy nhất trong hệ thống làm mát thứ cấp Rò rỉ nước hoặc hơi nước từ hệ thống thứ cấp cung cấp đầu vào đáng kể cho các hệ thống xử lý chất thải lỏng và khí Sự rò rỉ hơi có thể rất quan trọng đối với nguồn khí từ khi chất phóng xạ phát tán vẫn còn trong pha khí

Trong bình sinh hơi tuần hoàn, các hạt nhân phóng xạ không bay hơi bị rò rỉ từ chất làm mát sơ cấp tập trung ở pha lỏng Mật độ các nhân phóng xạ này được kiểm soát bởi tốc độ quạt gió trong bình sinh hơi và tốc độ dòng nước ngưng tụ Do không có bình chứa chất lỏng trong bình sinh hơi không tuần hoàn, sự rò rỉ của chất làm mát sơ cấp sôi thành hơi khi nó đi sang mặt thứ cấp của bình sinh hơi Độ tinh khiết của chất làm mát thứ cấp được duy trì bởi hệ thống khử khoáng ngưng tụ và ở đó không có quạt gió trong bình sinh hơi Nồng độ phóng xạ trong chất làm mát thứ cấp được kiểm soát bởi tốc độ dòng chất ngưng tụ Nguồn chất thải phóng xạ từ hệ thống thứ cấp là chất thải ngưng tụ trong turbine, khí thoát ra từ miếng đệm của tuabin, chất lỏng và khí thoát ra từ quạt gió trong bình sinh hơi và sự rò rỉ chất lỏng và khí vào tòa nhà tuabin Chất thải lỏng cũng

có nguồn gốc từ việc tái sinh hoá chất khử muối ngưng tụ trong các hệ thống cấp nước/hệ thống ngưng tụ

Các đối tượng sau đây được xem xét khi tính sự phát thải của các vật liệu phóng

xạ (khí hiếm, hạt phóng xạ, C-14, H-3, Ar-41, Iốt) sinh ra từ hoạt động bình thường của nhà máy điện hạt nhân bao gồm các hành động được dự đoán trước:

1 Hệ thống xử lý khí thải;

2 Hệ thống quạt gió bình sinh hơi;

2.3.2 Các tham số đầu vào của phần mềm GALE

Để tính toán được số hạng nguồn phát thải sử dụng phần mềm GALE phải tập hợp được các thông số kỹ thuật của NMĐHN Các thông số cần tập hợp bao gồm:

- Công suất nhiệt của nhà máy

- Hệ số công suất (hiệu suất)

- Thể tích thùng lò

- Thể tích vùng hoạt

- Thể tích bình điều áp, thể tích nước 55 và thể tích hơi của bình

- Tốc độ nước tải nhiệt

- Lưu lượng chất tải nhiệt qua vùng hoạt

- Số lượng bình sinh hơi

- Tốc độ dòng hơi đối với mỗi bình

- Khối lượng chất lỏng trong mỗi bình sinh hơi, bao gồm: (1) thể tích nước phần

sơ cấp và (2) thể tích nước phần thứ cấp

- Hệ thống khử khoáng

- Điều kiện làm việc bình thường (1% tốc độ sinh hơi)

- Khi xảy ra sự cố (4 % – 5 % tốc độ sinh hơi)

- Thể tích không gian trống trong nhà lò

- Tốc độ rò rỉ chất tải nhiệt sơ cấp đến tòa nhà phụ trợ

- Tốc độ rò của hệ sơ cấp trong thời gian bảo dưỡng dự phòng 10 ngày

- Nước thải từ các phòng thí nghiệm

- Nước thải trong thời gian 50 ngày thay đảo (nạp) nhiên liệu đối với mỗi tổ máy

- Tốc độ rò rỉ qua nhà lò theo thiết kế

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ ĐÁNH GIÁ SỐ HẠNG NGUỒN PHÁT THẢI PHÓNG XẠ TRONG HOẠT ĐỘNG CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN 3.1 Các nguồn phóng xạ trong nhà máy điện hạt nhân

Các nguồn phóng xạ chính trong quá trình vận hành nhà máy điện hạt nhân được sinh ra từ các khu vực, các giai đoạn khác nhau bao gồm: vòng sơ cấp của lò phản ứng, trong không gian nhà lò hoặc được phát sinh từ các chất thải phóng xạ…vv Đối với vòng sơ cấp, nguồn phóng xạ được sinh ra do: (1) Bức xạ neutron và gamma sinh ra từ vùng hoạt lò phản ứng do phản ứng phân hạch và phân rã phóng xạ; (2) Bức xạ gamma thứ cấp, kết quả do việc bắt giữ neutron trong các vật liệu vùng hoạt, chất làm mát vòng thứ cấp và các cấu trúc thép cũng như bê-tông; (3) Bức xạ từ N-16, N-17 trong các sản phẩm ăn mòn và những đồng vị là sản phẩm phân hạch trong chất làm mát vòng sơ cấp; (4) Bức xạ từ kích hoạt các vật liệu bên trong thùng lò; (5) Bức xạ từ kích hoạt những sản phẩm ăn mòn, những chất lắng đọng trên bề mặt thiết bị do dòng chất của chất làm mát để lại; (6) Bức xạ từ những sản phẩm phân hạch trong các thành phần bên trong vùng hoạt; (7) Bức xạ sinh ra từ quá trình xử lý nước và bộ phận rắn hóa chất thải

Trong điều kiện vận hành bình thường, nguồn phóng xạ sinh ra trong không gian nhà (vùng kiểm soát) lò trong quá trình thay đảo nhiên liệu, thanh tra, bảo dưỡng thiết

bị khi lò đã mở ra, có thể làm hóa hơi nước nhiễm xạ bay vào không gian nhà lò Các nguồn phóng xạ này có thể rỏ rỉ tới môi trường chất lỏng từ các thiết bị đang hoạt động trong NMĐHN và có thể phát thải các khí phóng xạ cũng như những son khí khi giảm

áp hoặc mở các bộ phận của thiết bị, ví dụ như giảm áp và mở thùng lò phản ứng trong quá trình thay đảo nhiên liệu, hoặc các quá trình khi phải sửa chữa hoặc bảo dưỡng thiết

bị Trong NMĐHN còn tồn tại các nguồn phóng xạ khác, phát sinh từ các chất thải phóng

xạ Nguồn gốc làm phát sinh chất thải phóng xạ chủ yếu trong nhà máy điện hạt nhân là các sản phẩm phân hạch, sản phẩm hoạt hóa (kích hoạt) các vật liệu cấu trúc, sản phẩm

ăn mòn vật liệu và các tạp chất hóa học trong chất làm mát Chất thải phóng xạ trong NMĐHN chủ yếu tồn tại dưới ba dạng:

Chất thải dạng khí được sinh ra trong các lò do phản ứng phân hạch và hoạt hóa các vật liệu khác nhau trong lò bởi nơtron Sản phẩm phóng xạ dạng khí do phân hạch thường là các đồng vị của khí trơ xênôn, kripton, iốt, cácbon và hydro Các sản phẩm phóng xạ do bị hoạt hóa các tạp chất trong chất làm mát bởi nơtron là nitơ-12, nitơ-16,

ôxy-19 và argon-41 Các khí thải này thường được sinh ra tại các vị trí khác nhau trong

lò phản ứng hạt nhân với các thành phần đồng vị phóng xạ khác nhau, trong đó đa số thuộc vào loại có thời gian sống ngắn [6]

Chất thải phóng xạ lỏng được sinh ra trong các điều kiện hoạt động bình thường

của nhà máy điện hạt nhân chủ yếu từ phần nước làm mát lò phản ứng, sau đó là những lượng nước được dùng để làm vệ sinh, tắm rửa, làm sạch các dụng cụ làm việc v.v và

vì vậy chúng cũng chỉ có hoạt độ phóng xạ ở mức thấp Tất cả các loại chất lỏng nhiễm

xạ này đều được xử lý để có thể thải ra môi trường hay sử dụng trở lại trong nhà máy Các chất thải rắn trong nhà máy điện hạt nhân có thành phần tương đối đa dạng

và có các tính chất vật lý, hóa học và độ nhiễm xạ khác nhau Các chất thải này được sinh ra từ các hoạt động vận hành và bảo dưỡng nhà máy, từ các hệ thống xử lý chất thải khí, và thải lỏng Chúng thường là những chất rắn bị nhiễm xạ và bản chất của

chúng cũng thường khác nhau Trong NMĐHN, việc đánh giá và ngăn chặn sự phát tán các sản phẩm phân hạch là tương đối quan trọng Các hệ thống nhằm loại bỏ nhiệt phân

rã và ngăn chặn việc phát tán các sản phẩm phân hạch ra môi trường được thiết kế theo các rào cản, bao gồm:

Viên nhiên liệu và vỏ bọc của các thanh nhiên liệu: Trong điều kiện lò phản ứng vận hành bình thường 99% lượng các sản phẩm phân hạch được giữ lại trong cấu trúc của nhiên liệu Vỏ bọc của thanh nhiên liệu được thiết kế nhằm giữ lại 1% lượng sản phẩm phân hạch còn lại Nếu vì lý do nào đó, việc loại bỏ nhiệt phân rã không được thực hiện liên tục thì sẽ gây phá vỡ cấu trúc vỏ bọc thanh nhiên liệu, hệ quả là làm rò rỉ các sản phẩm phân hạch từ nhiên liệu

Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống bảo vệ theo chiều sâu

Thùng lò và hệ thống tải nhiệt: Vòng sơ cấp (vỏ lò phản ứng, các đường ống,

phóng xạ từ các thanh nhiên liệu vào chất tải nhiệt Thùng lò cũng có tác dụng lưu giữ các sản phẩm phân hạch trong trường hợp xảy ra tai nạn hạt nhân, nước tải nhiệt được bơm vào thùng lò nhằm mục đích loại bỏ nhiệt phân rã từ các phản ứng phân rã sau khi phản ứng phân hạch dây chuyền đã được dập tắt Lò phản ứng hạt nhân còn được trang

bị hệ thống làm mát vùng hoạt khẩn cấp (ECCS- Emergency Core Cooling Systems) khi xảy ra sự cố mất nước làm mát

Nhà lò bao gồm các khối vật chất đặc biệt và các hệ thống kỹ thuật Đầu tiên là bức tường bê tông có đủ sức chịu đựng đối với áp lực trong trường hợp xấu nhất khi xảy

ra tai nạn theo thiết kế, bên trong nó là lớp thép nhằm đảm bảo các đặc tính có thể ngăn chặn tối ưu sự rò rỉ Khi có tai nạn van cô lập sẽ đóng để ngăn chặn sự rò rỉ Bức tường

sơ cấp được bao bọc bên ngoài bởi bức tường thứ cấp, đây cũng là loại bê tông tăng cường, nhằm đảm bảo cấp độ giam giữ chất phóng xạ bên trong nhà lò và che chắn tia phóng xạ với môi trường Ngoài ra nó còn có tác dụng tăng cường sự bảo vệ từ các ảnh hưởng của yếu tố bên ngoài như động đất, tai nạn máy bay trong khu vực NMĐHN

3.2 Đặc trưng của lò phản ứng VVER-1000 đề xuất cho dự án ĐHN Ninh Thuận 1

Các thông số mô tả đặc trưng của lò phản ứng AES 92 được đề xuất cho dự án ĐHN Ninh thuận 1 được mô tả bởi bảng dưới đây Các thông số này bao gồm: đặc tính chung của lò, đặc tính chung của vùng hoạt, đặc trưng cơ bản của lò và đặc tính của bình sinh hơi

Bảng 3.1: Các đặc trưng lò phản ứng AES 92 [6]

Đặc tính chung của lò

Độ giàu nhiên liệu cực đại được phép,% 4,4 – 4,95

Áp suất hơi ở đầu ra bình sinh hơi, MPa 7,35

Nhiệt độ nước cấp đầu vào bình sinh hơi, 0C 220