MATTIAS JÖNSSON MEDICINSK STRÅLNINGSFYSIK INSTITUTIONEN FÖR TRANSLATIONELL MEDICIN LUNDS UNIVERSITET

Transkript

1 Följande föreläsning hölls 13/ av Mattias Jönsson i Halmstad. Materialet får användas i utbildningssyfte men ej spridas utan min personliga tillåtelse. Kontakt: mattias.jonsson.290@gmail.com

2 Beräkningsverktyg och IT-stöd som används av SSM MATTIAS JÖNSSON

3 Innehåll RadGIS Doshandboken Lena2003 PIGLET ARGOS: RIMPUFF + MATCH Demonstration av Lena2003

4 RadGIS SSM s webbaserade verktyg för registrering av mätdata, prover osv.

5 Registrering av mätning Position (GPS) Tid Mätansvarig Beskrivning Väderlek Bilagor (t.ex. spektrumfiler)

6 Registrering av prover Position Tid Mätansvarig Beskrivning Väderlek

7 Visualisering av mätningar Karta över mätpositioner mm.

8 Olika spridningsmodeller Enkla modeller Fungerar alltid men man får räkna med grova osäkerheter Kan köras av personer med begränsad utbildning Avancerade modeller Ger bättre uppskattningar men kräver mer input Kräver mer av operatören OBS! alla simuleringar måste granskas kritiskt

9 Doshandboken Dokument som ska utgöra underlag vid dosberäkningar Handboken innehåller förteckningar över de dosomvandlingsfaktorer som SSM skall använda i en krissituation (ICRP, Eckerman K.F och Legget R.W 1996).

10 Syftet med spridningsmodeller Förutspå var plymen kommer färdas och vad som kommer deponeras för att ge: beslutsstöd vid akuta situationer råd åt fältteam, mobila team och flyg-/helikopterteam i vilka områden de ska utföra mätningar och kartläggning. Spridningsmodeller fungerar olika bra vid olika vädertyper. Vissa modeller är bättre på korta avstånd, andra på längre.

11 Viktiga frågor Hur mycket radioaktiva ämnen finns i reaktorn (Inventariet)? Hur stor del av inventariet läcker ut (Källterm)? Vilken höjd, hur varmt och hur länge varar utsläppet?

12 Olika nuklider i härden

13 Viktiga frågor Går utsläppet/tryckavlastning genom filter? Vindriktning, vindhastighet, atmosfärisk stabilitet (omblandning), nederbörd? (Spridningsmodell) Hanteras stråldoser från moln, inhalation, markbeläggning av modellen? Behov av skyddsåtgärder vilka och hur länge?

14 Manuella beräkningar Utsläpp: 1 (Bq/s) Vindstyrkan är u (m/s) (på 1 sekund rör sig aktiviteten u meter) Efter tiden t har aktiviteten fördelats i volymen V=y u H Utspädningen blir då C=1/V Förhållandet (y/x) beror på vädrets stabilitet (vädertyper vid rimliga utsläppshöjder, vindstyrkor m.m. finns i doshandboken) x H x Avstånd från utsläppspunkt y Plymbredd vid avstånd x u Segmenttjocklek (vindhastighet*1) H Blandningshöjd y u

15 LENA Beräknar luft- och markkoncentrationen från en utsläppspunkt. Designat för snabba, grova uppskattningar i det första akuta skedet, innan mer avancerade modeller kan tillämpas Programmet antar att meteorologiska parametrar är konstanta under projektionsperioden. (Perioder av nederbörd kan dock simuleras)

16 Plymmodell Gaussisk plymmodell i tre dimensioner där höjden på skorstenen är markerat med h 0 och h e är effektiva utsläppspunkten. Spridningsparametrarna σ y och σ z (standardavvikelserna för koncentrationen) varierar med atmosfärens stabilitet och avståndet. Koncentrationen är normalfördelad i både lateral- och horisontalled. Tillsammans skapar parametrarna en plym i riktning x.

17 Spridning i höjd och sidled (turbulens och meandering) Ett antal parametrar a,b,c,d, ε, γ och τ som beskriver turbulens och meandering ger spridning i höjd och sidled σ z = ax b 1 + cx d 2 + dz 0 2 σ y = εx γx + τx 2 + dy 0 2

18 Lena Resultat Plymen rör sig i en rät linje. Utspädningen vid en punkt (x,y,z) längs plymen kan som första approximation skrivas: D = 2πσσ y σ z u 1 exp 0.5 y 2 F σ y Där u är vindhastigheten och F är spridningen i höjdled: F = exp 0.5 h z σ σ z 2

19 Resultat Enkelt program som vid stabila väderförhållanden kan ge bra resultat på kortare avstånd än cirka 10 km från källan Lena kan simulera olyckor i Sverige samt i den närmaste omgivningen

20 PIGLET - Particle In Grid LEna Type Vidareutveckling av Lena som använder väderdata PIGLET använder HIRLAMdata (High Resolution Limited Area Model) och konverterar dem till ett format som passar kartdatabasen i Lena. Källtermer och inventarier är desamma som i Lena.

21 PIGLET - Particle In Grid LEna Type Spridningsberäkningen har ersatts av en modul som beräknar trajektorier för enskilda partiklar. Partiklarna antas följa vinden men utsätts hela tiden för slumpmässiga avvikelser i höjd- och sidled

22 ARGOS (Accident Reporting and Guidance Operational System) Omfattande program som ska ge stöd åt beredskapsorganisationen Innehåller prognosverktyg för både kärnkraftsolyckor och kärnvapendetonationer (även atmosfäriskautsläpp av kemiska eller biologiska ämnen) Utvecklat av Risø och danska Beredskapsstyrelsen Utvecklingsarbetet sköts nu av ett internationellt konsortium

23 Rimpuff - RIsø Mesoscale PUFF model Ett program som används i ARGOS för beräkning av hur radioaktiv luft förflyttas och sprids. Så kallad puffmodell där utsläppet modelleras som separata molnpuffar Puffarna följer med vinden och bereder ut sig i höjd och sidled beroende på bl.a. turbulens i luften.

24 Rimpuff - RIsø Mesoscale PUFF model Väderdata kan hämtas från National Oceanic and Atmospheric Administration (USA) och Rimpuff användes därför av SSM vid Fukushimaolyckan Mycket indata krävs

25 MATCH Multiscale Atmospheric Transport and CHemistry modelling system MATCH har utvecklats vid SMHI. Används i en rad olika sammanhang, bl.a. för prognoser av luftföroreningar och utsläpp av olika slag Fungerar i princip på alla längdskalor, från lokala till kontinentala.

26 MATCH Multiscale Atmospheric Transport and CHemistry modelling system Eulersk spridningsmodell som bygger på beräkningar i en geografiskt fixerad tredimensionell rutnät (Jämför med PIGLET och Rimpuff, som är Lagrangska modeller där koordinatsystemet följer med partiklarna respektive puffarna) I varje gridbox beräknas förändring av halten av radioaktiva material med differentialekvationer OBS! Modellen ger medelvärden i varje gridbox vilket inte är oproblematiskt att utvärdera då en detektor vanligen mäter i en punkt

27 MATCH Multiscale Atmospheric Transport and CHemistry modelling system Rutinkörningar görs dagligen för kärnkraftverken i Sverige och omgivande länder Fig. Simulerat utsläpp från Forsmark

28 Jämförelse mellan Lena, PIGLET och RIMPUFF Tänkt utsläpp från Forsmark Vinden vrider kraftigt i högervarv med höjden och med tiden. I marknivå under första utsläppstimmen blåser det mot sydväst, efter ca 2 timmar mot nordväst och senare mot nordöst. Några hundra meter upp ligger vindriktningen hela tiden cirka 90 grader längre åt höger än vad den gör i marknivån.

29 Jämförelse mellan Lena, PIGLET och RIMPUFF LENA: - 3 plymer ritas ut - Ger en grov överblick och ger under de första timmarna en god överenstämmelse med resultaten från PIGLET och RIMPUFF nära utsläppsplatsen

30 Jämförelse mellan Lena, PIGLET och RIMPUFF PIGLET: Så här ser den tidsintegrerade plymbilden ut i PIGLET 6 timmar efter utsläppets början. Vinden har vridit åt höger med tiden och med höjden. Molnet ute över havet i NV ligger några hundra meter upp och ger molndos men knappast någon inandningsdos.

31 Jämförelse mellan Lena, PIGLET och RIMPUFF RIMPUFF delar sin ursprungliga puff i två distinkta puffar för att kunna skildra vindskjuvningen med höjden. Skillnaden mellan PIGLET och RIMPUFF är förhållandevis små med tanke på att det är ett komplicerat väder. PIGLET är en enklare modell än Rimpuff, men inte självklart vilken av modellerna som bäst avspeglar verkligheten.

32 Demonstration Filtrerat utsläpp från Ringhals (R4) Stabilitet D Vind från 330 Vindhastighet 5 Blandningshöjd 800 m Inget regn FILTRA.SCT Härdeffekt 1800 MW Plymeffekt 0 MW Utsläppshöjd 40 m Fördröjning 12 h Varaktighet 10 h x = m y = 3842 m T timmar efter utsläpptes början

33

34