Aplikace a vývoj systému NORMAL v oblasti ocenění radiační zátěže populace při normálním provozu jaderných zařízení

Transkript

1 ÚJV Řež a.s. divize ENERGOPROJEKT PRAHA Husiec-Řež, čp. 130, PSČ Stavba - akce Hodoceí SW pro SÚJB dle VDS 030 Řídící útvar 2500 Objekt-provozí soubor - Zpracovatelský útvar 2501 Skartačí zak V15 Pořadové číslo 004 Název zakázky Název dokumetace Dokumetace pro hodoceí SW NORMAL verze 2010 č. úkolu 10Y0033 Stupeň ochray Číslo výtisku Aplikace a vývoj systému NORMAL v oblasti oceěí radiačí zátěže populace při ormálím provozu jaderých zařízeí Vypracoval kolektiv Vedoucí zpracovatelského útvaru Ig. V. Horák Datum 03/2010 Celkem listů 92 Kotroloval Ig. J. Klumpar HIP Ig. V. Horák Soubor Aplikace_NOR_2010.doc Kolektiv zpracovatelů: Ig. P. Pecha, CSc. Ig. E. Pechová Zakázkové číslo Archiví číslo EGP 5010-F Idex Straa 1

2 OBSAH Aotace Srováí programových produktů NORMAL a PC CREAM pro hodoceí vlivu ormálího provozu jaderého zařízeí a životí prostředí Základí charakteristika produktu PC CREAM Modifikace ezbyté pro realistické srováí výsledků Odlišosti metodického přístupu u systému NORMAL oproti PC CREAM a vzájemé srováí dílčích výsledků Pozámky k zadáváí vstupů a zjištěé esrovalosti produktu PC CREAM Fiálí srováí výpočtů průměrých ročích (dlouhodobých) hodot kocetrací radiouklidů v přízemí vrstvě vzduchu pro případ ormalizovaých výpustí 1 Bq/s Srováí dlouhodobých přízemích kocetrací radiouklidů získaých programy NORMAL a PC CREAM Srováí výsledků NORMAL a PC CREAM pro případ validačích úloh zadaých odborou hodotící komisí č.6 pro výpočty šířeí RA produktů Kometář k výsledkům srovávacích testů: Rámcové prověřeí výpočtů pro PpBZ a základě srováí s produktem PC CREAM Demostrováí vlivu jedotlivých cest ozářeí a příspěvku jedotlivých radiouklidů Literatura Přílohy A Dyamic Food-chai Algorithm for Estimatio of Migratio of Radiouclides through the Livig Eviromet Cotiuously Iflueced by the Routie Atmospheric Discharges from Nuclear Power Plats Radiological impact of routie atmospheric releases of radiouclides Propagatio of activity through the livig eviromet Dyamic food-chai modellig for the case of routie atmospheric radioactive discharges Foliar uptake of radiouclides Root uptake of radiouclides Activity itake for case of direct cosumptio of the products Activity itake from cosumptio of cotamiated aimal products Total activity itake ito a huma body Overview of the mai features of the food-chai algorithm Results ad areas of applicability, comparative ad validatio studies Prospects of the future developmet Výpočet efektiví dávky od kozumace zeleiy zalévaé vodou z kotamiovaé study Úvod Předpoklady a vstupí data Postup výpočtu Výsledky výpočtů Závěr Preparatio of Radiological Iputs for Evirometal Impact Assessmet of Routie Normal Operatio of Nuclear Facilities Assessmet of evirometal exposure to radiouclides ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 2

3 4.2 Trasport of radioactive discharges i atmosphere Depositio of activity o the groud Iputs for the Iteral exposure assessmet due to activity ihaled ad igested Cocludig remarks Applicatio of Multi-Pathway Trasport Model for Regulatio of Normal Atmospheric Radioactive Discharges from Nuclear Facilities Nový jaderý zdroj v lokalitě ETE Testováí rozšířeého výpočtu zevího ozářeí z mraku a scéáři hodoceí dopadu dlouhodobého provozu JE Temelí s projektovými ročími výpustěmi ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 3

4 Aotace Teto report je třetí částí dokumetace předkládaé k hodoceí produktu NORMAL hodotící komisí č.6 počátkem roku Prví report je aktualizovaá METODIKA: Program NORMAL a oceěí radiačí zátěže obyvatelstva v okolí jaderých zařízeí za ormálího provozu. Metodika, Arch.č.EGP 5010-F , Praha, úor Aktualizovaý uživatelský mauál je popsá v : Uživatelský mauál iteraktivího systému NORMAL verze 2010 a oceěí radiačí zátěže populace při ormálím provozu jaderých zařízeí, Arch.č.EGP 5010-F , Praha, úor Tato třetí část vzikla z původí zprávy k programu NORMAL - Část III: Srovávací studie programových systémů NORMAL a PC CREAM, arch.č. EGP , rev. 3, Praha, Vzhledem ke svému výzamu je odtud převzata tehdejší srovávací studie programových systémů NORMAL a PC CREAM (bez závěrečých umerických příloh). Na i avazují další výsledky publikovaé v dalších letech a meziárodích koferecích. Kromě toho byly zařazey ěkteré dílčí práce mešího rozsahu, které ale mají za cíl prověřit fukčost algoritmů ově zaváděých do systému NORMAL. Jsou to především: Výpočet efektiví dávky od kozumace zeleiy zalévaé vodou z kotamiovaé study. (Techická zpráva pro Předprovozí bezpečostí zprávu JETE, EGP , Praha, 2000). Zde je ověřováa správá fukce vyviutého igesčího modelu založeého a předpokladu vývoje ekosystému dlouhodobě poořeého do kotamiovaého (byť miimálě) prostředí. Přitom ročí zálivka je rozpočítáa a kotiuálí kropeí během roku. Současě je zde provádě výpočet obdobého scéáře druhý systémem HAVAR (havarijí úiky), kdy ročí zálivka z kotamiovaé study je rozdělea a 12 diskrétích jedorázových zálivek (každá uskutečňováa v příslušém di spadu ). Bylo dosažeo velmi dobré shody při výpočtech ročí efektiví dávky z vitřího příjmu aktivity od kozumace kotamiovaé zeleiy z vlastí zahrádky. Podklady pro EIA studii Nový jaderý zdroj v lokalitě ETE. (Podklady pro zpracováí kapitoly D I. 1: Obyvatelstvo a veřejé zdraví. Arch.č. EGP 5010-F , Praha, 2009, Dodatek č.1, Arch.č. EGP 5050-F , Praha 2009 a Dodatek č.2, Arch.č. EGP 5010-F , Praha, 2010). Zde jsou ová rozšířeí vyžádaá zpracovatelem, týkající se výpočtu dávek a úvazků dávek v dalších letech provozu ového jaderého zdroje i stávajících bloků JE Temelí. Za předpokladu stejých výpustí v každém roce provozu se jedalo o úpravu výpočtu depozice (zvýšeí pro dlouhodobé radiouklidy), dávky z depozitu a koečě úpravu výpočtu úvazku dávky z igesce včetě výpočtu v uvažovaém roce provozu i za počet let od spuštěí JE. V posledí kapitole 7 je ověřováa rozšířeá metodika výpočtu od zevího ozářeí z mraku a scéáři hodoceí dopadu dlouhodobého provozu JE Temelí s projektovými ročími výpustěmi. Je testová algoritmus popsaý v ové zprávě Metodika systému NORMAL, vztahy z kapitoly 4.2, bod a) Zeví ozářeí z oblaku (rovice (4.7a) až (4.7o)). ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 4

5 1 Srováí programových produktů NORMAL a PC CREAM pro hodoceí vlivu ormálího provozu jaderého zařízeí a životí prostředí V rámci programu techického rozvoje týkajícího se přípravy výpočetího programu NORMAL [1] vyviutého v EGP k zařazeí do souboru hodoceých výpočtových programů je prováděa srovávací studie výsledků tohoto programu s dostupými jiými produkty, řešícími obdobou problematiku. Pro tyto účely byl zvole programový systém PC CREAM [2] vyviutý v NRPB (Velká Britáie) v rámci kotraktu s Evropským společestvím. Tato úvodí srovávací studie aalyzuje přístup obou kódů k problematice a poukazuje a jejich určité odlišosti, které jsou důsledkem jak historického vývoje tak respektováí specifických lokálích podmíek či zvyklostí. Právě odlišost algoritmů v jedotlivých fázích poměrě ztěžuje přesé srováí jejich vzájemých výsledků. Neježe oba produkty vyžadují poěkud jiou strukturu vstupích dat, ale kromě toho bylo uto udělat úpravy v samotém zdrojovém kódu, aby bylo možo dosáhout dostatečou kompatibilitu obou prostředí. V této fázi utých parciálích úprav zdrojového kódu a vstupů se ukázala výhoda produktu NORMAL, který představuje živý produkt s totálí kotrolou zdrojového kódu a tudíž s rychlou dobou odezvy a požadavky a jakékoliv úpravy. Podrobá aalýza potvrdila, že uživatel produktu PC CREAM je limitová omezeým rozsahem při zadáváí vstupích hodot z paelů, počtem voleb alterativích fyzikálích modelů a emožostí modifikovat poloempirické formule. Samotý algoritmus výpočtu dlouhodobého koeficietu zředěí je zjedoduše a zjevě přizpůsobe árodí zvyklosti zpracováváí a presetace dlouhodobých meteorologických charakteristik. Podrobější kocepce třírozměré povětrostí statistiky QIGM z produktu NORMAL představuje určitě přesější postižeí skutečého průměrováí ročích hodot veliči důležitých pro posuzováí vlivu a populaci. Produkt NORMAL avíc abízí větší počet voleb alterativích dílčích modelů, což umožňuje provádět a příklad limití odhady při určité kumulaci epřízivých efektů, což je potřebé při projekčích pracech vyžadujících studie sezitivity. Důležitým argumetem svědčícím ve prospěch vývoje vlastích kódů se zajištěou údržbou je fakt, že systém NORMAL obsahuje modely, pro které existují validovaá data pro Českou republiku. Důležitou předostí jsou též jeho bohatší možosti grafické presetace výsledků. Na druhé straě je uto poukázat a to, že produkt PC CREAM se saží dostat co ejjedodušším způsobem do souladu s měřeými hodotami a lokalitě a používá přitom ověřeé aktuálí fyzikálí kostaty a převodí koeficiety, které jsou v souladu s ejovějšími doporučeími ICRP. Teto fakt bude brá v úvahu v souvislosti s upřesňováím charakteristik kódu NORMAL, stejě jako moderí přístup k modelováí procesu resuspese radioaktivího materiálu a jeho odstraňováí ze zemského povrchu. Ispirativím popudem k dalšímu rozvoji kódu NORMAL bude také modelováí globálí cirkulace radiouklidů s dlouhým poločasem rozpadu (Kr-85, H-3, I-129) a možost současého zadáváí ěkolika zdrojů radioaktivích výpustí v rámci lokality daého jaderého zařízeí. Práce prováděé v EGP v rámci úkolu techického rozvoje týkajícího se dalšího rozvoje systému NORMAL a jeho přípravy k hodoceí probíhají tedy za vzájemého srováváí a další rozvoj je případě iiciová pokročilými rysy jiých programů řešících obdobou problematiku. V této prví fázi byl tedy použit produkt PC CREAM. Nicméě vývojový tým pracující a rozvoji ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 5

6 systému NORMAL se přímo podílí a implemetaci dalších výzamých zahraičích kódů, jejichž metodika může ukázat další cesty zlepšeí. Kokrétím příkladem může sloužit systém RODOS, který sice řeší problematiku havarijích úiků, icméě v moha styčých bodech abízí moderí řešeí. Jde a příklad o korektí sižováí míry kozervatizmu respektováím realistických stíících faktorů a tím rozlišováím a očekávaé hodoty dávek ve srováí s kozervativími hodotami maximálích tzv. poteciálích dávek. V další části jsou uvedey výsledky parciálího srováí ejdůležitějších výsledků pro případ základího mechaismu průiku radiouklidů do životího prostředí při ormálím provozu, kterým jsou atmosférické výpustě. Jedá se o hodoty přízemí objemové aktivity radiouklidů ve vzduchu [Bq.m -3 ], rychlosti usazováí radiouklidů a zemském povrchu [Bq.m -2.s -1 ] a efektiví dávky v důsledku ozářeí z radioaktivího mraku [Sv.r -1 ]. Byly podrobě propočítáy dva základí stavy, a to situace bez atmosférických srážek a dále s atmosférickými srážkami odpovídajícími srážkovým kategoriím C a D programu PC CREAM. Ve fiálí fázi je pak provedeo ejdůležitější srováí středích ročích (dlouhodobých) přízemích kocetrací reprezetativích radiouklidů. Tomuto ovšem předcházelo poměrě áročé vzájemé přizpůsobeí, a to a straě obou produktů. Byla prokázáa velmi dobrá shoda výsledků. Vedlejším efektem tohoto srováí bylo též alezeí esrovalostí, chyb a disfukčostí dodaé verze systému PC CREAM, které byly reklamováy. Současě byly reklamováy esrovalosti v defiicích výsledých hodot v hlavičkách výstupích souborů kompoety PLUME. 1.1 Základí charakteristika produktu PC CREAM Produkt PC CREAM má modulárí strukturu. Pro modelováí růzých cest trasportu radiouklidů v životím prostředí používá jedotlivé moduly: PLUME - počítá disperzi radiouklidů v atmosféře v důsledku kotiuálích výpustí do atmosféry GRANIS - provádí výpočet vějšího ozářeí osob v důsledku ozářeí z usazeých radiouklidů a zemském povrchu RESUS - odhaduje objemovou aktivitu radiouklidů v přízemí vrstvě vzduchu v důsledku resuspeze radiouklidů původě usazeých a povrchu (působeím větru) FARMLAND - modeluje trasport radiouklidů potravími řetězci, kokrétě časové itegrály kocetrace aktivity pro každou potraviu a každý radiouklid DORIS - počítá disperzi radiouklidů v pobřežích vodách kolem Evropy s ásledující migrací do moří Celkový odhad radiologického dopadu a populaci je počítá v hlaví části produktu ASSESSOR. Zde se berou v úvahu všechy možé cesty ozářeí lidského orgaizmu, které jsou reprezetováy předchozími 5 moduly. Jako vstupy do modulu ASSESSOR slouží výstupí soubory jedotlivých dílčích modelů. Modul PLUME umožňuje buď samostatý popis vlivu atmosférických výpustí ebo (s určitými podmíkami) přípravu atmosférických vstupích souborů do hlavího modulu ASSESSOR. Celá příprava běhu se provádí iteraktivě a základě vstupích paelů. Uživatel je vede jedotlivými skupiami zadávaých dat. Po kompletím zadáí vstupích dat a před vlastím během úlohy se zadaá data přetrasformují do vstupího souboru, jež má rozšířeí POF, ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 6

7 přičemž vlastí jméo souboru zadává uživatel. Tato metoda umožňuje rychlé opakováí výpočtů, kdy je měěa pouze malá část původích vstupích dat. Uživatel tedy může buď vytvářet ovou variatu běhu modulu PLUME, aebo využít již předdefiovaé existující variaty vstupu (výběr POF souboru). Při zadáváí ové variaty jsou uživateli abízey volby při zadáváí proměých. V ěkterých případech je možo zadávat alterativí dílčí modely ebo přímo zadávat proměé v určitých mezích. Nicméě se ukazuje, že tyto možosti jsou poěkud omezeé a uživatel je uce ásledovat zjedodušeou kocepci zabudovaou do produktu. Obdobé programy vyviuté v EGP ( systémy NORMAL a HAVAR) umožňují zadáváí proměých v širším rozsahu a i výběr alterativích modelů je pestřejší. 1.2 Modifikace ezbyté pro realistické srováí výsledků Jak již bylo řečeo v úvodu, uživatel produktu PC CREAM je limitová omezeým rozsahem při zadáváí vstupích hodot z paelů, počtem voleb alterativích fyzikálích modelů a emožostí modifikovat fixě zabudovaé poloempirické formule. Algoritmus výpočtu dlouhodobého koeficietu zředěí je začě zjedoduše a jedoduché povětrostí statistiky eodpovídají detailějšímu přesějšímu přístupu užitém v programovém systému NORMAL. V ásledujícím textu bude popsá poěkud pracý postup spočívající v modifikacích jak vstupů tak vlastího zdrojového textu systému NORMAL, který byl ezbytý k tomu, aby bylo možo vzájemě srovat výsledky. Možosti přizpůsobeí programu PC CREAM testovacím úlohám je začě omezeé a z tohoto hlediska se teto produkt jeví jako málo flexibilí. Díky pokračujícímu vývoji produktu NORMAL mohla být velká většia úprav provedea zde, i když se v určitém směru jedalo o krok zpět ve směru zjedodušováí vhodějších algoritmů. Z tohoto hlediska je pak třeba zdůrazit, že byly srováváy jedotlivé parciálí výsledky, icméě šlo o veličiy stěžejího výzamu (hodoty přízemí kocetrace radiouklidů ve vzduchu [Bq.m -3 ], rychlosti usazováí radiouklidů a zemském povrchu [Bq.m -2.s -1 ], vliv atmosférických srážek a ochuzováí vlečky a efektiví dávky v důsledku ozářeí z radioaktivího mraku [Sv.rok -1 ]), a jejichž základě se pak vychází při hodoceí příspěvku dalších možých cest ozářeí. Základí testy dyamického modelu igesce ENCONAN byly provedey v [6]. Testovací variaty jsou defiováy s užitím Hosker / Smithovy klasifikace kategorií stability atmosféry. Je uvažováo spektrum radiouklidů ve shodě se zadáím v [4], při čemž se předpokládají ormalizovaé hodoty výpustí 1 Bq/s pro jedotlivé radiouklidy. Další ezbyté předpoklady plyoucí z pricipiálích omezeí programu PC CREAM jsou ásledující: Je uvažová plochý teré (zaedbá vliv proměých admořských výšek) Zadáa pouze jediá středí drsost teréu, zadává se průměrá hodota 0.3 m Uiformí rozděleí pravděpodobostí povětrostí statistiky Efektiví výška výpustí je 100 metrů (povoleé maximum v PC CREAM paelech), euvažuje se vertikálí rychlost vzduši vypouštěých z vetilačího komía ai jejich tepelá vydatost Neuvažuje se výskyt iverzích situací Je reduková počet kategorií rychlostí větru měřeých ve výšce 10 metrů ad zemským povrchem Podstatě je redukováo schéma srážek s jejich rozděleím a jedotlivé srážkové kategorie. ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 7

8 1.3 Odlišosti metodického přístupu u systému NORMAL oproti PC CREAM a vzájemé srováí dílčích výsledků V předchozím textu je popsáa saha o maximálí přiblížeí se ke stejému způsobu modelováí u obou kódů tak, aby získaé výsledky mohly být vzájemě porováváy a aby mohly být učiěy podložeé závěry o jejich vzájemé korespodeci či rozdílech. Jsou zmíěy důvody, proč většia větších zásahů ezbytých pro kompatibilitu metodik musela být prováděa právě v systému NORMAL, a to ěkdy až a úroveň úprav ve zdrojovém kódu. Bylo tak dosažeo rozumého stupě kompatibility obou produktů a astaveo odpovídající prostředí a úrovi téměř ekvivaletích vstupů. Nicméě tato kompatibilita eí stoprocetí, a to ze dvou důvodů: Pricipiálí důvod, kdy odlišost algoritmů obou systémů eumožňuje úplé ztotožěí obou prostředí Praktický důvod, kdy úpravy a modifikace systému NORMAL jsou prováděy či eprováděy s přihlédutím k jejich důležitosti (a základě studií sesitivity prováděé s užitím NORMAL) a jedé straě a jejich pracosti a straě druhé Dále jsou uvedey rozdílosti obou produktů existující mezi imi v okamžiku vzájemého srováváí výsledků. Na tomto základě se pak iterpretují určité rozdíly ve výsledcích, které jsou přisuzováy právě těmto odlišostem. a) Meteorologie V programu NORMAL je užito klasické schéma kategorií stability počasí. Je uvažováo šest kategorií A, B, C, D, E, F podle Pasquilla. Povětrostí situace je charakterizováa dlouhodobou povětrostí statistikou rozlišující kokrétí kategorie počasí pro všechy směry větré růžice a při rychlostech větru kategorizovaých podle árodích doporučeí meteorologické služby. Naproti tomu v atmosférickém modulu PLUME jsou zadáy fixí rychlosti větru v 10 m, a to vždy jediá hodota pro kokrétí kategorii: kategorie rychl. v 10 m A 1.0 B 2.0 C 5.0 D 5.0 E 3.0 F 2.0 C + déšť 5.0 D + déšť 5.0 Výskyt deště je uvažová pouze u kategorií C a D a jsou předdefiováy vstupí meteosoubory pro růzé pravděpodobosti výskytu kategorií s deštěm. Pozameejme, že produkt PC CREAM abízí kromě tohoto modifikovaého Pasquill/Smith/Hosker schématu ještě Doury schéma s poěkud jiou filosofií pravděpodobostí výskytu dešťových srážek (zpracováo pro oblast Fracie). b) Profil rychlosti větru po výšce, středí rychlost pohybu vlečky Obecě doporučovaý postup použitý též v programu NORMAL [1] vychází ze způsobu meteorologických měřeí v lokalitě. Měří se rychlost větru v referečí výšce 10 m ad zemí, přičemž skutečé spojité spektrum rychlostí větru se rozdělí a koečý počet itervalů m ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 8

9 s jediou charakteristickou (středí) rychlostí u 10 (m). Pro vyjádřeí vertikálího rychlostího profilu po z je užit empirický vztah: ε ε z drs u( z) = u10 ε ε 10 drs (1.3-1) drs... drsost zemského povrchu v [m], bezrozměrý parametr ε je tabelová v závislosti a kategorii stability počasí. Středí rychlost po z je bráa podle: ε u h 10 ef u = drs 10 drs + 1 ε ( ) (1.3-2) ε ε ε Zde h ef je efektiví výška vlečky exhalací. Program NORMAL může uvažovat až 9 kategorií m rychlostí větru. Velikost rychlostí větru u 10 (m) v jedotlivých kategoriích m jsou staovey podle doporučeí meteorologické služby. V produktu PC CREAM je závislost rychlosti větru po výšce vyjádřea expoeciálím výrazem: u( z) = u10 ( z / 10 ) (1.3-3) kde expoet je tabelová v [3] pro jedotlivé kategorie drsosti zemského povrchu. Závěr: Při zadaých stejých rychlostech u 10 se středí rychlosti v obou produktech poěkud liší. Rozdíl je zhruba 10 až 25 %. c) Kocetrace radiouklidů v přízemí vrstvě atmosféry Objemová aktivita uklidů v přízemí vrstvě atmosféry je jede z hlavích údajů vstupujících do výsledého hodoceí radiačí zátěže. V obou systémech se vychází z řešeí Gaussovy rovice šířeí podle vztahu pro kokrétí povětrostí situaci, rychlost větru v sektorech větré růžice a kategorie výskytu srážek. V systému NORMAL se pro přízemí vrstvu z=0 provede středováí po y v rámci určitého sektoru směru větru a dostaeme pak pro středí hodotu přízemí kocetrace v [Bq.m -3 ] radiouklidu vztah (podroběji v [1]):. _ A y C k, j, m, s( x, z = ) = 2 exp( y, j ( x). z, j ( x). uk, j, m y, j ( x) ) π σ σ σ str (1.3-4) 2 h ef ( k, j, m). 2 exp( + = ( ) ) ( ;,, ). ( ;,, ). ( ;,, ). η z k j m f x k j m f x k j m f ( x ; k, j, m, s ) JV R F W σ z, j x přičemž pro vyjádřeí středí hodoty po y je použit kozervativí odhad: ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 9

10 2 y exp( ( ) ) 2 2σ y, j x str = + 2 y exp( ( ) ). dy 2 2σ x σ = 2π x / IPS1 y, j y, j ( x) IPS1 2π x (1.3-5) IPS1 je celkový počet úhlových sektorů k, a ěž je rozdělea větrá růžice. Je třeba si zovu uvědomit, že vztah pro přízemí kocetraci představuje řešeí pro jedu kokrétí povětrostí situaci daou kokrétí kategorií počasí j a kokrétí kategorií itezity srážek s, přičemž vítr stabilě fouká ve směru sektoru k a má rychlost z kategorie m. Pro časovou periodu ěkolika let je k dispozici dlouhodobá povětrostí statistika QIGM(k,j,m), která vyjadřuje pravděpodobost, že při kategorii počasí j vítr fouká s itezitou m ve směru sektoru k větré růžice. Pak lze ajít dlouhodobý faktor zředěí vážeím přes všechy možé povětrostí situace, které se během dlouhé periody provozu vyskytují. Pro případ homogeí vertikálí stratifikace lze s přihlédutím k předchozím vztahům vyjádřit středovaou přízemí objemovou aktivitu uklidu podle: _. IPS1 Ck ( x) = A σ y, j ( x) 2π x j m s ψ u k, j, m k, j, m ( x). f ( x; k, j, m) f ( x; k, j, m) QIGM ( k, j, m) f ( x; k, j, m, s) PS( s) R F W (1.3-6) Teto vztah je podrobě kometová v [1]. Zde je uvede proto, aby mohla být zhruba demostrováa míra utých zjedodušeí, která bylo třeba v NORMAL provést pro účely srováí. Předě byl učiě předpoklad o uiformím úhlovém rozděleí rychlostí větru. Výsledá časově středí kocetrace radiouklidů se pak získá vážeím hodot průměrých kocetrací, které jsou ovšem yí ve všech sektorech stejé a které představují případ, kdy celou dobu vítr vae v tomto směru sektoru. Takový výpočet se provede pro každou kategorii počasí a zprůměruje se a celém itervalu 2π radiáu. A právě tyto kocetrace (středí po 2π) lze v obou produktech vzájemě srovávat. Tyto kocetrace budeme dále azývat uiformí a jejich hodoty jsou dáy pro produkt NORMAL předchozím výrazem vyděleým hodotou IPS1. V modulu PLUME produktu PC CREAM jsou tyto kocetrace apočítáváy (viz výsledkový soubor plume100.ho! v příloze) pro další použití v modulu ASSESSOR, kde je prováděo vlastí vážeí zjedodušeou povětrostí statistikou. d) Rozptylové parametry σ y (x) a σ z (x) Jak je patro z tvaru Gaussovy rovice šířeí zcela podstatou roli hraje realistické určeí disperzích parametrů. V modelu NORMAL této problematice byla věováa velká pozorost a bylo zabudováo ěkolik alterativích modelů pro určováí disperzích parametrů za účelem možosti provádět margiálí výpočty a studie sezitivity. Program PC CREAM sice uvažuje ěkolik možostí, ale v [3] jsou podrobě uvedey pouze vztahy podle Hoskerovy poloempirické formule (dále model HOSKER). Proto byl tedy model HOSKER zvole pro účely srováí. V programu NORMAL jsou zabudováy vztahy: ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 10

11 σ y ( x) = c 3 x 1+ x 10 4 σ z ( x) = F( drs, x) g( x) ; 1 d1 F( drs, x) = l( c x ) + d 1 pro drs < 0,1 metru (1.3-7) c 2 x d1 F( drs, x) = 1+ l( c x ) d 1 pro drs 0,1 metru 2 c x b1 a1 x g( x) = 1+ a x 2 2 b2 a1, a2, b1, b2, c3 jsou tabelovaé koeficiety závislé a kategorii stability počasí j; c1, c2, d1, d2 jsou tabelovaé koeficiety závislé a kategoriích drsosti povrchu; drs vyjadřuje drsost zemského povrchu [m] Vztahy byly defiováy pro teré typu vekov - rovia, s průměrou drsostí teréu epřevyšující 1 m. Platost těchto vztahů je deklarováa do 100 km. Pokud se týká programu PC CREAM, užívá se zde aalogických vztahů, přičemž čtvrtá rovice pro drs 0,1 metru je vyjádřea v modifikovaém tvaru: p 1 F( drs, x) = l o x 1 + s r x (1.3-8) Koeficiety o, p, r, s jsou opět tabelováy v závislosti a kategorii stability atmosféry. V příloze 1 je provedeo podrobé srováí disperzích koeficietů σ z (x) pro jedotlivé stabilití třídy a je možo kostatovat dobrou shodu. Pouze ve velkých vzdáleostech ( > 60 km) je patrý větší rozdíl (zvláště u kategorií C a D). e) Horí hraice směšovací vrstvy Pro stabilití třídy A, B, C, D, E, F jsou bráy v programu NORMAL příslušé horí hraice směšovací vrstvy v [m] jako: V PC CREAM produktu jsou fixě zabudováy hodoty : Horí hraice směšovací vrstvy hraje v Gaussově přímočarém modelu šířeí úlohu horí reflexí plochy a tudíž diferece v hodotách u obou modelů povede k určitým odchylkám v hodotách kocetrace readiouklidů ve vzduchu. Studie sezitivity však prokázaly, že vliv tohoto efektu je ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 11

12 poměrě malý, přičemž ejvětší je u ejižší vrstvy (stabilití třída F). I tam se však jedá o odchylky zhruba do 10 procet. f) Suchý výpadek radiouklidů z vlečky Depozičí příko DEP eboli rychlost usazováí radiouklidů a zemském povrchu [ Bq.m -2.s -1 ] se v obou produktech určuje podle schématu: DEP = v g. C (1.3-9) Zde C začí hodotu spočteé přízemí objemové aktivity kokrétího radiouklidu a v g je rychlost suchého usazováí. Rychlost v g je tabelováa pro růzé fyzikálě-chemické formy radiouklidů resp. podle velikosti částic. V programu NORMAL byla tato data přizpůsobea přesě podle PC CREAM, kde v paelu Atmospheric Discharges byly zvoley hodoty : v g = 0.01 pro atomárí jódy v g = pro aerosolovou formu Itegrací výrazu pro DEP přes čas (při respektováí radioaktivího rozpadu) se dostae vztah pro závislost celkové depoovaé aktivity v závislosti a itegrálí přízemí kocetraci radiouklidů. g) Koeficiet vymýváí radiouklidů z oblaku atmosférickými srážkami V kódu NORMAL je možo zadat až 10 diskrétích srážkových kategorií, defiovaých a základě doporučeí árodí meteorologické služby. Dále jsou aměřey příslušé pravděpodobosti P(s) výskytu srážek o itezitě odpovídající kategorii s [mm/hod.], které potom vstupují do shora uvedeého časového vážeí průměré dlouhodobé kocetrace v sektorech. Program PC CREAM otázku srážek zjedodušuje v tom smyslu, že uvažuje avíc k původím šesti další dvě srážkové kategorie počasí, a to C s deštěm a D s deštěm. Základí mechaismus vymýváí vede k ochuzováí vlečky od radiouklidů podle schematu: Q = Q 0. exp( - Λ. t) (1.3-10) kde Q 0 je původí možství radioaktivího materiálu ve vlečce. Kostata Λ [s -1 ] začí koeficiet vymýváí. Rozdíl mezi oběma kódy tkví v tom, že NORMAL poskytuje možost využít poloempirického vztahu pro koeficiet Λ jeho parametrizací podle: Λ s γ ϑ (1.3-11) = s γ... parametr závislý a fyzikálě-chemické formě exhalace radiouklidu [hod.mm -1.s -1 ] ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 12

13 υ s... itezita srážek kategorie s [mm.hod -1 ] Tato možost v systému PC CREAM eí a zadává se již kokrétí hodota koeficietu vymýváí Λ při Discharge Data Selectio procesu. Pro srovávací výpočty byla pro I-131 použita default hodota 1,0E-4, což podle [2] je doporučeá hodota odpovídající vymýváí částic s průměrem 1 µm při itezitě srážek 1 mm/hod. Odpovídající hodota do NORMAL byla zadáa tak, aby souči γ. υ s byl rove této hodotě 1,0E-4. h) Efektiví dávka v důsledku ozářeí z radioaktivího mraku [ Sv.r -1 ] Efektiví dávku D γ [Sv] počítá program NORMAL jako souči itegrálí objemové aktivity radiouklidu v mraku CT [Bq. m -3.s] a tabelovaého dávkového faktoru R oblak [Sv.m 3.Bq -1.s -1 ] jako D γ = CT. R oblak (1.3-12) Koverzí faktor R byl převzat z [5], kde je tabelová v závislosti a typu radiouklidu a tkáě a je ulože ve vstupí databázi. Program PC CREAM při výpočtu exterího ozářeí z mraku určuje ejprve absorbovaou dávku ve vzduchu a základě poloekoečého či koečého modelu mraku. Následuje koverze absorbovaé dávky ve vzduchu a dávku a jedotlivé orgáy, kdy se využívá doporučeí ICRP Publ. 51 (1987). Na příkladu srováí dílčího ozářeí dvěma uklidy I-131 a Xe-133 se prokázala dobrá shoda mezi výsledky obou programů, icméě v oblasti blízko zdroje výpustí bude muset být původí metodika INTERATOMENERGO modifikováa. 1.4 Pozámky k zadáváí vstupů a zjištěé esrovalosti produktu PC CREAM Kokrétě pro základí vstupí pael Atmosferic Discharge Poit Data modelu PLUME: - Release height: je abízea hodota efektiví výšky výpustí max. 100 m, ale ikde se ezadává tepelá vydatost vypouštěých vzduši a jejich vertikálí rychlost výstupu. - Výpustě se zadávají v Bq/s a vypouštěá grupa uklidů se zadává ze vstupí abídky. Neí jasé, jak je možo zadat uklidy, které v abídce ejsou, apř. Ni-63, Te-132, I-135 (ASSESSOR emá ai apř. Fe-55 a Na-24); dále jaký je rozdíl mezi I131 a J131, co je apř. I135 +D - Srážky: PC CREAM euvažuje možé srážkové kategorie NORMAL: uvažuje θ s a p(s) PLUME: uvažuje kateg. A - F bez srážek, C a D se srážkami apř.: UNI80D.MET C:\CREAM\INPUT\ATMOS\MET\UNI80D.MET UNI - izotropí ve 12 směrech, pravděpodobosti v jedotlivých kategoriích počasí se měí; ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 13

14 80D - začí 80% kategorie D (celkově - déšť i bez deště) U kategorií počasí C a D s deštěm je otázkou, jaké je rozděleí podle těchto kategorií. - Neí jasé, jak vypadá příslušý meteosoubor pro volbu Uiform při paelu Site Specific Met. Data - K výsledkům podle modulu PLUME: a) grafická presetace a obrazovce je u dodaé verze zablokováa a efuguje (již bylo reklamováo) b) textové výstupy, pro každou apočítávaou variatu se vytvoří soubory: 1. plume.log 2. plume100.ho! (ebo.ps!) - Hosker, Pasquill ebo Doury 3. ru.log 4. temhos.ip Poz.: PLIST výstupí soubory se epodařilo ve stávající verzi iicializovat - zasláo k reklamaci. ad 2) má zde být: activity cocetratio i air (Bq/m 3 ) - ikde especifikováo, zda jde o groud level depositio rate (Bq.m -2.s -1 ) - a výstupu eseparováo, bez kometáře effective dose from exteral gamma irradiatio from airbore activity (Sv/y) - eseparováo, bez popisu - Pozámka k modulu ASSESSOR: při výpočtu je jede ze vstupích souborů : exids.log kde se říká, který ormalizovaý PLUME soubor se bere, apř.: C\CREAM\iput\atmos\delfiles\esort100.hos Teto soubor je ekvivaletí výstupu z PLUME pro odpovídající vzdáleosti: plume100.ho! - V User s Guide [2] str.12 je zmíka o separate models for trasport of radiouclides H-3, C- 14, Kr-85 a I-129 i atmosphere (due to their iert ature ad log half-life). Neí ovšem jasé, jak jsou tyto modely implemetováy. - Je třeba dořešit postupy, jak přidat lokality JE v ČR do PC CREAM. V ASSESSORu: New assessmet - abízí pouze západí elektráry. Je uto vyjasit, co všecho je uto připravit, aby Temelí i Dukovay byly v abídce (obyvatelstvo a zemědělská produkce a polárí či pravoúhlé mříži,... ). Bylo kozultováo při školeí a PC CREAM v NRPB. ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 14

15 1.5 Fiálí srováí výpočtů průměrých ročích (dlouhodobých) hodot kocetrací radiouklidů v přízemí vrstvě vzduchu pro případ ormalizovaých výpustí 1 Bq/s Kocepce dlouhodobých difúzích odhadů použitá v systému NORMAL je popsáa v kapitole 3.3 základího metodického mauálu tohoto systému [1]. Provedeé středováí přízemí objemové aktivity radiouklidů jak z hlediska polohy tak z hlediska časového je dáo vztahem (3.6a) tamtéž. Základem průměrováí a časově středí hodoty (ročí resp. dlouhodobé) je povětrostí statistika QIGM(k,j,m), která byla zakoupea od meteorologické služby a je sestavea a základě dlouhodobých (ročích či víceletých) měřeí a daé lokalitě. Vyjadřuje pravděpodobost, že při kokrétí povětrostí situaci j (kategorie podle Pasquilla) vítr vae ve směru sektoru k o rychlosti z kategorie m. Pole hodot QIGM se zadává ve vstupí databázi NORLOK.DAT a je podrobě popsáa v uživatelském mauálu systému NORMAL [8]. V systému NORMAL je možo zadat i další dlouhodobé povětrostí statistiky, které berou v úvahu i pravděpodobosti výskytu srážek v jedotlivých kategoriích počasí a pravděpodobosti výskytu ehomogeí stratifikace v atmosféře charakterizovaé výskytem iverzích situací s kokrétími hodotami spodí hraice iverze. Naproti tomu produkt PC CREAM ejde do takových podrobostí a omezuje se a zjedodušeí popisu povětrostí situace. Na druhé straě je třeba podtrhout, že tyto modely uspokojivě postihují hlaví rysy dlouhodobých změ počasí a Britských ostrovech. Hodoty ročí středí aktivity radiouklidů se získávají v programu PC CREAM vážeím dílčích kocetrací vztahujících se pro jedotlivé kategorie počasí (viz apříklad prví dvě tabulky v příloze 2 ebo detailí výsledky z přílohy 5), které se počítají v atmosférickém modulu PLUME. Vážeí se zde provádí podle schématu: _ j Ck ( x) = K C ( x) f j k (1.4-1) ( j ) Zde C j (x) je kocetrace aktivity v přízemí vrstvě vzduchu při kategorii počasí j ve vzdáleosti j x od zdroje výpustí a za předpokladu isotropí větré růžice. f k je defiováa jako frakce času, po kterou během roku vítr vae do sektoru i o šířce 2π/K. K je počet sektorů, a ěž je rozdělea j větrá růžice. Platí : f k = 1 ( k ) ( j ) Aby bylo možé odpovědě srovat výsledky a učiit příslušé závěry, bylo uto ejdříve provést rozsáhlou úpravu vstupů jak u programu NORMAL tak u produktu PC CREAM. Takto se obě prostředí k sobě přiblížila atolik, že je možo hovořit o přibližé shodě (slovo přibližé je míěo ve smyslu předchozí podrobé diskuse v kapitole 1.3). Vstupí data byla určitým způsobem zjedodušea, což bylo vyuceo sahou o maximálí přiblížeí obou prostředí. Tato zjedodušeí však emají vliv a platost vyvozeých závěrů. Charakteristiky základích společých dat: 1. Uiformí větrá růžice (pro NORMAL sestává ze 16-ti směrů, pro PC CREAM z 12-ti směrů). 2. Jsou testováy tři radiouklidy I-131, Xe-133, Cs-137 při jedotkové rychlosti úiku 1 Bq/s. 3. Neuvažuje se vzos vlečky. 4. Při výpočtu ejsou bráy v úvahu dešťové srážky ai možost výskytu iverzích situací. 5. Uvažová plochý teré (celé okolí do 100 km od zdroje má výšku paty komía (500 m. m.) ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 15

16 1.5.1 Úprava vstupů a straě produktu PC CREAM S produktem PC CREAM jsou distribuováy předdefiovaé meteosoubory. Jedá se o data vztahující se k uiformí větré růžici, která jsou uložea v adresáři c:\cream\iput\atmos\met\uid.met. Zde začí celkové procetí zastoupeí trváí počasí kategorie D podle Pasquilla (D s deštěm i D bez deště). Pro další účely byl zvole soubor =80, j jehož původí obsah je uvede v příloze 7. Osm řádků pravděpodobostí f k přísluší kategoriím počasí A, B, C, D, E, F, C (s deštěm) a D (s deštěm). Větrá růžice se skládá z celkově dvaácti směrů, každý směr je reprezetová jedím sloupcem. Protože se uvažuje isotropí větrá růžice, všech dvaáct sloupců je stejých. Teto soubor ui80d.met byl modifiková takovým způsobem, že se euvažoval příspěvek deště (posledí dva řádky jsou ulové) a dále byl zavede předpoklad, že součty pravděpodobostí v jedotlivých řádcích (pravděpodobosti výskytu povětrostí situace daé kategorie) jsou ásledující: kategorie A (1. řádek) : kategorie B (2. řádek) : kategorie C (3. řádek) : kategorie D (4. řádek) : kategorie E (5. řádek) : kategorie F (6. řádek) : kategorie C (1. řádek) : (s deštěm) kategorie D (1. řádek) : (s deštěm) Takto modifikovaý soubor byl azvá uior.met a je uvede opět v příloze 7. S tímto souborem pak probíhal výpočet pomocí modulu ASSESSOR, který vytvoří řadu výstupích souborů obsahujících jedak opis vstupů a dále výsledé hodoty dlouhodobých charakteristik: distag.log distag.out distrib.log exids.log poptem1.co recsec.tem tem001.ai tem001.cc tem1.id... Výsledé soubory recsec.tem a tem001.cc vztažeé k lokalitě Temelí jsou uvedey a koci přílohy 7. Prví soubor obsahuje zvoleé polohy pěti receptorů (modul ACCESSOR povoluje zvolit maximálě 5 poloh v jedom běhu). Hledaé vážeé středí hodoty přízemích objemových aktivit radiouklidů jsou tištěy v prvím sloupci Úprava vstupů a straě produktu NORMAL Jak již bylo řečeo v kap. 1.3a) v programu PC CREAM je možo zadat fixí rychlosti větru v 10 m, a to vždy jediou hodotu pro každou kategorii počasí. Proto v případě programu NORMAL bylo zvoleo 5 kategorií m rychlosti větru: v 10 = 1, 2, 3, 4, 5 m/s Pro každou kategorii počasí byla zvolea pravděpodobost jejího ročího výskytu rova 0.05 pro jedotlivé kategorie A, B, E, F a 0.40 pro kategorie C a D (viz předchozí pro PC CREAM). Potom byla speciálím způsobem zkostruováa povětrostí statistika QIGM (k, j, m) tak, aby ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 16

17 respektovala předchozí volby, a avíc pro kokrétí kategorii počasí j byly všechy hodoty pro jedotlivé kategorie rychlosti větru ulové s výjimkou kategorie, odpovídající jedié kategorii programu PC CREAM. Takto zkostruovaá statistika QIGM je uvedea v příloze 8. V této příloze jsou uvedey také použité vstupí údaje v souborech ori.dat a orlok.dat, což představuje podrobou dokumetaci k výpočtům prováděým systémem NORMAL. 1.6 Srováí dlouhodobých přízemích kocetrací radiouklidů získaých programy NORMAL a PC CREAM Celkově lze říct, že po vzájemém aladěí vstupích dat byly získáy výsledky, které prokazují velmi dobrou shodu. Podrobé výsledky podle produktu PC CREAM jsou uvedey v příloze 7, odpovídající výsledky podle NORMAL jsou pak podrobě popsáy v příloze 8. Jako ukázku grafického výstupu ze systému NORMAL uvádíme dále odpovídající srovávací výsledky ve formě barevých izoplet přízemí objemové aktivity radiouklidu I-131, vykresleé a mapovém pozadí lokality Temelí pro tuto uiformí statistiku: ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 17

18 Do ásledujících tabulek byly odtud vybráy ěkteré hodoty a z ich jsou vykresley grafy. Dlouhodobé hodoty přízemí objemové aktivity vybraých radiouklidů podle programu NORMAL (N) a PC CREAM (C) [Bq/m 3 ] : I-131 Xe-133 Cs-137 x[m] NORMAL CREAM NORMAL CREAM NORMAL CREAM 666 8,97E-8 6,7E-8 9,05E-8 6,7E-8 9,05E-8 6,7E ,43E-8 4,6E-8 6,52E-8 4,7E-8 6,51E-8 4,7E ,99E-8 2,4E-8 3,11E-8 2,4E-8 3,10E-8 2,4E ,60E-8 1,3E-8 1,69E-8 1,4E-8 1,69E-8 1,4E ,03E-8 9,0E-9 1,11E-8 9,3E-9 1,10E-8 9,3E ,18E-9 5,7E-9 6,79E-9 6,1E-9 6,75E-9 6,0E ,96E-9 3,8E-9 4,49E-9 4,2E-9 4,45E-9 4,1E ,26E-9 2,3E-9 2,71E-9 2,7E-9 2,68E-9 2,7E ,17E-9 1,2E-9 1,56E-9 1,6E-9 1,53E-9 1,6E ,71E-10 8,1E-10 1,11E-9 1,2E-9 1,09E-9 1,2E ,48E-10 5,9E-10 8,55E-10 9,5E-10 8,29E-10 9,2E ,77E-10 4,1E-10 6,45E-10 7,5E-10 6,21E-10 7,1E ,40E-10 2,8E-10 4,64E-10 5,6E-10 4,41E-10 5,2E-10 Dlouhodobé hodoty přízemí objemové aktivity I131 1,00E-07 přízemí objemová aktivita [Bq/m3] 1,00E-08 1,00E-09 NORMAL CREAM 1,00E vzdáleost od zdroje [m] ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 18

19 Dlouhodobé hodoty přízemí objemové aktivity Xe133 1,00E-07 přízemí objemová aktivita [Bq/m3] 1,00E-08 1,00E-09 NORMAL CREAM 1,00E vzdáleost od zdroje [m] Dlouhodobé hodoty přízemí objemové aktivity Cs137 1,00E-07 přízemí objemová aktivita[bq/m3] 1,00E-08 1,00E-09 NORMAL CREAM 1,00E vzdáleost od zdroje ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 19

20 1.7 Srováí výsledků NORMAL a PC CREAM pro případ validačích úloh zadaých odborou hodotící komisí č.6 pro výpočty šířeí RA produktů Validačí úlohy připravil RNDr. R. Striegler z EDU jako čle odboré hodotící komise č. 6. Obě úlohy byly propočítáy programem NORMAL a podrobé výsledky byly přiložey k dokumetaci systému NORMAL, která byla zasláa a SÚJB k hodoceí. V této práci byla validačí úloha 1 propočítáa ještě jedou za účelem vzájemého srováí výsledků podle NORMAL a PC CREAM. Základím problémem bylo astaveí odpovídajících vstupích údajů a výběr odpovídajících algoritmů tak, aby výsledky mohly být odpovědě srováváy. Musely být provedey ezbyté změy původího vstupího zadáí, které si vyutila omezeí v produktu PC CREAM. Tyto změy emají vliv a kvalitu srováváí základích řídících veliči, z jejichž hodot jsou pak odvozováy další požadovaé výsledky. V dalším textu jsou srováváy právě tyto řídící veličiy (rozptylové parametry, přízemí objemové aktivity, příko depozice, vliv srážek, ozářeí z mraku a depozice, ihalace a pod. a dále obecě výpočty příslušých dlouhodobých charakteristik). Srovávací výpočty pro úlohu č. 2 prováděy ebyly, protože program PC CREAM eí způsobilý pro akceptováí zadávaé rozličosti vstupích podmíek. Validačí úloha č.1 - původí zadáí: Meteoparametry: Kategorie stability počasí: D (trvá celý rok) Počet tříd rychlosti větru ve výšce 10 m: 1 charakteristická hodota m/s : 4,9 Počet směrů: 16 výpočet: provést ve VJV (1 směr větru po celý rok) teré: roviý (admořská výška paty zdroje 389 m) kostatí drsost m : 0,1 Počet tříd itezity srážek: 10 Charakteristická hodota mm/h : 0 Pravděpodobost tříd itezity srážek: 100% Počet vzdáleostí: 7 Vzdáleosti : km Body výpočtu: 0-1, 1-2, 2-3, 3-5, 5-7, 7-10, Výška výpustí: Tepelá vydatost zdroje: Výstupí rychlost výpustí: Blízké budovy: Doba výpusti: 125 m 4070 kw 10,0 m/s euvažovat ročí výpust Zdrojový čle: Aktivita C-14 - suma 385 E9 Bq ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 20

21 C-14 - CO 2 35 E9 Bq Ar E12 Bq Co E6 Bq Co-60 8,4E6 Bq Sr E3 Bq I-131 (aerosol + ply) 118 E6 Bq (zastoupeí jedotlivých forem: elemetárí - 30%, orgaický - 60%, aorgaický - 10%) Xe E9 Bq Cs E3 Bq Počet věkových skupi obyvatel: 1 Věkové kategorie: 1 Kritická skupia: dospělí Počet počítaých orgáů: 2 (efektiví dávka, štítá žláza) Nuté modifikace základího zadáí: Omezeí programu PC CREAM si vyžádalo redukováí ěkterých zadávaých hodot, kokrétě: lze zadat maximálí výšku výpustí 100 m eí možo zadat eulovou tepelou kapacitu vypouštěých vzduši a jejich vertikálí rychlost omezeá abídka grupy vypouštěých uklidů (elze zadat apř. Co-58 ebo aerosolovou formu I-131) elze zadat proměou drsost povrchu závislou a vzdáleosti ai orografii teréu lze rozlišovat maximálě dvě věkové kategorie (děti do 1 roku, dospělí) Kromě toho bylo uto provést celou řadu dalších modifikací vstupích údajů tak, aby bylo možé provést srováí výsledků. Z tohoto hlediska kód PC CREAM vykazuje určitá omezeí a malou flexibilitu. Proto bylo dokoce uté (z důvodu kompatibility modelů) provést ěkteré přechodé modifikace zdrojového kódu programu NORMAL. Produkt PC CREAM explicite uvádí vztahy pouze pro model HOSKER, a proto také odpovídající srovávací výpočty programem NORMAL byly provedey s alterativí volbou disperzího modelu podle HOSKER. Při výpočtu validačí úlohy 1 pomocí obou programů vycházíme z již provedeé aalýzy odlišostí metodického přístupu u systému NORMAL oproti PC CREAM, která je zde provedea v kapitole 1.3. Jedá se o odlišosti v iterpretaci při zadáváí: meteorologických poměrů rychlostího profilu po výšce vlečky a její středí rychlosti rozptylových parametrů σ y (x) a σ z (x) horí hraice směšovací vrstvy suchého výpadku radiouklidů z vlečky vymýváí radiouklidů atmosférickými srážkami koeficietů pro ozářeí γ (koečý resp. poloekoečý model mraku). ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 21

22 Nastaveí adekvátích vstupích parametrů: Ve shodě se zadáím úlohy a s ohledem a utá přizpůsobeí se programu PC CREAM byla sestavea základí lokálí data programu NORMAL azvaá VAL1IN.DAT a VAL1LOK.dat, která jsou uvedea v příloze 9 (podrobý popis formátu těchto dat je uvede v uživatelském mauálu systému NORMAL). Odpovídající vstupí údaje do programu PC CREAM byly zadáváy ze vstupích paelů. K ěkterým položkám patří ásledující kometář: a) Výpočet rozptylových parametrů σ y (x) a σ z (x): V obou systémech je užit model HOSKER pro roviý hladký teré s drsostí 0.1 m, přičemž jsou užity formule (1.3-7) resp. (1.3-8). Důvodem volby tohoto modelu je fakt, že v příslušé dokumetaci systému PC CREAM [3] je teto model podrobě popsá a lze tudíž ověřit kozisteci se stejým modelem v systému NORMAL. Srovávací výpočty pro ormalizovaé výpusti prováděé v předchozí kapitole 1.5 byly prováděy s drsostí zemského povrchu rovou 0.3 m. Příslušé srováí disperzích parametrů podle obou produktů je provedeo v příloze 1. Zde ve validačí úloze 1 je předepsáa drsost zemského povrchu 0.1 m (zlomová hodota ve vztazích (1.3-7), a proto toto srováí musí být provedeo zovu. Výsledky jsou uvedey v ásledující tabulce. Srováí hodot disperzích koeficietů pro drsost zemského povrchu 0.1 m pro model HOSKER podle kódů NORMAL a PC CREAM kategorie stability počasí D, v 10 =4.9 m/s (NORMAL) resp. v 10 =5.0 m/s (PC CREAM) vzdáleost od zdroje [m] σ y (x) [m] NORMAL σ z (x) [m] NORMAL σ z (x) [m] PC CREAM v 10 =5.0 m/s v 10 =4.9 m/s v 10 =4.9 m/s Hodoty σ z (x) vypočteé pomocí produktu PC CREAM jsou převzaty z příslušého výsledkového souboru plume.log. Uživatel emá ejmeší možost zvolit přesější umerický formát, což lze opět považovat za omezeí tohoto produktu. ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 22

23 b) Meteorologická data: Zadaá sigulárí dlouhodobá povětrostí statistika je v programu NORMAL represetováa polem QIGM(k,j,m), kde počet kategorií rychlostí větru m je rove 1 a která má všechy prvky rovy ule až a 6. prvek kategorie D (odpovídá směru VJV) mající hodotu 1 (viz VAL1LOK.DAT v příloze 9). Vyjádřeí této statistiky pro PC CREAM představuje soubor val1.met, zobrazeý v příloze 10. Tato eizotropí statistika je pak předložea při výpočtu modulům PLUME a ASSESSOR. c) Charakteristické rychlosti větru: Rychlost v deseti metrech pro NORMAL je zadáa 4.8 m/s, implicití hodota pro kategorii D je v PC CREAM rova 5 m/s. Rychlostí profil větru po výšce je represetová vztahy (1.3-1) resp. (1.3-3), což vede k hodotám rychlosti větru v efektiví výšce výpustí (100 m) u hef = 8.45 m/s podle NORMAL resp. u hef = 9.00 m/s podle PC CREAM. Tuto odchylku je třeba mít a zřeteli při iterpretaci odchylek výsledků. d) Charakteristiky suchého spadu a vymýváí, zadaé ročí výpusti: Ve všech případech byly používáy ásledující hodoty rychlosti suchého vypadáváí v g [m/s] a koeficietu vymýváí atmosférickými srážkami Λ [s -1 ]: radiouklid v g [m/s] Λ [s -1 ] ročí výpusti [Bq] C E9 Ar E12 Co-60 0,001 0,0001 8,4E6 Sr-90 0,001 0, E3 Y-90 0,001 0,0001 (ze Sr-90) I-131 0,01 0, ,4E6 I-131org. 0, , ,8E6 Xe E9 Cs dceř. 0,001 0, E3 Jedá se o implicití hodoty abízeé v paelech programu PC CREAM, které byly přeesey do vstupů NORMAL (kokrétě do databáze VAL1DB.DAT). 1.8 Kometář k výsledkům srovávacích testů Veškeré výsledky se dále vztahují k průměrým ročím hodotám získaým vážeím příslušými povětrostími statistikami. Při srováváí prvích výsledků hodot základí řídící proměé, kterou jsou přízemí objemové aktivity radiouklidů, hodoty podle NORMAL byly kozervativější (vyšší) o ěkolik desítek procet. Při pátráí po příčiě tohoto rozdílu byly objevey (a základě aalýzy [2] a [3]) další specifika v algoritmu PC CREAM: 1. V metodickém reportu PC CREAM [3] se výpočet přízemích kocetrací radiouklidů v atmosféře provádí opět pomocí vztahu (1.3-4). S tím rozdílem, že u k,j,m zde začí rychlost prouděí v efektiví výšce výpustí. Výsledky experimetů totiž ukazují, že σ y s výškou klesá. Pro kompezaci tohoto efektu je původí hodota v 10 ve jmeovateli ahrazea rychlostí v efektiví výšce výpustí (blíže viz diskuse ke vztahu (3.6a) z metodického mauálu systému NORMAL). Proto za účelem srováí byla v programu NORMAL v 10 ahrazea rychlostí ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 23

24 v H ef. Tím došlo ke sížeí výsledých hodot přízemích kocetrací radiouklidů ve vzduchu vypočítávaých podle NORMAL a k přiblížeí k výsledkům PC CREAM. 2. Další příčiou kozervativosti výsledků podle NORMAL se ukázal fakt, že u výsledků podle PC CREAM byla použita implicití větrá růžice sestávající z 12ti směrů. Vážeí podle dlouhodobé statistiky se pak provádí podle předchozího vztahu (1.4-1), kde sektor má rozměr 2π/12 radiáů. Při výpočtech podle NORMAL bylo zachováo rozděleí větré růžice do 16ti směrů, kdy jede sektor má velikost 2π/16 radiáů. Vzhledem k tomuto faktu lze očekávat, že středí velikost řídící veličiy kocetrací radiouklidů ve vzduchu bude v případě NORMAL o 16/12 větší, ež v případě PC CREAM. Nejedá se v žádém případě o chybu ve výsledcích, jde o regulárí systematickou odchylku v důsledku středováí a růzě velkých itervalech. 3. Je třeba provést správou sekveci výpočtů podle PC CREAM spočívající v tom, že v prvím kroku je třeba spustit výpočet atmosférického modulu PLUME s modifikovaou vstupí grupou dat. Ve druhém kroku je uté zabezpečit korektí trasport těchto atmosférických disperzích charakteristik spolu se stejou grupou dat do modulu ASSESSOR. Z předchozích bodů ebyl ve výpočtech zohledě bod 2. Lze amítout, proč ebyly i tyto velikosti sektorů větré růžice ztotožěy. Důvodem je eúměrá práce a modifikaci dat, která dokoce v případě PC CREAM eí zcela zřetelě dokumetováa. Majíce a zřeteli tuto systematickou odchylku 25 % ve směru kozervativějšího odhadu pomocí NORMAL, provedeme koečé srováí základích výsledků pro validačí úlohu č. 1. Kompletí výsledky modifikovaé validačí úlohy 1 podle obou produktů jsou uložey v EGP v elektroické formě. Pro program NORMAL jsou přiložey modifikovaé vstupí soubory: val1.dat val1lok.dat val1db.dat suroig.dat Všechy tyto vstupí soubory jsou podrobě popsáy v uživatelském mauálu systému NORMAL. Dále je v EGP ulože kompletí výstup z NORMAL jako soubory: or20.out grafy.out Pro výsledky podle PC CREAM jde o soubory: Výsledky atmosférického modulu PLUME: plume.log plume100.ho! Výsledky modulu ASSESSOR: (program umožňuje zadat v jedom běhu je 5 receptorových bodů eboli vzdáleostí od zdroje, proto byly výpočty opakováy třikrát) distag.ou1 poloha receptorů: 667 m, 1667 m, 2667 m, 3667 m, 5667 m distag.ou2 poloha receptorů: 7667 m, 9333 m, m, m, m distag.ou3 poloha receptorů: m, m, m, m, m tem001.c1. kocetrace, dávky od γ a β zářeí - 1. pětice receptorů tem001.c2. kocetrace, dávky od γ a β zářeí - 2. pětice receptorů tem001.c3. kocetrace, dávky od γ a β zářeí - 3. pětice receptorů tem001.ai1. úvazky dávky při ihalaci,, - 1. pětice receptorů tem001.ai2. úvazky dávky při ihalaci,, - 2. pětice receptorů tem001.ai3. úvazky dávky při ihalaci,, - 3. pětice receptorů ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 24

25 K výsledkům je přiložea i sigulárí povětrostí statistika val1.met (viz příloha 10) speciálě vytvořeá podle zadáí validačí úlohy 1. Pro rychlejší orietaci jsou příslušé výstupy pro 1. pětici receptorů uvedey v příloze 11. V ásledujícím textu jsou vybráy ěkteré z výsledků podle obou produktů do tabulek a grafů tak, aby mohla být provedea ezbytá diskuse vzájemého srováí: α) Srováí objemových aktivit radiouklidů v přízemí vrstvě vzduchu Do tabulky jsou vybráy výsledé kocetrace ěkterých radiouklidů a z těchto hodot jsou pak sestrojey grafické závislosti a obrázcích 1.8-1a a 1.8-1b. Systematicky větší hodoty podle NORMAL lze vysvětlit výše zmíěou odlišostí počtu směrů větré růžice. Tab.1.8-1: Srováí přízemích objemových aktivit [Bq/m 3 ] vzdál. od PC CREAM NORMAL zdroje [m] Ar-41 I-131 Cs-137 C-14 Ar-41 I-131 Cs-137 C ,70E-02 3,40E-08 5,70E-10 3,70E-04 2,50E-02 2,87E-08 4,84E-10 3,12E ,80E-01 4,90E-07 8,30E-09 5,30E-03 4,97E-01 6,43E-07 1,09E-08 7,01E ,60E-01 4,70E-07 7,90E-09 5,10E-03 4,48E-01 5,81E-07 9,49E-09 6,93E ,70E-01 3,50E-07 5,90E-09 3,80E-03 3,69E-01 4,78E-07 8,25E-09 5,34E ,50E-01 2,10E-07 3,50E-09 2,30E-03 2,08E-01 2,72E-07 4,78E-09 3,10E ,90E-02 1,30E-07 2,30E-09 1,50E-03 1,31E-01 1,74E-07 3,10E-09 2,01E ,30E-02 1,00E-07 1,80E-09 1,10E-03 1,01E-01 1,36E-07 2,45E-09 1,59E ,20E-02 5,80E-08 1,10E-09 6,80E-04 5,51E-02 7,62E-08 1,41E-09 9,19E ,40E-02 3,50E-08 6,40E-10 4,20E-04 3,25E-02 4,68E-08 8,90E-10 5,82E ,10E-02 1,90E-08 3,50E-10 2,30E-04 1,51E-02 2,40E-08 4,75E-10 3,12E ,10E-03 1,30E-08 2,40E-10 1,60E-04 9,91E-03 1,69E-08 3,45E-10 2,27E ,40E-03 8,90E-09 1,70E-10 1,10E-04 5,88E-03 1,12E-08 2,37E-10 1,57E ,90E-03 6,60E-09 1,30E-10 8,60E-05 3,78E-03 8,08E-09 1,77E-10 1,17E ,70E-03 4,50E-09 9,20E-11 6,10E-05 2,27E-03 5,68E-09 1,30E-10 8,64E ,50E-04 3,20E-09 6,90E-11 4,50E-05 1,17E-03 3,73E-09 9,03E-11 6,05E-05 ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 25

26 Obr.č.1.8-1a: Srováí přízemích objemových aktivit Ar41 [Bq/m3] 1,00E+00 objemová aktivita [Bq/m3] 1,00E-01 1,00E-02 1,00E-03 PC CREAM NORMAL 1,00E-04 1,00E+02 1,00E+03 1,00E+04 1,00E+05 vzdáleost od zdroje [m] Obr.1.8-1b: Srováí přízemí objemové aktivity [Bq/m3] počítaé programem PC CREAM a NORMAL 1,00E+00 1,00E-01 objemová aktivita [Bq/m3] 1,00E-02 1,00E-03 1,00E-04 1,00E-05 1,00E-06 1,00E-07 1,00E-08 1,00E-09 1,00E-10 1,00E vzdáleost od zdroje [m] PC CREAM Ar41 PC CREAM I131 PC CREAM Cs137 PC CREAM C14 NORMAL Ar41 NORMAL I131 NORMAL Cs137 NORMAL C14 ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 26

27 β) Srováí depozičího příkou aktivity Depozičí příko aktivity radiouklidů [Bq.m -2.s -1 ] je dá výrazem (1.3-9) a sleduje tudíž průběh přízemí kocetrace. Vlastí časová závislost depozice [Bq.m -2 ] je pak získáa itegrací podle vztahu (3.24) základího metodického mauálu systému NORMAL [1]. Z tohoto důvodu lze v případě srováváí hodot depozice kostatovat stejě dobrou shodu mezi oběma produkty, jako v případě předchozích přízemích kocetrací. γ) Srováí ročích efektivích dávek od γ-zářeí z mraku a depozice Ročí dávka od γ-zářeí z mraku [Sv/rok] se počítá v programu NORMAL a základě poloekoečého modelu mraku jako (viz vztah (4.7b) z [1]): a,, o, k, o H oblak ( T = 1rok, x) = Ck ( x) Roblak 3,15 E + 7 (1.8-1) tedy jako souči přízemí kocetrace a tabelovaého dávkového faktoru. Obdobě ročí dávka zářeí od depoovaého radiouklidu a se vyjádří pomocí příslušého koverzího dávkového faktoru pro depozici (viz vztah (4.8a) z [1]). Je třeba zdůrazit, že výsledky podle NORMAL se vztahují k 1. roku provozu jaderého zařízeí. Zameá to, že a příklad krátkodobé izotopy dosáhly svojí rovovážé kocetrace (apř. I-131), zatímco dlouhodobé izotopy (apř. Co-60) svojí rovovážé depoovaé kocetrace ještě edosáhly. Kocetrace depoovaé aktivity po 1. roce provozu pro zmíěé dva uklidy jsou a obrázku 1.8-2c. Hodoty příslušých koverzích faktorů mají původ v doporučeích metodiky INTERATOMENERGO. Vybraé výsledky pro srováváí jsou uvedey v tabulce a a obrázcích 1.8-2a a 1.8-2b. Z grafického srováí a obrázku 1.8-2a plye, že ve vzdáleostech do 1 km od zdroje zečistěí jsou výsledky NORMAL podstatě ižší ež u PC CREAM (použit model koečého rozměru mraku). Teto rozdíl je ještě umocě použitým modelem disperzích koeficietů podle HOSKER, který v důsledku malého rozptylu dává v malých vzdáleostech velmi ízké kocetrace v přízemí vrstvě vzduchu (teto efekt pro model disperze KfK se podstatě smazává). Na druhé straě výsledky srováí pro vzdáleosti ad 1 km potvrzují dobrou shodu. Faktem ale zůstává, že do produktu NORMAL musí být implemetová model koečého rozměru mraku či ěkterá jeho modifikace (uvažuje se o algoritmu systému RODOS). Nicméě i v této situaci má uživatel systému NORMAL možosti k provedeí určitých margiálích odhadů (a příklad volbou boxového modelu pro mechaismus atmosférického rozptylu). Na obrázku 1.8-2b je provedeo srováí ročí efektiví dávky od depoovaé aktivity dvou vybraých radiouklidů. Zde je zřejmá větší odchylka výsledků, které jsou podle NORMAL ěkolika ásobě kozervativější. Pokud se týká řídící veličiy, kterou je v tomto případě depozičí příko aktivity, byla pro i kostatováa velmi dobrá shoda mezi oběma programy. Z toho plye, že příčiou odchylky jsou hodoty použitých koverzích faktorů. Obecě platí, že výpočet dávek od zevího ozářeí ve vzdáleosti x od zdroje se počítá ve dvou krocích. Nejdříve se pro zadaou situaci a kofiguraci vypočte eergie absorbovaá ve vzduchu v místě x v [Gy] a ve druhém kroku se pak provádí koverze této hodoty a dávku a příslušé orgáy či tkáě vyjadřovaé v [Sv]. Používaé koverzí faktory jsou dáy doporučeími ICRP a jsou postupem času stále upřesňováy. V programu PC CREAM se jedá o ICRP Publicatio 51, zatímco v původí verzi programu NORMAL se používalo starší doporučeí zabudovaé původě do metodiky INTERATOMENERGO. ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 27

28 Výpočty eergie absorbovaé ve vzduchu představují velký objem práce, a proto jsou výsledky obvykle předem apočítáy jako matice do příslušé vstupí databáze. Tak apříklad pro vější ozářeí od jedotkové izotropí depozice a zemském povrchu jsou pro jedotlivé eergie emitovaých fotoů spočtey absorbovaé eergie ve výšce 1 metr ad zemí. Pak se provede přepočet a příslušou dávku pomocí doporučeí ICRP. Celý teto proces se pro účely hodoceí vlivu ormálího provozu jaderého zařízeí zjedoduší a zprůhledí tak, že za řídící hodotu se považuje časově kostatí depozičí příko aktivity, přičemž veškeré koverze jsou apočítáy do časových itegrálů (1 rok, 50 roků, ) dávek od ormalizovaého depozičího příkou aktivity kokrétího radiouklidu 1 Bq.m -2.s -1. A právě tyto časové itegrály (představují jistý druh koverzích koeficietů) jsou v produktu PC CREAM zabudováy do vstupí databáze. Obdobě ozářeí fotoy z mraku je v PC CREAM akoec počítáo jako souči řídící veličiy (v tomto případě je to rychlost vypouštěé aktivity v Bq.s -1 ) a apočítaých a tabelovaých dávek pro daou výšku výpustí a pro ormalizovaou rychlost výpustí 1 Bq.s -1, ve které jsou veškeré koverze zohleděy. V programu NORMAL je zahrut poěkud odlišý postup. Dávkový příko od depoovaého radiouklidu se počítá jako souči řídící veličiy (v tomto případě okamžité hodoty depoovaé aktivity v Bq.m -2 ) a tabelovaého koverzího faktoru podle vztahu (4.8a) ze základího metodického mauálu [1]. Obdobě dávkový příko pro ozářeí z mraku je počítá podle modelu poloekoečého mraku podle (4.7a) z [1] jako souči řídící veličiy (přízemí objemové aktivity) a příslušého koverzího dávkového faktoru. Ročí dávky se pak počítají itegrací těchto výrazů. Ke zde prováděému srováí efektivích dávek od vějšího ozářeí z mraku a depozice je třeba kostatovat větší stupeň kozervatizmu obsažeý ve výsledcích získaých podle programu NORMAL. Novější metodika používaá pro koverzi a dávky od vějšího ozářeí představuje silou a ispirativí stráku produktu PC CREAM. Obdobé zahrutí ovějších doporučeí ICRP pro tyto případy je pláováo pro další etapu zpřesňováí algoritmů systému NORMAL. Tab.1.8-2: Srováí efektiví dávky [Sv/rok] ozářeí od gama z mraku ozářeí od gama z depozice [Sv/rok] Depozice TB=1rok [Bq/m2] vzdáleost [Sv/rok] od zdroje PC CREAM NORMAL PC CREAM NORMAL NORMAL [m] Ar-41 Ar-41 Co-60 I-131 Co-60 I-131 Co-60 I ,90E-06 4,72E-08 6,30E-12 2,80E-12 1,27E-11 3,46E-12 2,02E-04 2,88E ,10E-07 9,39E-07 9,10E-11 4,10E-11 2,85E-10 7,74E-11 4,52E-03 6,45E ,90E-07 8,47E-07 8,80E-11 3,90E-11 2,61E-10 7,00E-11 4,14E-03 5,83E ,10E-07 6,97E-07 6,60E-11 2,90E-11 2,16E-10 5,75E-11 3,43E-03 4,79E ,40E-07 3,93E-07 3,90E-11 1,70E-11 1,25E-10 3,28E-11 1,99E-03 2,73E ,60E-07 2,48E-07 2,60E-11 1,10E-11 8,13E-11 2,10E-11 1,29E-03 1,74E ,20E-07 1,91E-07 2,00E-11 8,40E-12 6,43E-11 1,63E-11 1,02E-03 1,36E ,90E-08 1,08E-07 1,20E-11 4,90E-12 3,69E-11 9,17E-12 5,86E-04 7,64E ,00E-08 6,14E-08 7,10E-12 3,00E-12 2,33E-11 5,64E-12 3,70E-04 4,70E ,00E-08 2,85E-08 3,90E-12 1,60E-12 1,25E-11 2,88E-12 1,38E-04 2,40E ,30E-08 1,87E-08 2,70E-12 1,10E-12 9,01E-12 2,04E-12 1,43E-04 1,70E ,90E-09 1,11E-08 1,90E-12 7,40E-13 6,21E-12 1,34E-12 9,86E-05 1,12E ,30E-09 7,14E-09 1,50E-12 5,50E-13 4,64E-12 9,73E-13 7,36E-05 8,11E ,10E-09 4,29E-09 1,00E-12 3,70E-13 3,40E-12 6,84E-13 5,39E-05 5,70E ,80E-09 2,21E-09 7,60E-13 2,70E-13 2,36E-12 4,50E-13 3,75E-05 3,75E-05 ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 28

29 Obr.1.8-2a: Obr.7.2a: Efektiví dávka od gama zářeí z mraku [Sv/rok] 1,00E-05 efektiví dávka [Sv/rok] 1,00E-06 1,00E-07 1,00E-08 PC CREAM Ar41 NORMAL Ar41 1,00E vzdáleost od zdroje [m] efektiví dávka [Sv/rok] Obr.1.8-2b: Obr.7.2b: Efektiví dávka od gama zářeí z depozice [Sv/rok] 1,00E-09 PC CREAM Co60 PC CREAM I131 NORMAL Co60 1,00E-10 NORMAL I131 1,00E-11 1,00E-12 1,00E vzdáleost od zdroje [m] ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 29

30 Obr.1.8-2c: Obr.7.2c: Depozice TB=1rok [Bq/m2] 1,00E-02 plošá aktivita [Bq/m2] 1,00E-03 1,00E-04 NORMAL Co60 NORMAL I131 1,00E vzdáleost od zdroje [m] δ) Úvazek ročí dávky vitřího ozářeí v důsledku ihalace kotamiovaého vzduchu Dávkový příko v [Sv.s -1 ] a orgá o pro jedice z věkové kategorie a vyvolaý radiouklidem ovlivňující orgá skrze mechaismus dýcháí tohoto jedice dlouhodobě pobývajícího v místě x sektoru k se určuje ve shodě se základím mauálem [1] podle: & a,, o, k ( ) & a,, k a,, o H x = B ( x) R (1.8-2) ih ih ih...je tabelovaý dávkový faktor z ozářeí při ihalaci uklidu a orgá o jedice z a [Sv.Bq -1 ] a k...je vteřiový příjem radiouklidu při ihalaci jedice z kat. a žijícího v místě x sektoru a,, o R ih &,, B ih k a je dá vztahem: B & ( x) & u (1.8-3) a,, k ih = A χ k ( x) a ih kde C( x) = A & χ ( x) je přízemí kocetrace [Bq.m -3 ] a u je rychlost dýcháí k jedice z věkové kategorie a [m 3.s -1 ]. V případě idealisovaých dlouhodobých stacioárích výpustí představuje veličia ze vztahu (1.8-3) časově kostatí hodotu a pak tedy hodota příslušého úvazku v [Sv] za dobu T je dáa výrazem: a,, o, k a,, k a,, o H ( T, x) = B& R& T (1.8-4) ih ih ih Je zřejmé, že se jedá o kozervativí odhad, který předpokládá, že jediec žije v místě x po celou uvažovaou dobu T. Jelikož se jedá o ročí dávku, dosazuje se T=1 rok, přičemž pro výsledky podle NORMAL se opět jedá o úvazek dávky za prví rok provozu. ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 30

31 Pro astaveí ekvivaletích podmíek je ještě třeba defiovat charakteristické faktory eje pro ihalaci, ale i faktory umístěí a stíěí. Neuvažuje se faktor pobytu uvitř budov. Ihalačí rychlost byla převzata podle implicitích hodot z PC CREAM jako: u ih (x) = m 3 /rok u ih (x) = m 3 /rok. pro kategorii dospělých. pro kategorii dětí do 1 roku Výsledé hodoty úvazku efektiví dávky podle obou produktů jsou srováy v tabulce 1.8-3, graficky pak a obrázku Na prví pohled je zřejmý velký rozptyl výsledků. Nicméě tyto diferece lze sado vysvětlit, vrátíme-li se ke vztahům (1.8-2) a (1.8-3). Hlaví řídící veličiou je zde přízemí kocetrace radiouklidů, která v obou případech vykazuje velmi dobrou shodu. Důvod tedy tkví v koverzím dávkovém faktoru R. Ze zadáí výpustí plye, že domiatí úlohu pro případ vitřího ozářeí ihalačí cestou hraje radioizotop C-14, provedeme tedy srováí pro teto izotop. Podle dokumetace pro PC CREAM má příslušý koverzí dávkový faktor pro dospělé a děti hodoty: R = 1,3 E-9 Sv. Bq -1.. pro dospělé R = 4,1 E-9 Sv. Bq -1.. pro děti Pro výpočty pomocí programu NORMAL jsou použity koverzí faktory původě z vyhlášky SÚJB č.184/97 Sb. (yí č.307/2002 v platém zěí), které jsou tam rozlišováy v závislosti a typu absorpce v plících, tedy a rychlosti, se kterou chemická substace obsahující radiouklid přechází z plic do tělesých tekuti (f - rychle, m - středě, s - pomalu). Pro zvoleý radiouklid C-14 to jsou hodoty: Dospělí: Děti: R = 5,8 E-9 Sv. Bq -1 (s) R = 2,0 E-9 Sv. Bq -1 (m) R = 2,0 E-10 Sv. Bq -1 (f) R = 1,9 E-8 Sv. Bq -1 (s) R = 8,3 E-9 Sv. Bq -1 (m) R = 6,1 E-10 Sv. Bq -1 (f) Ve srovávacích výpočtech eí prováděa bližší aalýza způsobu vstřebáváí ihalovaé substace a jsou použity ejkozervativější hodoty koeficietů. Tímto jsou vysvětley odchylky úvazku efektiví dávky z obr Je zřejmé, že hodoty koeficietů pro mechaismus vstřebáváí m se blíží shora uvedeým implicitím hodotám použitým v PC CREAM. V tomto případě by pak shoda výsledků byla podstatě lepší. ε) Úvazky dávky od vitřího ozářeí v důsledku ročího příjmu radiouklidů igesčí cestou V programu NORMAL je zabudová dyamický model trasportu radiouklidů potravími řetězci ENCONAN, pro který byla shromážděa česká data. Metodologie v PC CREAM je poěkud odlišá a také cesta vzájemého astaveí odpovídajících vstupů je obtížá. Proto vzájemé srováváí výsledků ebylo prováděo a správost fukce modelu ENCONAN je deklarováa s ohledem a odpovídající dílčí srovávací aalýzu zátěže igesčí cestou s kódem COSYMA, jejíž výsledky byly publikováy v [6]. Zde pouze pozameejme, že při výpočtech pomocí programu NORMAL jsou výsledky podle ENCONAN asi o 5-10% ižší ež alterativí výsledky výpočtů dávek s dříve používaým statickým modelem INTERATOMENERGO. ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 31

32 Tab.1.8-3: Úvazek efektiví dávky z ihalace (ročí příjem) [mikrosv/rok] od C-14 vzdáleost PC CREAM NORMAL od zdroje [m] dospělí děti dospělí děti 667 3,50E-03 2,90E-03 1,32E-02 1,13E ,00E-02 4,10E-02 2,96E-01 2,53E ,90E-02 4,00E-02 2,98E-01 2,50E ,60E-02 3,00E-02 2,26E-01 1,93E ,20E-02 1,80E-02 1,31E-01 1,12E ,40E-02 1,20E-02 8,50E-02 7,26E ,10E-02 8,90E-03 6,73E-02 5,74E ,50E-03 5,30E-03 3,89E-02 3,32E ,00E-03 3,30E-03 2,46E-02 2,46E ,20E-03 1,80E-03 1,32E-02 1,13E ,50E-03 1,20E-03 9,60E-03 8,19E ,10E-03 8,80E-04 6,64E-03 6,64E ,20E-04 6,70E-04 4,95E-03 4,22E ,80E-04 4,70E-04 3,65E-03 3,12E ,30E-04 3,50E-04 2,56E-03 2,18E-03 Obr.1.8-3: Obr.7.3: Úvazek efektiví dávky z ihalace C14 (ročí příjem) [mikrosv/rok] 1,00E+00 efektiví dávka [mikrosv/rok] 1,00E-01 1,00E-02 1,00E-03 PC CREAM dospělí PC CREAM děti NORMAL dospělí NORMAL děti 1,00E vzdáleost od zdroje [m] Závěrem pozameejme, že i když validačí úloha 2 ebyla ze shora uvedeých důvodů srováváa, lze apř. využít grafické prezetace izoplet také jako určitou metodu ověřováí kozistece vstupích dat. Na ásledujícím obrázku jsou zázorěy výsledky výpočtů pro validačí úlohu 2. Zde jsou a mapovém pozadí lokality JE Dukovay zázorěy izoplety přízemí kocetrace Cs-137. Z obrázku je hed vidět, že získaé geografické souřadice zdroje výpustí ebyly zadáy zcela přesě. ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 32

33 ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 33

34 1.9 Rámcové prověřeí výpočtů pro PpBZ a základě srováí s produktem PC CREAM Ve spektru vypouštěých uklidů zadaém pro ověřovací výpočty prováděé v PpBZ (předprovozí bezpečostí zpráva) pro JE Temelí mají poměrě výrazé zastoupeí radiouklidy H-3 a C-14. Proto byl algoritmus dyamického modelu trasportu těchto dvou uklidů potravími řetězci dopracová tak, aby byl respektová jejich specifický přeos do rostli a základě fotosytézy. Přitom jak suché vypadáváí tak vymýváí atmosférickými srážkami je ve shodě s ovými pozatky považováo za ulové. Metodika zabudovaá do igesčího modelu kódu NORMAL je popsáa v prví části mauálu tohoto produktu. Pro ověřovací výpočty bylo opět uto provést ěkteré modifikace, které umoží adekvátí srováváí výsledků obou produktů. Z důvodů zmíěých v diskusi ke vztahům (1.3-7) v kapitole (1.3) bylo třeba použít model HOSKER pro určováí koeficietů disperse. Z dalších vstupích dat pro ověřovací výpočty pro PpBZ byly kostruováy příslušé odpovídající vstupy do PC CREAM, především charakteristiky grupy vypouštěých uklidů, povětrostí charakteristiky a parametry modelu potravích řetězců. Redukovaá grupa vypouštěých uklidů (jsou vybráy pouze prvky s podstatým zastoupeím) zadávaá pro PC CREAM je uvedea v ásledující tabulce: uklid ročí výpusť itezita výpustí vg Λ igesce: faktor f1 typ absorpce H-3 2,50e+13 7,93e+5 0,0 0,0 1 V C-14 6,60e+11 2,09e+04 0,0 0,0 1 V Ar-41 2,14e+12 6,79e+04 0,0 0,0 0 G Kr-85 2,41e+14 7,64e+06 0,0 0,0 0 G Kr-87 1,64e+13 5,20e+05 0,0 0,0 0 G Kr-88 4,42e+13 1,40e+06 0,0 0,0 0 G I-131 6,71e+08 2,13e+1 0,020 0, F Xe-133 1,21e+15 3,84e+07 0,0 0,0 0 G Xe-135 1,70e+13 5,39e+05 0,0 0,0 0 G Cs-137 7,16e+05 2,27e-02 0,008 0, F Z povětrostí statistiky QIGM zadaé v PpBZ a pravděpodobostí srážek se zkostruoval příslušý meteosoubor pro PC CREAM ásledujícím způsobem: Celkové ročí pravděpodobosti výskytu jedotlivých kategorií počasí plyoucí ze zadaé dlouhodobé povětrostí statistiky QIGM jsou ásledující: Kateg. počasí A B C D E F Pravděpodob. výskytu 0,0188 0,0496 0,1210 0,5990 0,0493 0,1630 V programu PC CREAM jsou uvažováy stejé kategorie rozšířeé o další dvě srážkové kategorie: C sr, D sr. Celková pravděpodobost výskytu srážek v zadáí PpBZ pro výpočty podle NORMAL je zhruba 10 procet (přesě podle zadáí 9,5 %). Předpokládejme, že pro zadáí pro obdobé výpočty podle PC CREAM ové srážkové kategorie C sr a D sr budou jejich pravděpodobosti výskytu rovy 10 procetům pravděpodobostí původích kategorií C a D. Aproximace pro PC CREAM pak defiujeme podle: ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 34

35 Kat. počasí A B C D E F C sr D sr pravděpod. výskytu 0,0188 0,0496 0,1089 0,5391 0,0493 0,1630 0,0121 0,0599 Takto byl vytvoře ový meteosoubor s ázvem ui59tem.met, který je při výpočtu podsuut modulu ASSESSOR produktu PC CREAM. Soubor je uvede v ásledující tabulce. Soubor ui59tem.met : [Met_File_Title] UNIFORM WINDROSE, 12%+59% CATEG. C+D, ostat. podle NORMAL, 10% dest C+D (PP: ) # 12, 12, 15.0, 8 S m ě r kategorie stability počasí A B C D E F C sr D sr Výskyt iverzích situací produkt PC CREAM eumožňuje zadávat, a proto i pro NORMAL proběhly výpočty bez iverzí. Nicméě je zahrut vliv horí hraice směšovacích vrstev v závislosti a jedotlivých třídách stability počasí zmíěý v předchozích kapitolách. Tolik k aladěí meteosituace pro ověřovací výpočty podle produktu PC CREAM podle reálé dlouhodobé povětrostí statistiky QIGM, zadaé meteorologickou službou pro výpočty PpBZ podle kódu NORMAL. I když ejde o celkové ztotožěí vstupů (což ai eí možé vzhledem k omezeím produktu PC CREAM - viz předchozí kapitoly), ituitivě lze očekávat, že výsledky by se eměly podstatěji lišit. Cílem je srovávat eje základí řídící veličiy (což ostatě bylo detailě prováděo v předchozích kapitolách 1.7 a 1.8), ale hlavě hodoty efektivích dávek pro kritickou skupiu dospělých a dále pak příspěvky k této veličiě jak od jedotlivých cest ozářeí tak od jedotlivých radiouklidů (včetě ověřeí ového algoritmu pro trasport C-14 a H-3 potravími řetězci). Další provedeé úpravy společých vstupů do obou programů: 1. Neí uvažová vliv blízkostojících objektů. 2. Uvažová roviý teré bez převýšeí. ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 35

36 3. Drsosti teréu typu RURAL (hladký teré) zadávaé v PC CREAM echť odpovídá kostatí drsost teréu 0,1 m zadávaá pro výpočty podle NORMAL. 4. Je zadáa ulová tepelá vydatost a vertikálí výstupí rychlost vypouštěých vzduši. 5. Ihalačí itezita dospělých 6930 m 3 /rok zadáa podle NORMAL. 6. Atmosférická disperze je počítáa pro hladký teré (vztahy podle HOSKER). 7. Výskyt iverzích situací se euvažoval. 8. Faktory setrváí pro zvoleé výpočtové vzdáleosti od zdroje (produkt PC CREAM umožňuje v jedom běhu aalyzovat max. 5 vzdáleostí) byly zvoley podle: Receptor č. vzdál. od zdroje [m] stráveý čas [hod/rok] frakce času uvitř budov stíěí γ mrak ,0 1,0 1, ,0 1,0 1, ,0 1,0 1, ,0 1,0 1, ,0 1,0 1,0 stíící faktor pro depozici Naproti tomu úpravy vstupů se zastavily a určité úrovi (z důvodu eje přílišé komplikovaosti, ale ěkdy i pro edostatek podkladů). K hlavím rozdílům patří to, že ebyly ztotožěy: Koverzí dávkové faktory pro jedotlivé cesty ozářeí, přičemž pro program NORMAL jsou pro efektiví dávku pro vitří ozářeí důsledě používáy koeficiety podle vyhlášky SÚJB č. 184/97 Sb. (později podle č.307/2002), pro ekvivaletí dávky pak kozervativí hrubý odhad podle vztahu (4.23b) ze základího metodického mauálu systému NORMAL z r V obou produktech se však vychází z příslušých doporučeí ICRP. I když se jedá o poěkud časově odlišé verze, eměly by se podstatě lišit. Spíše je třeba si dát pozor a iterpretaci růzého charakteru metabolického trasportu radiouklidů. Parametry potravích řetězců obou programů. Byly poecháy implicití hodoty pro případ produktu PC CREAM (hovězí maso, mléko, mléčé produkty, játra, listová a kořeová zeleia, obiliy a ovoce, aopak eí uvažováa kozumace skopového masa). Pro kód NORMAL jsou příslušé parametry dyamického modelu ENCONAN popsáy v metodice a uživatelském mauálu. Pro bližší astaveí časových zpožděí a zpracováí potravi a jejich skladováí eí pro produkt PC CREAM dostatek iformací a jsou předpokládáy běžé evropské hodoty. Za těchto podmíek pak proběhly výpočty podle obou produktů, z ichž dále vybereme ty, které se týkají staoveých cílů procedury srováváí. Úvazky efektiví dávky pro dospělé [µsv] ve vzdáleostech zvoleých receptorů (směr č. 8 JJV): Receptor č. Vzdáleost od zdroje [m] Ročí dávka NORMAL [µsv] Ročí dávka PC CREAM [µsv] ,26 E-01 3,0 E ,29 E-01 1,8 E ,06 E-01 1,3 E ,11 E-02 6,2 E ,06 E-02 2,8 E-02 ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 36

37 1.10 Demostrováí vlivu jedotlivých cest ozářeí a příspěvku jedotlivých radiouklidů a) VÝSLEDKY PODLE NORMAL: Dospeli 1 (ef. dávka) (ŠŽ) 6 7 * E.o.z mraku * E.o.z depa * ihalace * igesce * ihal.z resus. [Sv] 6.56E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E+00 Dospeli * E.o.z mraku * E.o.z depa * ihalace * igesce * ihal.z resus. [%] Dospeli Radiouklid [Sv] H3 1.70E E E E E E E+00 C E E E E E E E-12 NA E E E E E E E-14 AR E E E E E E E-09 CR E E E E E E E-16 FE E E E E E E E+00 CO E E E E E E E-14 NI E E E E E E E+00 KR85M 1.27E E E E E E E-10 ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 37

38 KR E E E E E E E-08 KR E E E E E E E-08 KR E E E E E E E-08 TE E E E E E E E+00 I E E E E E E E-11 I E E E E E E E-13 I E E E E E E E-11 I E E E E E E E-13 I E E E E E E E-12 XE E E E E E E E-07 XE135M 4.38E E E E E E E-12 XE E E E E E E E-09 XE E E E E E E E-11 CS E E E E E E E-12 CS E E E E E E E Dospeli Radiouklid H C NA AR CR FE CO NI KR85M KR KR KR TE I I I I I XE XE135M XE XE CS CS ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 38

39 b) VÝSLEDKY PODLE PC CREAM: Committed idividual doses (mikrosv) i year 1 Site: TEMC14 Receptor: poit 2 Age: Adult Stack: All Nuclide Paret Ihal. Cld gamma Dep gamma Resus. Cld beta Dep beta H-3 2.3E E E E E E+00 C E E E E E E+00 AR E E E E E E+00 KR E E E E E E+00 KR E E E E E E+00 KR E E E E E E+00 I E E E E E E-05 XE E E E E E E+00 XE E E E E E E+00 CS E E E E E E-08 Total 4.6E E E E E E-05 Nuclide Paret Gree veg Grai Root veg Cow meat Cow liver Shp meat H-3 1.5E E E E E E+00 C E E E E E E+00 AR E E E E E E+00 KR E E E E E E+00 KR E E E E E E+00 KR E E E E E E+00 I E E E E E E+00 XE E E E E E E+00 XE E E E E E E+00 CS E E E E E E+00 Total 4.9E E E E E E+00 Nuclide Paret Shp liver Milk Milk prod Fruit Total H-3 0.0E E E E E-02 C E E E E E-02 AR E E E E E-03 KR E E E E E-04 KR E E E E E-03 KR E E E E E-02 I E E E E E-03 XE E E E E E-02 XE E E E E E-03 CS E E E E E-06 Total 0.0E E E E E-01 ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 39

40 1.11 Literatura [1] Program NORMAL a oceěí radiačí zátěže obyvatelstva v okolí jaderých zařízeí za ormálího provozu - metodická část. Techická zpráva EGP, květe 1999, rev. verze říje [2] PC - CREAM 97: Istallatio ad User Guide. EUR EN, NRPB-SR296 [3] Methodology for Assessig the Radiological Cosequeces of Routie Releases of Radiouclides to the Eviromet. EUR (1995). [4] PpBZ, jaderá elektrára Temelí. Kap : Vliv JE a okolí za ormálího provozu. EGP Praha a.s., Arch. č. EGP [5] Metody výpočtu šířeí radioaktivích látek z JEZ a ozářeí okolího obyvatelstva. ČSKAE, 5/1984. Sloveské zěí ormy MHS INTERATOMENERGO. [6] Pechová E., Pecha P., Nedoma P.: Applicatio of PC-COSYMA code such a verificatio tool used i stage of NPP desig. Proceedigs of the 4-th COSYMA Users Group Meetig, Prague, Sept , 1997 [7] SMERNICE - ČASŤ I.: Meteorologické zabezpečeie. ČHÚ, SHÚ, ČEZ, SEP - Praha, 1986 [8] Uživatelský mauál iteraktivího systému NORMAL a oceěí radiačí zátěže obyvatelstva v okolí jaderých zařízeí za ormálího provozu. Techická zpráva EGP, Arch.č , prosiec 1998, rev. verze říje [9] Program NORMAL a oceěí radiačí zátěže obyvatelstva v okolí jaderých zařízeí za ormálího provozu. Část III: Srovávací studie programových systémů NORMAL a PC CREAM, arch.č. EGP , rev. 3, 1999 ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 40

41 1.12 Přílohy V této části jsou uvedey ázvy příloh č. 1 až 12, které jsou součástí práce [9] a zde ejsou publikováy: Příloha č. 1 Srováí disperzích koeficietů σ z (x) pro jedotlivé stabilití třídy Srováí provedeo podle vztahů pro Hoskerovy poloempirické formule Příloha č. 2 Srováí výsledků výpočtu uiformí (a 2π radiáu) přízemí kocetrace radiouklidů podle programu PC CREAM s dílčími výsledky produktu NORMAL Příloha č. 3 Srováí výsledků výpočtu efektiví dávky od ozářeí z mraku podle programu PC CREAM s dílčími výsledky produktu NORMAL Příloha č. 4 Srováí výsledků výpočtu uiformí (a 2π radiáu) přízemí kocetrace radiouklidů podle programu PC CREAM s dílčími výsledky produktu NORMAL pro případ výskytu atmosférických srážek Příloha č. 5 Výsledkový soubor plume100.ho! (výpis části souboru) (Modul PLUME systému PC CREAM ) Příloha č. 6 Dílčí výstupy z programu NORMAL - uiformí (středí a 2π radiáech) přízemí objemové aktivity vybraých radiouklidů (v 10 = 5 m/s) Příloha č. 7 Výpočty ročích vážeých kocetrací podle PC CREAM - modul ASSESSOR Příloha č. 8 Výpočty ročích vážeých kocetrací podle systému NORMAL Příloha č. 9 Opis vstupích dat systému NORMAL pro validačí úlohu č.1 - zahruty ezbyté modifikace za účelem srovávací studie s produktem PC CREAM VAL1IN.DAT VAL1LOK.DAT Příloha č. 10 Neizotropí sigulárí povětrostí statistika zkostruovaá podle zadáí validačí úlohy 1 pro výpočty pomocí modulu ASSESSOR systému PC CREAM ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 41

42 Příloha č. 11 Výsledky PC CREAM podle modulu ASSESSOR : pro prví pětici receptorových bodů distag.ou1 poloha receptorů: 667 m, 1667 m, 2667 m, 3667 m, 5667 m tem001.c1. kocetrace, dávky od γ a β zářeí - 1. pětice receptorů tem001.ai1. úvazky dávky při ihalaci,, - 1. pětice receptorů Příloha č. 12 Výběr výsledků podle NORMAL pro modifikovaou validačí úlohu 1 z výstupího souboru NOR20.OUT: Přízemí objemové kocetrace (průměré ročí hodoty) zadaých radiouklidů v sektoru VJV (středováo v rámci sektoru) Dále uvádíme referáty prezetovaé a koferecích a zprávy EGP, týkající se ormálího provozu JE a použití programu NORMAL. ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 42

43 Proceedigs of the 4th Iteratioal Coferece o Evirometal Impact Assessmet, Eds: Bálek R., CTU, (Prague 2000), EIA /4./, (Prague, CZ, ) (2000) 2 A DYNAMIC FOOD-CHAIN ALGORITHM FOR ESTIMATION OF MIGRATION OF RADIONUCLIDES THROUGH THE LIVING ENVIRONMENT CONTINUOUSLY INFLUENCED BY THE ROUTINE ATMOSPHERIC DISCHARGES FROM NUCLEAR POWER PLANTS P. Pecha (*), E. Pechova (**) (*) Istitute of Iformatio Theory ad Automatio, Academy of Scieces of the Czech Republic, Pod vodareskou vezi 4, Prague; pecha@utia.cas.cz (**) ENERGOPROJEKT Prague; Vyskocilova 3/741, Praha 4; pechova@egp.cz 2.1 Radiological impact of routie atmospheric releases of radiouclides A certai amout of activity (eve if extremely low) is cotiuously released to the atmosphere from vetig stacks of uclear power plats (NPP) durig their ormal routie operatio. The migratio of radioactive isotopes i a NPP durig ormal operatio is cotrolled by special purificatio ad filterig systems ad oly remider is released to free atmosphere. The level of the releases is cotiuously checked by olie measuremets. I spite of the low-level activity outputs the rigorous evidece of compliace with govermetal limits ad all regulatios resultig from the Atomic Law of the Czech Republic have to be submitted. All possible pathways of huma body irradiatio have to be take ito accout, maily: exposure to exteral irradiatio from passig cloud (cloudshie) ad from deposited material (groudshie) iteral irradiatio due to ihalatio of cotamiated air (icludig portio from resuspesio) ad due to activity itake from cotamiated foodstuffs (igestio) The calculatio of aual doses is based o detailed temporal ad spatial modellig of the radiological situatio i viciity of NPP. Particular weather situatios are weighted by aual weather statistics ad the followig mai drivig characteristics are foud: aual-averaged groud level activity cocetratios for each radioisotope i the air ad correspodig values i the effective height of the release aual-averaged depositio rate ad its time itegral (total depositio o the groud) for each radioactive isotope calculated o the basis of log-termed (aual-averaged) coefficiets of dry ad wet depositio 2.2 Propagatio of activity through the livig eviromet Oce the radioactive material is released from vetig stacks the admixtures are icorporated i the plume ad drifted i the dowwid directio. The polluted plume expads horizotally ad vertically due to turbulet diffusio i the atmosphere. The radiouclides i the plume are boud i a certai physical-chemical forms (aerosols, elemetal form, orgaically boud) ad durig the dispersio are removed from the plume due to several removal mechaisms. The most importat are radioactive decay (icludig daughter products build-up process), dry depositio (gravitatioal settig ad depositio due to cotact of the cotamiated plume with the groud, ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 43

44 Proceedigs of the 4th Iteratioal Coferece o Evirometal Impact Assessmet, Eds: Bálek R., CTU, (Prague 2000), EIA /4./, (Prague, CZ, ) (2000) vegetatio or urba structures) ad wet depositio removal by raiout (precipitatio formatio process iside of the plume) or by washout (iteractio betwee fallig drops ad admixtures). Withi the advectio ad diffusio trasport calculatios may other factors have to be take ito accout such as thermal structure of the atmosphere (here Pasquill-Gifford otatio), surface roughess ad other lad cover characteristics, orography of the terrai, reflectio from the groud ad top of the mixig layer or iversio layers, the effect of iitial plume rise due to vertical mometum ad buoyacy, recirculatio i the wake regio of the ear stadig buildigs. The effects are usually expressed by semi-empirical expressios derived from experimetal results [1]. A approach for atmospheric modellig is give i [8]. Practical adoptio for regios of NPP Temelí ad Dukovay are described i [6] where more detailed discussio related to weightig of the particular weather situatios by the aual weather statistics is give. I the fial stage the activity dispersed i the air ad deposited o the groud eters ito food chais causig a certai cotamiatio of the foodftuffs ad feedstuffs. A example of the meteorological model chai calculatio is show o fig. 1. Spatial distributio of aual-average groud level activity cocetratio i air for uclide C14 is show for viciity of NPP Temelí (release from vetig stack at height 100 m). Curret estimatios of the exposures due to differet pathways comprise i geeral high degree of coservatism (approach of potetial doses). As kowledge i the field grows, more precise algorithms are developed ad the coservatism is decreased. The estimatio is the expressed i the terms of expected doses. The tred is documeted i the followig text for case of improved dyamic modellig of igestio pathway. ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 44

45 Proceedigs of the 4th Iteratioal Coferece o Evirometal Impact Assessmet, Eds: Bálek R., CTU, (Prague 2000), EIA /4./, (Prague, CZ, ) (2000) 2.3 Dyamic food-chai modellig for the case of routie atmospheric radioactive discharges Local dyamic model ENCONAN for trasport of radiouclides through food chais was developed i [3]. Curret kowledge i the field (maily based o the Europea ECOSYS code) from early 90 s was adopted for average Czech coditios takig ito accout local cosumptio habits (depedece o seaso ad age), agricultural productio scheme, average agro-climatic coditios ad pheologic characteristics of the plats, feedig diets of aimals, time delays durig processig, trasport ad storage of foodstuffs ad feedstuffs etc. The model was origially developed for icidetal radioactive fallout i a certai Julia day of a year ad with several extesios was implemeted also i HAVAR code [7]. For ormal operatio of NPP a approach of equivalet umber of discrete radioactive fallouts is usually used. The approach is ow revised ad a attempt for more detailed modellig for the case of log-termed cotiuous routie releases is preseted. The ecosystem surroudig the NPP is assumed to be cotiuously submerged ito the cotamiated eviromet where customary agricultural practices are applied. Root ad foliar uptakes of activity ito plats are modelled ad cotamiatio of foodstuffs ad feedstuffs is predicted. Aual activity itakes are estimated for both direct cosumptio of plat products ad cosumptio of cotamiated aimal products. Coservative igestio scheme of local productio-local cosumptio is still used (products produced at place x,y are here also cosumed). Accordig to the ew approach the activity itake of isotope (with exceptio of oble gases) is expressed as A a, l (x, y; t) _ ε a, l ( t) = S (x, y) I Eq.(1a) _, ε l l a a, ad for C14 ad H3: A ( x, y; t) C ( x, y; z = 0) I ( t) = Eq.(1b) A a, l... total activity itake of isotope i [Bq] for a perso from age category a which cosumes durig the time period t cotamiated product l (produced at place x,y ); _ S _ ( x, y) time-averaged (durig period t) depositio rate [Bq.m -2.s -1 ] of isotope at (x,y); C ( x, y; z = 0). time-averaged groud level activity cocetratio of i air at (x,y) [Bq.m -3 ]; I ε a, l ( t). time-itegrated (withi period t) activity itake of isotope [m 2.s resp. m 3 ] due to the cosumptio of product l for perso from a (ormalised to uit depositio rate S resp. uit C); 2.4 Foliar uptake of radiouclides Let t l veg ad t l har deote begiig of vegetatio period ad harvest time (i Julia days) of plat l. I the process of the cotiuous depositio o leaves the iitial deposited activity is decreased due to weatherig effects (wid, rai), radioactive decay ad tissue ageig (growth dilutio effect). Furthermore, the fractio of activity traslocated to other parts of the plat should be take ito accout. The aalysis must distiguish betwee plats which are used totally (e.g. leafy vegetables, grass) ad plat of which oly a special part is used (cereals, potatoes). Traslocatio from leaves to the edible parts of the plat has to be accepted. This process is strogly depedet o the physiological behaviour of the isotope cosidered. The traslocatio plays importat role for mobile elemets (e.g. I, Cs, M, Te) whilst oly the direct depositio oto the edible parts is assumed for the immobile elemets (e.g. Sr, Ba, Zr, Nb, Ru, Ce, Pu). ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 45

46 Proceedigs of the 4th Iteratioal Coferece o Evirometal Impact Assessmet, Eds: Bálek R., CTU, (Prague 2000), EIA /4./, (Prague, CZ, ) (2000) Specific activity ε l of uclide [m 2.s.kg -1 ] at time t, after harvest (ormalised to uit depositio rate) cumulated i 1 kg of the plat l durig the whole vegetatio period is expressed as l, [ ( λ + λ ) ( t ti) ] exp( λ t ) ti thar l, 1 l l l ( thar + t ) = SPi R ( ti) Z ( ti) exp l = ε Vc ti= tveg w har Eq.(2) l V c... yield of fresh product l at harvest time [kg.m -2 ] SP i... coefficiet for total daily depositio at day ti ; for uit dep. rate SP = [s] R l (ti)... iterceptio factor - fractio of depositio oto plat l i day ti; ti < t l veg ; t l har>; i depedece o the stage of developmet of plat caopy; Z l (ti)... simple correctio factor (empirical formulas) for approximatio of the case of traslocatio of activity from leaves to other cosidered (edible) parts of the plat i depedece o the vegetatio phases; λ w... loss activity rate due to weatherig [d -1 ] a value equivalet to half-life of 25 days is here assumed; λ... radioactive decay rate [d -1 ] 2.5 Root uptake of radiouclides Let us assume that the isotopes are well mixed withi root zoe. I geeral, the root uptake of activity is calculated from the cocetratio of activity i the soil usig equilibrium trasfer factors which give the ratio of activity cocetratio i plats (fresh or dry weight) to soil (dry soil). Cotiuous specific depositio [s] of radiouclide durig vegetatio period of plat l ormalised to uit depositio rate leads to the followig resultig depositio o the groud at harvest time ti thar l l l l [ λ ( t t ) ] + SP. (1 R ( ti) ) exp[ λ ( t ) ] l l Ωl ( thar ) = Ωl ( tveg ) exp ef har veg = i ef har ti = λ ef = λ f + λ m + λ ti tveg Eq.(3) where the ormalised depositio o the groud for time of the begiig of vegetatio period t l veg i the year (M+1) after startig of NPP operatio ca be approximated by formula l [ 1 exp( ( λ + λ + λ ) ( t + M 365) ) ] l Ωl ( tveg ) = f m veg λ + λ + λ f m Eq.(4) Besides of radioactive decay the deposited activity o the groud which is available for further root trasport is decreased by the effects of migratio of isotopes out of the root zoe (rate of migratio λ m i [d -1 ] is provided from experimets) ad fixatio of radiouclides i soil i the form of immobile substaces (differet fixatio rates λ f i [d -1 ] are used for Cs ad Sr, for other elemets the fixatio is assumed of mior importace). Whe usig the idea of equilibrium trasfer factors, the the specific activity R ε l of uclide [m 2.s.kg -1 ] (ormalised to uit depositio rate) cumulated i 1 kg of the plat l durig the whole vegetatio period due to root trasport has form R ε ( t ) = Ω ( t ) BV / PH Eq.(5) l l harl l l har l l BV l... soil to plat trasfer factor of uclide for plat type l [Bq.kg -1 plat / Bq.kg -1 soil]; PH l... effective root zoe (surface weight of cotamiated soil) i [kg/m 2 ] - depeds o ploughig practices (depth of 0.25 m ad 0.1 m are assumed for arable soil or pasture soil, respectively; differet values are applied for differet cuts of forage); ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 46

47 Proceedigs of the 4th Iteratioal Coferece o Evirometal Impact Assessmet, Eds: Bálek R., CTU, (Prague 2000), EIA /4./, (Prague, CZ, ) (2000) 2.6 Activity itake for case of direct cosumptio of the products a Provided that the daily cosumptio rate PD l [kg.d 1 ] of product l by a perso from the age category a is costat, the itegral ormalised activity itake i period < t l l del ; t co > is give for the case of direct product cosumptio (leafy vegetable sprig + autum, fruit vegetables, root vegetables, cereals, potatoes, fruit) as l R l a 1 l l [ ε ( t ) + ε ( t ) ] PD [ exp( λ t ) + exp( ( t t ) )] a, l Iε ( ) l l tco = l har l har l del λ co har λ Eq.(6) l t del deotes time delay betwee harvest ad begiig of cosumptio of the product l due to trasport, processig ad storage; t l co meas ed of cosumptio i a year. 2.7 Activity itake from cosumptio of cotamiated aimal products Somewhat more complicated modellig scheme is itroduced for this case. Let us assume 3 types of the mai aimal products b : milk, meat (beef, pork, poultry) ad eggs. From the products are produced various foodstuffs p(b) (for example from the milk are produced the foodstuffs p : fresh milk, cream, cheese, milk dry, milk codesed, curd, others with various specific time delays for cosumptio). Feedig diets of aimals are combied from the basic feedstuffs l (potatoes, wheat, barley, beet, maize (silage), pereial forage: 1. cut, 2. cut, 3. cut). There could be icorporated also some waste products from the foodstuffs processig (eg. whey for the pig diets). Daily itake of ormalised activity of radiouclide [m 2.s.d -1 ] i day t ito aimal body due to cosumptio of feedstuffs l agai accouts for foliar ad root uptake of activity SUM K A t = ( t ) ( t ) PDK l, +, (, ) ε ε Eq.(7) l l ( l) PDK l is daily feedig rate [kg.d -1 ] of the feedstuffs l. For descriptio of the further trasport of activity of isotope ito aimal product b is used equilibrium trasfer factor F b [d.kg -1 or d.litre -1 ] which expresses the fractio of daily itake of cotamiat which appears i a uit of aimal product b. Specific ormalised activity of uclide [m 2.s.kg -1 ] i 1 kg or litre of aimal product b which is produced i a day t is give by,, ( ) ( ) ε b SUM b t = A t F Eq.(8) The relatio is valid oly for equilibrium state, without cosideratio of short-termed chages i feedig quatities or i aimal weight i fatteig. More precise solutio based o more complex compartmet metabolic models should be adopted i the future steps of aalysis whe appropriate data will be available. Time itegrated itake of specific activity of cotamitat for a perso from age category a durig period from cosumptio begiig tkp to a certai day t due to cosumptio of foodstuffs p (produced from aimal product b) ca be writte as ε t ( ) ε ( ) a,, a a, I p, b t = t PD f dt b b 1 p, b Eq.(9) tkp tkp implicitly comprises all possible time delays for cosumptio; PD b a is daily cosumptio rate [kg.d -1 ] of aimal product b (i all related foodstuffs p(b) ) for a perso from age category a ; f1 a p,b meas fractio of cosumptio of p i the iitial value of b for age category a. ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 47

48 Proceedigs of the 4th Iteratioal Coferece o Evirometal Impact Assessmet, Eds: Bálek R., CTU, (Prague 2000), EIA /4./, (Prague, CZ, ) (2000) 2.8 Total activity itake ito a huma body Total time itegrated ormalised itake of activity of uclide for age category a due to both direct cosumptio ad cosumptio of cotamiated aimal products is schematically writte as a, a, a, ε ( t) = Iε ( t) + { Iε ( t) } Eq.(10) I TOT ( l) l ( b) ( p) p, b 2.9 Overview of the mai features of the food-chai algorithm Igestio scheme: Basic model from [3] for the Czech territory was adopted. Coservative local productio local cosumptio model is assumed. Local database has bee created i [6] takig ito accout all pheomea metioed above i the chapter 3. The process of data acquisitio expresses a effort for assemblig of realistic local-specific characteristics ad time depedecies icludig various delays. For update of some items was used a experiece from the kowledge base of the RODOS system [5]. Specific pathways for isotopes C14 ad H3: The trasfer of tritium ad carbo-14 betwee atmosphere ad terrestrial eviromet is more complex ad simplified evaluatio is performed usig Eq.(1b). It is based o assumptio that livig eviromet compoets come ito rapid equilibrium with the C14 or H3 i the atmosphere. For plats the importat role plays foliar uptake durig the photosythesis process. Accordig to the US NRC Reg. Guide the cocetratio of the isotope X i vegetatio (X=C14, H3) is calculated by assumig that there is kow its equilibrium ratio f X to the atural compoet. Cocetratios of the ucleus i the plat l is i relatio to the correspodig value i the ear-groud layer of air derived from the aual ear-groud activity cocetratio of X. I the model are used recommeded values f C14 =1.0 ad F H3 =0.5. A simple costat value of the specific activity ε l X is the used for each day of the vegetatio. Effects of seasoal cosumptio: More realistic seasoal scearios ca be treated i cosumptio scheme of a certai products. Cosiderable differeces were foud for some uclides i relatio with the average aual cosumptio. Sesitivity aalysis was doe for case of gree vegetables where the total aual cosumptio was assumed to be realised withi oe moth after harvest. For example the total activity itake of I131 was about oe order higher tha for the case of cosumptio durig the whole year. Estimatio of various feedig practices: A certai hypothetical sceario for the 3 cuts of forage ad correspodig feedig rates for dairy cows ad cattle i fatteig are show o the fig. 2. The combiatio of idoor fatteig i a stable ad cotiuous pasture of the fresh grass ca be studied. Let grazig regime starts i a Julia day tkrm ad lasts for the whole vegetatio period of the forage-1 st cut util harvest time thar1. I the followig days free grazig cotiues, but the complemetary feedig from the already harvested forage-1 st cut is realised (see cotiuous liear decreasig o the fig. 2) util the day tx1. After this day oly cotiuous grazig takes place agai util the harvest time thar2 of the forage (2. cut), etc. ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 48

49 Proceedigs of the 4th Iteratioal Coferece o Evirometal Impact Assessmet, Eds: Bálek R., CTU, (Prague 2000), EIA /4./, (Prague, CZ, ) (2000) The whole rage of a year is divided by days tkrm, thar1, tx1, thar2, tx2, thar3 ito 7 itervals where the correspodig detailed modellig of depositio o leaves ad groud is applied (i the witer seaso 2/3 of hay was obtaied from the 1 st cuttig cycle ad 1/3 from the 2 d cycle). Let us otice that purely cotiuous grazig grass model is reached whe eter o iput tx1= thar1 ad tx2=thar2. More complicated formulas are derived separately for each of the time iterval for calculatio of specific activities i the grass ad for resulted time itegrals of the activity itake. Further discrimiatio for isotopes carbo-14 ad tritium is itroduced. This detailed modellig was adopted also ito the code HAVAR [7], where the day of accidetal radioactive fallout cosiderably iflueces the magitudes of doses Results ad areas of applicability, comparative ad validatio studies a, The more precise values of the total ormalised aual activity itake Iε TOT ( t = 1year) of each radiouclide for age category a give by Eq.(10) represet the mai result of this ew approach of food-chai algorithm. I the followig table 1 are icluded results for adult category for several isotopes from the give spectrum of aual releases of uclides predicted for the routie operatio of a typical WWER 1000 uclear power plat. Tab. 1: Normalised aual activity itake of isotopes due to igestio pathway adults After start of r a d i o u c l i d e NPP operatio H-3 (*) C-14 (*) Co-60 Ni-63 I-131 Cs-134 Cs i 1 st year (**) 0.12E E E E E E E+9... i 31 st year (***) 0.12E E E E E E E+9... (*)... ormalised to uit of ear-groud act. cocetr. i air [m 3 ]; other uclides: ormalised to uit depositio rate [m 2.s]; (**)... M=0 i Eq.(4) ; (***)... M=30 i Eq.(4) ; Real spatial distributio of the aual itakes of activity aroud NPP are foud accordig to Eqs.(1). For example the distributio for aual itake of C14 is calculated whe multiplyig the ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 49

50 Proceedigs of the 4th Iteratioal Coferece o Evirometal Impact Assessmet, Eds: Bálek R., CTU, (Prague 2000), EIA /4./, (Prague, CZ, ) (2000) values from fig. 1 by values for C14 from table 1. The results are submitted to cosecutive estimatio of radiological impact o populatio, particularly: Aual effective ad equivalet doses are estimated. Committed doses from iteral irradiatio due to igestio pathway are icluded. The correspodig doses i [Sv/y] are determied by multiplyig the real aual itake of isotope by dose coversio factors eumerated i the Reg. o. 184/97 of the State Office for Nuclear Safety which coforms with the Czech Atomic Law. The method was used for purposes of various verificatio studies i the Safety Reports for the Czech NPPs. Profoud aalysis of compliace of the calculated coservative potetial doses with obligatory regulatory limits is documeted. The results from tab. 1 ad detailed spatial distributio of aual ear-groud activities ad depositio rates (for release from both vetig stack (100 m height) ad egie buildigs (45 m)) for the whole spectrum of discharged radioisotopes were delivered to TGM Uiversity i Bro for purposes of the EIA evaluatio process accordig to the latest US EPA regulatios [9]. It represets a alterative idepedet way of safety aalysis i compariso with the dose evaluatio cocept metioed above. Risk of cacer estimatio is here based o hypothetically postulated Liear, No-Threshold (LNT) model. Some other particular cases were aalysed. For example the real discotiuous irrigatio by cotamiated water (12 evets durig vegetatio period) was simulated by equivalet cotiuous sprayig durig the whole vegetatio period. The results cofirmed mutual adequacy of foodchai models for cotiuous ad accidetal depositio used i [6] resp. [7]. Extesive comparative studies of the preseted algorithm were performed agaist the Europea code PC CREAM [2] ad the results are documeted i the part III of [6]. Similarly, the verificatio of the values from table 1 was performed. Due to a certai restrictio o the PC CREAM iput data the Czech local data had to be somewhat simplified. O the other had this fact supports the idea o developmet of ow local codes Prospects of the future developmet Three mai topics seem to be i the cetre of iterest whe proceed from estimatio of coservative potetial doses to the more realistic expected doses: Adoptio of more realistic igestio scheme istead of the local productio-local cosumptio oe. For some cases of feedig ad fatteig the equilibrium trasfer factor cocept should be substituted by realistic compartmet metabolic models. Itroductio of multi-regioal cocept, whe the whole territory is split ito a certai umber of so called radioecological zoes accordig to the differeces i climate, pheological characteristics, agricultural productio ad feedig regimes, cosumptio habits, soil types (strogly ifluecig soil to plats trasfer factors) etc. Model parameters improvemet, which icludes recostructio of various items o fie spatial grid (site specific data, soil type, lad use, elevatios, agricultural productio, populatio, more detailed meteorological statistics etc.) Utilisatio of experiece from the Europea project RODOS dealig with accidetal releases is expected i future. The customisatio of its food-chai ad dose module for the Czech Republic [5] has bee started o the basis of co-operatio of the Czech istitutes SÚRO ad ÚTIA with outstadig foreig parters. At the same time a harmoisatio of the importat topic with EU policy will be achieved. ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 50

51 Proceedigs of the 4th Iteratioal Coferece o Evirometal Impact Assessmet, Eds: Bálek R., CTU, (Prague 2000), EIA /4./, (Prague, CZ, ) (2000) Refereces [1] Modelle, Aahme ud Date mit Erläuteruge zur Berechug der Strahleexpositio bei der Ableitug radioaktiver Stoffe mit Luft oder Wasser zum Nachweis der Dosisgrezwerte ach 45 StrlSchV. Gustav Fischer Verlag, Stuttgart, [2] PC CREAM: A PC Package to Assess the Cosequeces of Radioactive discharges due to ormal operatio, EUR EN, NRPB-SR296 (Jue 1996). [3] Klimet V.: Modellig of Radiocesium Food-chai Trasport after the Cherobyl Accidet, Jaderá eergie, 38, 1992, No.3, p [4] Pecha P., Nedoma P., Kary M., Kuca P.: Status report o RODOS accreditatio for its use i Czech Republic Local Quality Assurace Process, RODOS(WG1)-TN(98)-29, Dec. 1998, fial versio July, 99. [5] Pecha P., Nedoma P., Kary M., Kuca P.: Food-chai ad Dose module customisatio for its use i the Czech Republic, RODOS(WG3)-TN(98)-14, Dec. 1998, fial versio July, 99. [6] Pechova E., Pecha P.: NORMAL: A PC versio of program product desiged for estimatio of radiological cosequeces o populatio due to routie releases of radiouclides to atmosphere durig ormal operatio, Part I : Methodology, Part II: Users guide, Part III : Sesitivity study ad comparative aalysis of results with PC CREAM code, Tech. report of Eergoprojekt Praha, EGP , fial versio Dec [7] Pecha P., Pechova E.: HAVAR : A iteractive code for estimatio of radiological cosequeces of icidetal releases of radiouclides to atmosphere from uclear facility, Part I: Methodology, Part II: Users guide, Part III : Compariso of results with determiistic rus of COSYMA code ad partial results of atmospheric module ATSTEP of RODOS system. Tech. report of Eergoprojekt Praha, EGP , fial versio Oct [8] Pecha P., Nedoma P., Pechova E.: Modellig of radiouclides trasport due to atmospheric releases used i the various stages of uclear power plat desig, Proceedigs of the Sixth Iteratioal Coferece o Harmoisatio withi Atmospheric Dispersio Modellig for Regulatory Purposes. Uiversity de Roue, Roue 1999; paper o. 74 [9] Cacer Risk Coefficiets for Evirometal Exposure to Radiouclides, US Evirometal Protectio Agecy : Federal Guidace Report o. 13, EPA 402-R (Sept 1999). ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 51

52 Techická zpráva pro Předprovozí bezpečostí zprávu JETE, EGP , Praha, Výpočet efektiví dávky od kozumace zeleiy zalévaé vodou z kotamiovaé study 3.1 Úvod Tato zpráva byla zpracováa za účelem oceěí dávky od kozumace zeleiy zalévaé vodou ze study, která by mohla být kotamiováa radioaktivími látkami uiklými z porušeých ádrží kapalých médií při ehodě postulovaé v kap PpBZ JETE. Tato ehoda je popsáa jako ztráta itegrity skladovací ádrže obsahující radioaktiví kocetrát, jejíž příčiou je seizmická událost. Předpokládá se při í i destrukce stavebího objektu, takže dojde k průiku radioaktivích látek mimo techologické i stavebí bariéry. Kozervativě je předpokládáa migrace kapalých RAO ižeýrskými sítěmi areálu ETE směrem k jímce odpadích vod. Předpokládá se úik radioaktivího média porušeými bariérami do půdího podloží objektu č.801 a ásledá migrace radiouklidů tímto podložím do hlubších půdích horizotů. Dále se předpokládá průik radiouklidů do hypotetické study a okraji ochraého pásma, tj. 3 km od zdroje kotamiace. Kozervativě je uvažováo šířeí radiouklidů stejou rychlostí jako se šíří horizotálě podzemí vody v areálu ETE, tj. 8,8 m/rok. Neí uvažováa ai adsorpce ai disperze radiouklidů a předpokládá se, že celý ivetář aktivity se dostae do této study. Za těchto předpokladů se radioaktivita dostae do uvažovaé study za 350 let a předpokládá se, že dospělý jediec zalévá kotamiovaou vodou ze study zeleiu, kterou pěstuje a zahrádce a tuto zeleiu pak kozumuje. Pro výpočet byly použity modifikace výpočtových programů EGP HAVAR a NORMAL. 3.2 Předpoklady a vstupí data Do výpočtu budeme uvažovat ásledující zemědělské produkty, které uvažovaý jediec pěstuje a zahrádce a pak kozumuje: brambory listová zeleia jarí listová zeleia podzimí kořeová zeleia plodová zeleia ovoce Z literatury [1] přebíráme ásledující hodoty: ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 52

53 Techická zpráva pro Předprovozí bezpečostí zprávu JETE, EGP , Praha, Tab.č.1: produkt počátek vegetace doba sklizě počátek závlah *) koec závlah *) závlahy celkem Q TOT (mm) *) brambory poloraé listová zeleia jarí listová zeleia podzimí kořeová zeleia plodová zeleia ovoce *) Hodoty korigováy údaji z [1] Byly zvažováy 2 krají variaty zálivky po dobu vegetace a tím provedeo zjedodušeí realizace jedotlivých zálivek: 12 zálivek ve vegetačím období o itezitě 10 mm resp.20 mm realizovaých diskrétě tak, aby sumárí zálivka u jedotlivých produktů odpovídala celkové zálivce produktu za celou dobu jeho vegetačí periody výpočet programem HAVAR kotiuálí kropeí zahrádky po celou vegetačí periodu jedotlivých zemědělských produktů se stejou sumárí zálivkou jako při předchozím diskrétím postupu Tab.č.2: Další zjedodušeí realizace jedotlivých zálivek: č. zálivky Q TOT itezita (mm) (mm) datum Julia. de brambory - ao ao ao ao ao ao poloraé listová ao ao ao ao ao zeleia jarí listová ao ao ao ao ao ao zeleia podzimí kořeová ao ao ao ao ao ao ao ao ao 130 zeleia plodová ao ao ao ao ao ao zeleia ovoce - - ao ao ao ao ao ao ao ao ao ao 150 Aktivity ejdůležitějších uklidů v zálivkové vodě jsou zadáy.v tab.č.3. ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 53

54 Techická zpráva pro Předprovozí bezpečostí zprávu JETE, EGP , Praha, Tab.č.3: uklidy T 1/2 rozpad po 350 letech A (Bq/l) uklid uvažová 89 Sr 54 dí 0,00E Sr 28 r 8,29E-02 ao 106 Ru 1,0 r 5,67E I 8,0 dí 0,00E Cs 2,1 r 1,08E Cs 30 r 1,35E+03 ao 95 Zr 65 dí 0,00E Nb 35 dí 0,00E Ni 120 r 9,54E+04 ao 59 Ni r 3,69E+03 ao **) 60 Co 5,2 r 2,79E Co 72 dí 0,00E Fe 45 dí 0,00E Fe 2,9 r 3,54E M 292 dí 8,90E Cr 28 dí 0,00E P 14 dí 0,00E C 5570 r 4,50E+04 ao 99 Tc r 4,25E-03 ao 129 I r 1,65E+00 ao 94 Nb r 1,63E-01 ao **) 239 Pu r 2,62E+00 ao 241 Am 458 r 5,30E-01 ao **) celkem 1,45E+05 **) Neí v databázi uklidů HAVAR zahrut přibližě 3.3 Postup výpočtu Případ použití igesčího algoritmu kódu HAVAR Jedotlivou dílčí zálivku v čase tz i (i=1 až 12) považujeme za spad v čase tz i, přičemž aktivita uklidu usazeá a povrchu (Bq/m 2 ) má hodotu: Ω = Q TOT * A Zde A je měrá aktivita zálivkové vody odebíraé z kotamiovaé study (Bq/l). Igesčí model systému HAVAR počítá celkový ročí příjem uklidu v důsledku kozumace produktu p pomocí vztahu ( 5.4) z [3] jako souči depozice v době spadu a itegrálího ormalizovaého příjmu aktivity Iε p. Veličia Iε p je počítáa v programu HAVAR s přihlédutím k dyamice růstu produktu p, jeho sklizi (vzhledem k předchozímu spadu, dob zdržeí při zpracováí a skladováí (podrobě viz kapitola 5 v [3]). ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 54

55 Techická zpráva pro Předprovozí bezpečostí zprávu JETE, EGP , Praha, Z tohoto hlediska je třeba explicitě postulovat výpočet ásledujících hodot: 1. Míra depozice uklidů a listové části produktu jde o frakci mezi listovou a kořeovou cestou, která pro daý de spadu (zálivky) tz i silě závisí a pokročilosti vegetačí periody produktu reprezetovaé idexem LAI(tz i ) (leaf area idex) viz vztahy (5.8) a (5.12) v [3]. 2. Pro výpočet měré ormalizovaé aktivity v produktu p v důsledku listového trasportu v okamžiku sklizě je třeba zát kostaty odstraěí uklidu z povrchu rostliy radioaktivím rozpadem λ r a povětrostími vlivy λ w. Kostata povětrostího vlivu se bere ekvivaletí poločasu setrváí a listové části rostliy. 3. Pro výpočet měré ormalizovaé aktivity v produktu p v důsledku kořeového trasportu v okamžiku sklizě je třeba zát kostaty odstraěí uklidu z kořeové zóy v důsledku radioaktivího rozpadu λ r, fixace radiouklidu v kořeové zóě λ f a v důsledku migrace uklidu z kořeové zóy. Shora zmíěé kostaty převezmeme a základě úvah z [2]: Kostata odstraňováí povětrostími vlivy λ w se bere ekvivaletí poločasu setrváí T B = 25 dí a listové části rostliy. Odpovídající λ w má tedy hodotu l2/t B (de -1 )=2.77E-2 Fixace v kořeové zóě je důležitá pro uklidy Cs a Sr. Jsou doporučey hodoty λ f =2.2E-4 (de -1 ) pro Cs a λ f =9.0E-5 (de -1 ) pro Sr. Pozámka: Migrace radiouklidu z kořeové zóy se vyjadřuje podle vztahu (5.13) z [2] jako: λ s= v a /(L*(1+K d *δ /Θ)) kde: v a...rychlost prosakováí vody do půdy (m/rok) K d...distribučí koeficiet (cm 3 /g) Θ...obsah vody v půdě (g/g) L...hloubka kořeové zóy (m) δ...hustota půdy (kg/m 3 ) Středí ročí rychlost průsaku vody je bráa 2m/rok. Středí obsah vody se odhaduje a 20%. Hloubka kořeové zóy je bráa 0.25 m pro orou půdu, 0.1 m pro pastviy. Hustota půdy se bere 1.4E3 kg/m 3. Koeficiety K d pro jedotlivé prvky uvádí tabulka č. 4. Tab.č.4: Prvek K d (g/cm 3 ) Prvek K d (g/cm 3 ) M 70 Te 100 Sr 100 Ru 1000 Nb 400 Ce 900 Zr 1000 Ba 60 Z 40 Cs 1000 I 100 Pu koec pozámky ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 55

56 Techická zpráva pro Předprovozí bezpečostí zprávu JETE, EGP , Praha, Zatím bude uvažová zjedodušeý model migrace radiouklidů v obdělávaé půdě (30 cm oré vrstvy) podle PC CREAM: k 11 = λ s = 6.97E-3 (rok -1 ) = 1.91E-5 (d -1 ) (T 1/2 = 99 roků) Poz.: V ENCONAN je migrace v půdě 4 %, tedy T 1/2 = 16,9 roku; λ s = 1,12E-4 (d -1 ) Depozice radiouklidů a povrchu odpovídající určitému typu zálivky je dáa ásledující tabulkou č.5. Tab.č.5: Prvek aktivita vody ve studi (Bq/l) depo při 10 mm záliv. (Bq/m 2 ) depo při 20 mm záliv. (Bq/m 2 ) 90 Sr 8,29E-02 8,29E E Y (dcera) 8,29E-02 8,29E E Cs 1,35E+03 1,35E+04 2,70E Ni 9,54E+04 9,54E+05 1,91E Ni 3,69E+03 3,69E+04 7,38E C 4,50E+04 4,50E+05 9,00E Tc 4,25E-03 4,25E-02 8,50E I 1,65E+00 1,65E+01 2,30E Nb 1,63E-01 1,63E-00 3,26E Pu 2,62E+00 2,62E+01 5,24E Am 5,30E-01 5,30E-00 1,06E Použití kódu NORMAL při epřetržitém kropeí po celou dobu vegetačí periody Při realizaci dlouhodobé kotiuálí zálivky po celou dobu vegetačích period vycházíme z faktu, že celý okolí ekosystém je jakoby dlouhodobě pooře do prostředí modifikovaého kotiuálím jemým sprchováím, přičemž produkce potraviových produktů probíhá obvyklým způsobem. Do systému NORMAL je zabudová realističtější způsob umožňující modelovat již zmíěé kotiuálí dlouhodobé poořeí v kotamiovaém prostředí. Předpoklady pro výpočet depozičího příkou pro případ dlouhodobého kotiuálího sprchováí: 1. Celková zálivka Q TOT se realizuje rovoměrě během celé vegetačí periody. 2. Algoritmus v podprogramu SURO je uprave pro jedotkový depozičí příko (Bq.m -2.s -1 ), proto je provedea modifikace původího depozičího příkou přepočítávacím koeficietem pro jedotlivé produkty. depo PRIKON homog. (,P) = A * QLMOD(P) kde: QLMOD(P) = Q TOT (P) / (δt veg (P) * 86400) Q TOT (P) - celková zálivka produktu P za dobu jeho vegetačí periody (mm) δt veg (P) - vegetačí perioda produktu P (de) přepočet de a sekudy A - objemová aktivita uklidu (Bq/l) QLMOD(P) vyjadřuje rychlost depozice od celkové zálivky, homogeizovaou a celou vegetačí periodu produktu P a vztahující se k jedotkové aktivitě 1 Bq/l. Tedy jedotkový ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 56

57 Techická zpráva pro Předprovozí bezpečostí zprávu JETE, EGP , Praha, příko u každého produktu je přeásobe faktorem QLMOD(P), jehož hodoty udává ásledující tabulka č.6. Tab.č.6 : Parametry pro kotiuálí dlouhodobou zálivku sloužící ke staoveí příslušého homogeizovaého depozičího příkou produkt počátek vegetace datum Juliá.de brambory poloraé listová zeleia jarí listová 1.6. zeleia 152 podzimí kořeová 1.5. zeleia 121 plodová 1.5. zeleia 121 ovoce doba sklizě datum Juliá.de δt veg (de) závlahy celkem Q TOT (mm) *) QLMOD(P) (litr.s -1.m -2 ) ,68E ,52E ,57E ,24E ,23E ,43E-5 *) celková zálivka za vegetačí periodu, která se realizuje a základě kotiuálího jemého rozprašováí po celou vegetačí dobu produktu 3.4 Výsledky výpočtů Diskrétí zálivka Po provedeí ezbytých úprav v programu HAVAR pro přiblížeí se uvažovaé situaci byla provedea série dvaácti výpočtů ročí efektiví dávky od igesce potravi pro každou z dvaácti jedotlivých zálivek podle tabulky č.2 a 5. Tab.č.7: č. zálivky itezita zálivky (mm) efektiví dávka od igesce (Sv) ,91E ,69E ,55E ,44E ,22E ,92E ,79E ,22E ,90E ,77E ,03E ,21E-5 celkem 5,18E-3 ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 57

58 Techická zpráva pro Předprovozí bezpečostí zprávu JETE, EGP , Praha, Ročí efektiví dávka z požití zeleiy ze zahrádky zalévaé vodou ze study kotamiovaé radiouklidy podle výše uvedeého scéáře zálivky čií potom sumárě: cca 5,2 msv Kotiuálí kropeí epřetržitě po celou dobu vegetačí periody Výpočet byl provede modifikovaým programem NORMAL Za účelem studie citlivosti k dalším parametrům bylo propočteo ěkolik variat s rozlišeím podle proměých FROK a TING. Zde FROK začí zálivku v roce TROK od chvíle, kdy se kotamiovaá voda dostala do study (kozervativě se předpokládá, že od této doby zůstává měrá aktivita ve vodě kostatí). Zameá to, že v roce FROK je stejý domiatí trasport aktivity do rostliy listovou cestou, ale v kořeové zóě se uvažuje FROK ásobá kumulace uklidů s ásledujícím odpovídajícím zvýšeým kořeovým trasportem izotopů do rostli. TING proměá specifikuje dobu, do které se počítá příjem aktivity (TING = 365 => počítá se do koce roku; TING = 500 => je uvažováo i dalších ( ) dů příštího roku s kozumací potravy z miulého roku zhruba do začátku další vegetačí periody). Ročí efektiví dávka pro dospělé z požití zeleiy ze zahrádky kotiuálě kropeé po dobu vegetace vodou z kotamiovaé study čií: cca 6,3 msv 3.5 Závěr Oba způsoby výpočtu ročí dávky z igesce zeleiy zalévaé vodou z kotamiovaé study prokazují velmi dobrou vzájemou shodu. Lze tedy říci, že dávka z igesce bude meší ež 10 msv. Současě předkládaé výsledky potvrdily adekvátost igesčích algoritmů pro případy havarijího jedorázového spadu (kód HAVAR) a kotiuálího poořeí živého ekosystému do kotamiovaého prostředí (ový přístup v kódu NORMAL). V průběhu prací a této zprávě provedla firma Vodokozultace ovou aalýzu šířeí radiouklidů spodími vodami pro realističtější méě kozervativí podmíky. Z těchto aalýz vyplývá, že aktivity radiouklidů uváděé v tabulce č.5 budou miimálě o 4 řády meší. Na základě této změy lze kostatovat, že dávka z igesce zeleiy zalévaé vodou z kotamiovaé study epřevýší 1µSv. ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 58

59 Techická zpráva pro Předprovozí bezpečostí zprávu JETE, EGP , Praha, Referece [1] Heiz Müller: Irrigatio Modellig i the RODOS Food Chai Module. RODOS(WG3)-TN(97) [2] H. Müller, F. Gerig, S. Hüber: Documetatio of the Terrestrial Foodchai ad Dose Module FDMT i RODOS PV3.01. RODOS(WG3)-TN(98) [3] HAVAR: Iteraktiví programový systém pro hodoceí radiačí zátěže obyvatelstva při havarijích úicích z jaderého zařízeí do atmosféry. Část I : Metodika; Část II : Uživatelský mauál; Část III : Srovávací aalýza a studie sesitivity. Spolupráce EGP / PECHA, prosiec [4] B. Jedlička: Aalýza pohybu radiouklidů s podzemími vodami mimo areál JE Temelí, Vodokozultace, Všeory, [5] Pecha P., Pechova E.: A dyamic food-chai algorithm for estimatio of migratio of radiouclides through the livig eviromet cotiuously iflueced by the routie atmospheric discharges from uclear power plats. IUAPPA 4. meziárodí kof. Evirometal Impact Assessmet EIA-PRAHA 2000, září 2000, Praha. 8 stra. ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 59

60 Referát z koferece ECORAD 2001, Aix-e-Provece, Fracie, , Proceedigs of the 8th Iteratioal Coferece o Harmoisatio withi Atmospheric Dispersio Modellig for Regulatory Purposes, p , NIMH, (Sofia 2002) 4 PREPARATION OF RADIOLOGICAL INPUTS FOR ENVIRONMENTAL IMPACT ASSESSMENT OF ROUTINE NORMAL OPERATION OF NUCLEAR FACILITIES PECHA P. (*), PECHOVA E. (**) (*) (**) Istitute of Iformatio Theory ad Automatio, Academy of Scieces of the Czech Republic, Pod vodareskou vezi 4, Prague 8 ; pecha@utia.cas.cz ENERGOPROJEKT Prague; Vyskocilova 3/741, Prague 4, Czech Rep. Abstract. The paper describes the iput data geeratio for EIA (Evirometal Impact Assessmet) procedure based o the latest US EPA methodology for case of radioactive discharges from uclear facilities to the livig eviromet. Previous cocept of umerical dose factors (or dose coefficiet) for estimatio of radiatio doses due to exposure to radiouclides is i the EPA model exteded to the umerical risk coefficiets which eable alterative estimatio of risk to health from exposure to radiouclides. The mai characteristics of radiological situatio aroud the source of pollutio are computed o the basis of profoud aalysis of radiouclides propagatio i atmosphere, hydrosphere ad their further food-chai trasport. The risk assessmet is the doe such a product of the risk coefficiets ad the mai characteristics. A special software tool was developed ad is preseted here eablig to distiguish betwee short-term acute exposure scearios ad chroic log-term processes resultig i costat cocetratio (e. g. aually averaged) of a radiouclide i a give evirometal medium. Particular attetio was dedicated to igestio pathway where dyamic models for computatio of the aual activity itakes were customised to the local Czech coditios. Two cases of oetime radioactive fallout i a certai Julia day of a year (accidetal releases) ad log-term cotiuous submersio of ecosystem ito the cotamiated eviromet (ormal releases durig routie uclear power plat (NPP) operatio) are described by two differet igestio algorithms. 4.1 Assessmet of evirometal exposure to radiouclides Health cosequeces of radioactive releases ito the livig eviromet cover wide rage of determiistic ad stochastic effects. The pricipal stochastic somatic health effects are the icreased icidece of cacers i the irradiated populatio. Oe of the most importat issue resultig from the EIA (Evirometal Impact Assessmet) procedure is the cacer risk assessmet. I a commo practice the estimatio of the cacer risk from activity itake ad exteral exposure to emitted radiatio is doe accordig to ICRP 60 recommedatio such a simple product of a estimated effective dose ad so called omial probability coefficiets i Sv -1. The omial values do ot accout for the iheret ucertaities ad are based o the idealised adult populatio receivig a uiform dose over the whole body. Some other problems of the approach are poited out by the ICRP itself. A alterative approach to the evirometal impact assessmet cocetrated o the stochastic cacer risk of radioactive discharges is based o the latest US EPA (Uited States Evirometal Protectio Agecy) methodology [1]. It provides the ew sets of risk coefficiets which take ito accout the age depedece of biological behaviour ad the characterise more precisely the implicatios of age ad geder depedecies of activity itake, metabolism, radiogeic risk ad competig causes of death. For a give radiouclide ad exposure mode the ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 60

61 Referát z koferece ECORAD 2001, Aix-e-Provece, Fracie, , Proceedigs of the 8th Iteratioal Coferece o Harmoisatio withi Atmospheric Dispersio Modellig for Regulatory Purposes, p , NIMH, (Sofia 2002) correspodig mortality risk coefficiet estimates the risk of dyig from cacer for a average perso. The coefficiets are related to the uit activity ihaled or igested for iteral exposure ad to the uit time-itegrated activity cocetratio i air or soil for exteral exposure. From the poit of view of differet scearios, a risk coefficiet r may be iterpreted as a risk per uit exposure for a typical perso exposed throughout life to a costat cocetratio of radiouclide i a evirometal medium (chroic exposure), or as the average risk per uit exposure to members of a statioary populatio that experieces a acute exposure to the radiouclide i a certai evirometal medium. The EPA methodology provides the risk coefficiets estimatig the risk of cacer from lowlevel exposure of radiouclides ad presumes that the risk is directly proportioal to itake or exposure accordig the liear o-threshold model (LNT). For a give exposure sceario the overall lifetime cacer risk R evoked by the drivig quatities X, Y ad activity itake I(X Y) are expressed as R = r ex. X for exteral exposure ad R = r i. I(X Y) for iteral exposure. The, for the assessmet based o the US EPA methodology it is ecessary to fid detailed spatial activity distributio of the mai drivig variables X, Y ad I(X Y) aroud the source of pollutio. Two drivig variables X express the time itegrated activity cocetratios of uclide, specifically TIC air i the ear-groud layer of the air [Bq.s.m -3 ] ad TIC gr o the groud surface [Bq.s.m -2 ]. Two mai variables Y express either specific activity depositio o the groud Ω gr just after the plume passage over the terrai [Bq.m -2 ] for acute sceario or aually averaged log term value of specific activity depositio rate Drate gr [Bq.m -2.s -1 ]. Specifically, for the iteral activity itake is used the otatio: I ih (TIC air) - iteral activity itake ito the huma body i depedace o age group due to ihalatio (i Bq per itegratio time) I ig (Ω gr ), I ig (Drate gr) - iteral activity itake ito due to igestio of cotamiated food either for acute or chroic scearios (i Bq per duratio of cosumptio); i depedece o age group ad the Julia day of fallout (acute) The curret distributio of the risk probabilities aroud a certai uclear facility is the defied as a product of the risk coefficiets from [1] ad the correspodig values of spatial activity distributio geerated by program codes HAVAR [6] ad NORMAL [4] for cases of the accidetal or routie ormal operatio scearios. The geeratio procedure is briefly metioed i the followig text. 4.2 Trasport of radioactive discharges i atmosphere Oes the radioactive material is released from vetig stacks, cotaimet or buildig roofs, the admixtures are icorporated i the plume ad drifted i the dowwid directio. The polluted plume expads horizotally ad vertically due to turbulet diffusio i the atmosphere. The radiouclides are boud i the plume i a certai physical-chemical forms (aerosols, elemetal form, orgaically boud) ad durig the dispersio are removed from the plume due to several removal mechaisms. The process results i the plume depletio, maily due to: radioactive decay - daughter build-up have to be take ito accout for activity i air durig the plume travel ad for deposited activity durig the period of its persistece o the groud dry depositio - gravitatioal settig ad depositio due to cotact of the cotamiated plume with the groud, vegetatio or urba structures ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 61

62 Referát z koferece ECORAD 2001, Aix-e-Provece, Fracie, , Proceedigs of the 8th Iteratioal Coferece o Harmoisatio withi Atmospheric Dispersio Modellig for Regulatory Purposes, p , NIMH, (Sofia 2002) wet depositio removal by raiout (precipitatio formatio process iside of the plume) or by washout (iteractio betwee fallig drops ad admixtures) Atmospheric dispersio of airbore uclides is determied by mechaisms of advectio ad diffusio trasport. The advectio model provides wid field characteristics. The diffusio processes i the plaetary boudary layer are iitiated by turbulet motio of atmosphere ad cause the spread of admixtures vertically ad peripherally to the trasport directio. Segmeted Gaussia straight-lie diffusio model is used here. Diffusio categories accordig to Pasquill- Gifford otatio eable to distiguish various turbulet ad thermal states of atmosphere. Withi wid field ad dispersio calculatios may other factors have to be take ito accout such thermal structure of the atmosphere, surface roughess ad other lad cover characteristics, orography of the terrai, reflectio from the groud ad top of the mixig layer or iversio layers, the effect of iitial plume rise due to vertical mometum ad buoyacy, recirculatio i the wake regio of the ear stadig buildigs. Diffusio parameters σ y (x) ad σ z (x) ad their depedece o dowwid directio x, stability category, surface roughess ad effective release height are take ito accout for both urba ad rural areas. These effects are usually expressed by semi-empirical formulas derived from experimetal results. Nevertheless it icludes a certai degree of ucertaities. That is why the several alterative models are available i NORMAL or HAVAR products which eable user to aalyse the problem from differet poits of view. A special attetio has bee dedicated i [9] to the categorisatio of lad use types with respect to its local effect o dry depositio velocity ad surface roughess which led to a improvemet of source depletio model used withi the Gaussia solutio. The dispersio problem is solved o the polar grid with 16 agular sectors of widrose ad 35 radial distaces up to 100 km from the source. Let us cosider oe real situatio with category of atmospheric stability j, whe wid blows i directio of k of widrose with speed from wid category m. Moreover, atmospheric precipitatio occurs with itesity from category s, iversio situatio occurs with iversio height from category g (s = 1, g = 1 => o precipitatio, o iversio occur ). The spatial ad time (t) distributio of the activity cocetratio C k (x,y,z,t; j,m,s,g) of radiouclide i air is give by the step-wise Gaussia straight-lie solutio. Coordiates x, y ad z deote dowwid, peripheral ad vertical directios. Correspodig eargroud variable C k (x,z=0,t; j,m,s,g) is iterpreted as maximum uder the plume axis (i widrose directio k ) for accidetal scearios ad as averaged withi the agular sector k for ormal routie releases. For case of log-term ormal operatio with routie releases the calculatios are repeated for all possible values of the idexes j,m,s,g ad the resultig mea aual values are computed by weightig the particular values by aual weather statistics QW(k,j,m,s,g) give by the Natioal Meteorological Service. The fial aual mea activity cocetratio MC k (x,z=0) of radiouclide i the directio k (averaged withi sector k, e.g. i peripheral dir.) ad radial distace x from the source is schematically expressed as: MC k ( x, z = 0) = C ( x, z = 0; j, m, s, g) QW (k, j,m,s,g) (1) k ( j) ( m) ( s) ( g ) ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 62

63 Referát z koferece ECORAD 2001, Aix-e-Provece, Fracie, , Proceedigs of the 8th Iteratioal Coferece o Harmoisatio withi Atmospheric Dispersio Modellig for Regulatory Purposes, p , NIMH, (Sofia 2002) 4.3 Depositio of activity o the groud Due to dry ad wet removal processes of admixtures from the plume the radiouclides are deposited o the groud. Time depedecy of deposited activity Ω gr(t;x,y) is foud from the activity balace equatio where the radioactive decay ad removal of the uclide from the surface (e.g. migratio, ru-off mechaisms) mea egative terms ad cotributio from the paret uclides ad from the activity depositio rate from fallout ad washout represet the sources. The key value of the mea depositio rate [Bq.m -2.s -1 ] for case of ormal log-term routie releases Drate gr is ow equivalet to the source term: _. D rategr ( t; x) = A F k ( t; x) + W k ( t; x) (2) where A, F k ( t; x), W k ( t; x) deote release rate of uclide from the source [Bq.s -1 ] (homogeized durig year) ad log-term (aually averaged, mea withi sector k) fallout ad washout coefficiets (both are calculated similarly to eq. (1) - details i [4]). The scheme (2) with peripheral depedecy y holds true also for the case of accidetal releases described by segmeted Gaussia plume model, where withi oe segmet the release rate A is assumed to be costat ad the quatities F ad W are substituted by their short-term values [6]. Detail kowledge of the depositio rate eables further calculatio of activity depletio from the plume ad detailed time depedecy of the activity deposited o the groud both for chroic ad acute scearios. Such a example is give o fig. 1 the 2-D plot of aual mea values of deposited activity of radiouclide Cs137 o the groud. Prevalet aual wid directios resulted from the aual weather statistics ca be recogized from here. Two isolies (4e-05 - violet color origially; 2e-05 - yellow orig.; i [Bq.m -2 ] ) of the aual values of deposited activity of Cs137 are related to the total aual release of Cs137= 5.97e+5 Bq/year (from obligatory validatio task o. 2 defied by the Czech Accreditatio Board for the codes used i the field uclear safety icludig atioal code NORMAL). The results are displayed over a real map backgroud of the locality of NPP Dukovay. The picture was geerated o the scree by the iteractive presetatio module of the system NORMAL. ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 63

64 Referát z koferece ECORAD 2001, Aix-e-Provece, Fracie, , Proceedigs of the 8th Iteratioal Coferece o Harmoisatio withi Atmospheric Dispersio Modellig for Regulatory Purposes, p , NIMH, (Sofia 2002) 4.4 Iputs for the Iteral exposure assessmet due to activity ihaled ad igested Iteral itake of activity due to ihalatio pathway The ihaled activity I ih (TIC air) of uclide durig a certai time T is computed as a product of breathig rate ad the value of itegrated (durig the T period) ear-groud activity cocetratio of i air. The breathig rates have to be distiguished accordig to age groups. The TIC air values are geerated i depedecy o the release sceario as: For accidetal (acute) scearios - o the basis of time itegratio of variable C k (x,y,z=0,t; j,m,s,g) For chroic scearios (e.g. routie releases durig ormal NPP operatio) the aually averaged values of MC k (x,z=0) from eq. (1) are multiplied by the selected time iterval T Iteral itake of activity due to igestio pathway The food chai trasport of radiouclides is treated agai i relatio to the exposure scearios. Two differet approaches have bee developed for: Short-term accidetal releases the acute exposure due to iteral activity itake caused by cosumptio of cotamiated foodstuffs I ig (Ω gr ) is estimated o the basis of iitial spatial distributio of activity deposited o the groud just after the radioactive plume pass the terrai i a certai Julia day of fallout i a year. The correspodig algorithm described i ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 64

65 Referát z koferece ECORAD 2001, Aix-e-Provece, Fracie, , Proceedigs of the 8th Iteratioal Coferece o Harmoisatio withi Atmospheric Dispersio Modellig for Regulatory Purposes, p , NIMH, (Sofia 2002) [6] come out from the model ENCONAN [7] (simplified ECOSYS methodology) where the first attempt to adjust it for the Czech local coditios is doe. Sesitivity of the aual activity itake depedece o Julia day of radioactive fallout with regard to vegetatio periods of agricultural products was aalysed i [6]. Chroic log-term releases - Durig ormal NPP operatio the ecosystem surroudig the NPP is assumed to be cotiuously submerged ito the cotamiated eviromet where customary agricultural practices are applied. Ulike to the short-term release the detailed modellig of cotiuous activity depositio process comes out from the activity depositio rate distributio expressed by eq. (2). I additio, the trasport of tritium ad carbo-14 is assumed to be drive by the photosythesis process ad the depedet o the MC k values of cocetratio from eq. (1). The ew food-chai trasport model for the latter case of log-term releases is itroduced i [4,5] ad eables more precise geeratio of aual activity itake. The dyamic model is adopted for the average Czech coditios takig ito accout local cosumptio habits (depedece o seaso ad age), agricultural productio scheme, average agro-climatic coditios ad pheologic characteristics of the plats, feedig diets of aimals, time delays durig processig, trasport ad storage of foodstuffs ad feedstuffs etc. The balace equatio of the activity cotiuously deposited o the leaves ad groud assumes source term expressed by the depositio rate accordig to (2) ad two differet mechaisms of uclides uptake ito edible parts of plats are modelled: - Foliar uptake of radiouclides: I the process of the cotiuous depositio o leaves the iitial deposited activity is decreased due to weatherig effects (wid, rai), radioactive decay ad tissue ageig (growth dilutio effect). Furthermore, the fractio of activity traslocated to other parts of the plat should be take ito accout. The aalysis must distiguish betwee plats which are used totally (e.g. leafy vegetables, grass) ad plat of which oly a special part is used (cereals, potatoes). Traslocatio from leaves to the edible parts of the plat has to be accepted. This process is strogly depedet o the physiological behaviour of the isotope cosidered. - Root uptake of radiouclides: I geeral, the root uptake of activity is calculated from the cocetratio of activity i the soil usig equilibrium trasfer factors which give the ratio of activity cocetratio i plats (fresh or dry weight) to soil (dry soil). Cumulatio of groud activity durig years is accepted. Total time itegrated itake of activity (durig time period t, ormalised to the uit depositio rate of uclide ) for age category a due to both direct cosumptio of edible parts of plats ad cosumptio of cotamiated aimal products is schematically writte as a, a, a, ε ( t) = Iε ( t) + { I ( t) } (3) I TOT ε ( l) l ( b) ( p) Here l deotes the plat products, b meas the aimal products (milk, meat, eggs). From the products b are produced various foodstuffs p(b) (for example from the milk are produced the foodstuffs p : fresh milk, cream, cheese, milk dry, milk codesed, curd, others with various specific time delays for cosumptio). The Czech local age-depedet cosumptio basket ad local dyamic parameters are implicitly icluded. For t=1 year the terms o the right side of (3) represet the total aual activity itake (ormalised to the uit depositio rate) from the direct cosumptio ad from cosumptio of aimal products. Resultig itake I ig (Drate gr) is foud by multiplyig the values from (3) by real distributio of Drate gr. I the followig table 1 are p, b ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 65

66 Referát z koferece ECORAD 2001, Aix-e-Provece, Fracie, , Proceedigs of the 8th Iteratioal Coferece o Harmoisatio withi Atmospheric Dispersio Modellig for Regulatory Purposes, p , NIMH, (Sofia 2002) icluded results for adult category for several isotopes from a give spectrum of aual releases of uclides predicted for routie operatio of NPP Temeli. Tab. 1: Normalised aual activity itake of isotopes due to igestio pathway adults (related to the local Czech dyamic parameters ad cosumptio basket) Year after start r a d i o u c l i d e of NPP operatio H-3 (*) C-14 (*) Co-60 Ni-63 I-131 Cs-134 Cs-137 i the 1 st year 0.12E E E E E E E+9... i the 31 st year 0.12E E E E E E E+9... (*). ormalised to uit ear-groud act. cocetr. i air [m 3 ]; other uclides: ormalised to uit depositio rate [m 2.s] Cocludig remarks Extesive comparative studies were doe with the COSYMA [6] ad PC CREAM [4] results (partially with a certai RODOS rus) for the mai drivig variables X,Y, I(X Y). Furthermore, the flexible ew igestio algorithm was used for aalysis of other importat effects, such as: - Estimatio of various feedig practices: A certai hypothetical sceario for the 3 cuts of forage ad correspodig feedig rates for dairy cows ad cattle i fatteig was itroduced. The combiatio of idoor fatteig i a stable ad cotiuous pasture of the fresh grass ca be studied. - Effects of seasoal cosumptio: More realistic seasoal scearios ca be treated i cosumptio scheme of a certai products. Cosiderable differeces were foud for some uclides (e.g. I131) i relatio with the average aual cosumptio. - With small modificatio the ew igestio algorithm ca be adopted for the estimatio of irrigatio of plats by cotamiated water where the discrete waterig is substituted by the equivalet cotiuous sprayig durig the whole vegetatio period [4] As for the future prospects of developmet the three mai topics seem to be i the cetre of iterest whe proceed from estimatio of coservative potetial exposure assessmet to the more realistic expected magitudes: Adoptio of more realistic igestio scheme istead of the local productio-local cosumptio oe. The equilibrium trasfer factor cocept should be substituted by realistic compartmet metabolic models. Itroductio of multi-regioal cocept, whe the whole territory is split ito a certai umber of so called radioecological zoes accordig to differeces i climate, pheological characteristics, agricultural productio ad feedig regimes, cosumptio habits, soil types (strogly ifluecig soil to plas trasfer factors) etc. The first attempt isist i the utilisatio of multi-criterio cocept for the ew regioalizatio of the Czech Republic from the poit of view of global criterio of favourable vegetatio coditios [10]. Model parameters improvemet, which icludes data actualisatio ad recostructio of various items o fie spatial grid (site specific data, soil type, lad use, elevatios, agricultural productio, populatio, more detailed meteorological statistics etc.) related to the local-specific coditios. ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 66

67 Referát z koferece ECORAD 2001, Aix-e-Provece, Fracie, , Proceedigs of the 8th Iteratioal Coferece o Harmoisatio withi Atmospheric Dispersio Modellig for Regulatory Purposes, p , NIMH, (Sofia 2002) Refereces 1. K. F. Eckerma, R. W. Leggett, C. B. Nelso at al., ORNL EPA 402-R , FGR No. 13 (1999) 2. J. R. Simmods, G. Lawso, A. Mayall, i EUR EN - PC CREAM code, (1995). 3. J. Brow, J. A. Joes, J. Ehrhardt at al., i EUR EN (NRPB-SR280) - PC COSYMA code (1995). 4. E. Pechova, P. Pecha, NORMAL code - i Tech. rep. EGP Prague, EGP (1999). 5. P. Pecha, E. Pechova, i Proceedigs of the 4 th Iteral. Cof. o Evirometal Impact Assessmet EIA - PRAGUE 2000, Sept. 2000, Prague, p P. Pecha, E. Pechova, HAVAR code - i Tech. rep. EGP Prague, EGP (1999). 7. V. Klimet, Nuclear Eergy 38, No. 3, p. 177 (1992). 8. P. Pecha, P. Nedoma, E. Pechova, i Proceedigs of the 6-th It. Cof. o Harmoisatio withi Atmospheric Dispersio Modellig for Regulatory Purposes. Roue, 1999, p P. Pecha, P. Kuca, E. Pechova, i Proceedigs of the 7-th It. Cof. o Harmoisatio withi Atmospheric Dispersio Modellig for Regulatory Purposes. Belgirate, 2001, p D. Moravec, J, Votypka, i Climatic Regioalisatio of the Czech Republic. Charles Uiv. Publishig, Prague, 1998, ISBN P. Pecha, P. Kuca, P. Nedoma at al., i FDMT Customisatio for the Czech Republic. - RODOS(WG3)-TN(98)-14 - fial versio ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 67

68 Proceedigs of the 8th Iteratioal Coferece o Harmoisatio withi Atmospheric Dispersio Modellig for Regulatory Purposes, p , NIMH, (Sofia 2002), Harmoisatio withi Atmospheric Dispersio Modellig for Regulatory Puroses /8./, (Sofia, BG, ) (2002) 5 Applicatio of Multi-Pathway Trasport Model for Regulatio of Normal Atmospheric Radioactive Discharges from Nuclear Facilities Petr Pecha 1, Emilie Pechova 2 1 Istitute of Iformatio Theory ad Automatio, Prague, Czech Rep., pecha@utia.cas.cz 2 ENERGOPROJEKT Prague, Czech Rep., pechova@egp.cz INTRODUCTION Radiological impact of routie radioactive atmospheric releases o populatio has to be miimised ad rigorous evidece of the compliace with govermetal limits ad regulatios has to be brought. The fuctioal relatioship is modelled betwee the aual routie releases of radiouclides to atmosphere from uclear power plat (NPP) ad correspodig irradiatio of a perso from critical group of ihabitats. All specific features of activity trasport have to be take ito accout startig from the same begiig of icorporatio of airbore admixtures ito the plume, their dispersio ad depletio from the plume due to various removal mechaisms. Further movemet over the terrai accordig to the curret wid field results to the propagatio of radioactivity ito the livig eviromet. Because of log-term character of the releases the aual weather statistics is used for averagig the particular atmospheric situatios. Cosecutive determiatio of the expected aual values provides for estimatio of resultig irradiatio burde. The mai expected aual values are represeted by resultig spatial distributios of the activity cocetratio of radiouclides i the air, their depositio o the groud due to dry ad wet depositio processes ad activity depositio rates. The values implicitly icorporate effects of all parameters eterig ito the previous atmospheric modellig (spatial distributio of the surface type ad elevatio profile, selected formulas for determiatio of dispersio parameters ad vertical wid profile, site-specific characteristics of the release icludig the release height, iitial plume rise, ear-stadig buildig effects ad log-term site-specific weather statistics, etc.) - see more detailed descriptio i Pechova, E. (1999), Pecha, P.(1999). O the basis of the mai expected aual values the further multi-pathway activity trasport i directio to the huma body is modelled. Fially, the exteral ad iteral irradiatio expressed i terms of aual doses due to pathways of cloudshie, groudshie, ihalatio (icludig resuspesio) ad igestio of cotamiated foodstaffs are determied. Sigificat cotributio to the total doses is caused by the igestio pathway. The ew improved dyamic algorithm of the NORMAL code accepts the real situatio of the ecosystem beig submerged ito the cotiuously cotamiated eviromet where the customary agricultural practices are applied - Pecha, P. (2000). Istead of deposited activity o the surface the ew drivig variable of istataeous activity depositio rate is itroduced. It eables more precise modellig of the time depedecy of the activity depositio o soil ad plats due to the vegetatio periods. As a result of radiouclide trasport aalysis aroud the source of pollutio a set of site-specific coversio coefficiets i Sievert/Becquerel is provided for each uclide which represets the effect of ormalised aual release of 1 Bq/year. The, the quick estimatio of the real aual dose ca be foud by multiplyig the real aual activity release by the coversio coefficiets. A certai tred ca be itroduced for time-depedece of the depositio rate durig the year ad the a optimisatio of the aual discharges distributio ca be modelled. Specifically, the effect of shift i the log-term maiteace shutdow with regards to vegetatio periods o the averted dose due to igestio is quatified. ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 68

69 Proceedigs of the 8th Iteratioal Coferece o Harmoisatio withi Atmospheric Dispersio Modellig for Regulatory Purposes, p , NIMH, (Sofia 2002), Harmoisatio withi Atmospheric Dispersio Modellig for Regulatory Puroses /8./, (Sofia, BG, ) (2002) PROGRESS IN ATMOSPHERIC DISPERSION MODELLING The methodology used for atmospheric dispersio modellig for both ormal ad accidetal releases of radiouclides is described i Pecha, P. (1999), where a choice of proper atmospheric dispersio model for the particular cases is discussed. For short-term accidetal scearios the segmeted Gaussia plume model (ad more precise algorithm ATSTEP for hybrid plume puff model origially developed for the RODOS product) is adopted for purpose of takig ito accout dyamics of the release ad chages i curret weather situatio (step-wise approach). As for ormal routie operatio the procedure for determiatio of the time-averaged aual values (spatial distributio of ear-groud activity cocetratio i air, activity deposited o the groud ad averaged depositio rate up to 100 km from the source of pollutio) is based o procedure of weightig the real particular situatios (described by a certai atmospheric stability category, wid speed ad directio, precipitatio itesity, occurrece of iversio situatio) by the aual weather statistics. For such averagig procedure the Gaussia straight-lie solutio is geerally applicable ad justified. Let us otice that several optios for dispersio calculatios are offered (semiempirical dispersio formulas for rough or smooth terrai, box-model homogeisatio) for purposes of ucertaities aalysis or "worst case sceario studies. The further developmet has established close coectio of iputs with the existig exteral fie gridded geographical data. The ewly developed data preprocessor trasforms for each NPP site the detailed available spatial iformatio related to elevatio, roughess ad lad use type (i absolute geographical coordiates) to the required calculatig polar grid with variable cells (relatively to the NPP positio). For example the more detailed iformatio relatig to the lad use (5 categories: water, grass, agricultural, forest, urba) eables to geerate the occurrece (%) of each category ad the to calculate the mea weighted value of the dry depositio velocity v g o each polar cell (o the basis of the maximum v g for fully developed plat caopy recommeded i the RODOS product for each physical-chemical form of the radiouclide aerosol, elemetal, orgaic, oble gas see Kuca, P. (2001) ). For each polar grid cell (I,K), radial distace iterval I, widrose directio K, the value of the log-term coefficiet of dry depositio is expressed as sum of partial dry depositios weighted by the aual weather statistics. For each partial situatio characterised by the Pasquill-Gifford weather category j, wid directio K ad wid velocity category m, the correspodig partial plume depletio correctio factor, which represets the total activity depletio due to dry depositio from the source up to the radial distace x I+1, is expressed as: F dry i= I xi+ 2 1 ( K, I, j, m) = exp vg ( K, i) K, j, m i= π u 1 xi exp( Hef 2 ( j) / 2 σ 0 σ z, j ( K, i) 1 2 z, j ( K, i)) dx H ef is effective plume axis height, u 0 is referece wid speed at measuremet height 10 m, σ z is vertical diffusio coefficiet at positio (K,i) expressed by Karlsruhe-Jőlich expoetial set. This represets a improvemet i compariso with the former access whe v g was assumed to be costat i all radial distaces i a certai widrose directio. The similar procedure has bee implemeted for case of accidetal scearios ad the both algorithms are cosistet ad its meaig icreases for rough terrai with extesive forest areas. It is just case of the NPP Temeli, for which geerated spatial distributio of coversio factors K eff,tot is displayed i the form of isopleths o Figure 1. Let us otice, that the factors K are strictly assiged to the NNP site of iterest ad has clear physical meaig as aual effective dose ormalised to the uit aual release 1 Bq/year of uclide I131 due to correspodig exteral aual irradiatio (cloudshie, groudshie) ad iteral aual activity itake (ihalatio, igestio). Doses from iteral activity itake mea the 50-years (adults) or 70-years (childre) committed doses. The (1) ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 69

70 Proceedigs of the 8th Iteratioal Coferece o Harmoisatio withi Atmospheric Dispersio Modellig for Regulatory Purposes, p , NIMH, (Sofia 2002), Harmoisatio withi Atmospheric Dispersio Modellig for Regulatory Puroses /8./, (Sofia, BG, ) (2002) results eable quick estimatio of the real aual doses by multiplyig the real aual activity release by the coversio coefficiets ad the represet useful tool for atioal regulatory bodies. The coversio coefficiets are geerated also for other uclides, differet critical age categories or various other edpoit values (equivalet doses, for idividual pathways). Differet types of quatities (ormalised aual values of the ear-groud activity cocetratio i the air, ormalised aual depositio rates) were calculated ad delivered to successive evirometal impact assessmet (EIA) aalysis for NPP Temeli see Pecha, P. (2001). Figure 1.: Spatial distributio of factor K eff,tot (Sv/Bq) for coversio of ormalised aual release 1 Bq/year of the uclide I131 to the correspodig aual effective dose (Sv/year) for age category of adults; viciity of NPP Temeli; multi-pathway trasport icluded (cloudshie, groudshie, ihalatio + ihal. from wid-drive resuspesio, igestio) DYNAMIC FOOD-CHAIN MODELLING O the basis of curret kowledge from early 90 s (maily based o the Europea ECOSYS code) the local dyamic model ENCONAN (author V. Klimet) for trasport of radiouclides through food chais was developed ad adopted for average Czech coditios takig ito accout local cosumptio habits (depedece o seaso ad age), agricultural productio scheme, average agro-climatic coditios ad pheologic characteristics of the plats, feedig diets of aimals, time delays durig processig, trasport ad storage of foodstuffs ad feedstuffs etc. The model was origially developed for icidetal radioactive fallout i a certai Julia day of a year. For ormal operatio of NPP a approach of equivalet umber of discrete radioactive fallouts is usually used. The approach was revised ad a attempt for more detailed modellig for case of log-termed cotiuous routie releases is preseted i Pecha, P. (2000). ÚJV Řež a.s. Archiví číslo: EGP 5010-F Straa 70