Summering av analyserade händelser

Transkript

1 Revision 2 State Released Summering av analyserade händelser European Spallation Source ESS AB Visiting address: ESS, Tunavägen 24 P.O. Box 176 SE Lund SWEDEN

2 DOCUMENT REVISION HISTORY Revision Reason for revision Date 1 New Document 2 Clarified minor parts of section 3.2, 6.1, 6.2 and List of Authors List of Reviewers List of Approvers Hansson, Thomas Jacobsson, Peter Jacobsson, PeterJacobsson, Peter 2(23)

3 SAMMANFATTNING Detta dokument ger en sammanfattande beskrivning av genomförda analyser samt tillhörande resultat för tänkbara konstruktionsstyrande händelser (Design Basis Accident, DBA), men också för händelser med förutsättningar som bedöms ligga utanför anläggningens kommande designkrav (Beyond Design Basis Accident, BDBA). Samtliga resultat utgör input till arbetet med att erhålla en utformning av ESS som medför att nödvändiga krav uppfylls. Detta dokument är en vidare utveckling av ESS rev 1 och kommer översättas till en engelska version som därmed blir ESS rev 2. Detta sammanfattande dokument visar - att nödvändiga och representativa händelseförlopp har studerats - att samtliga bidragsvägar för total stråldos till referensgruppen har beaktats - att resulterande strålnivåer för de konstruktionsstyrande händelserna ligger inom acceptabla nivåer Resultatet för DBA händelse målmaterial i drift kan sammanfattas enligt följande: - Exklusive intag av föda kan stråldosen bli ca 6 msv vid 300 m avstånd - Sköldkörtel på 1-årigt barn erhåller ca 2 msv vid 300 m avstånd - Långtidsexponering från markkontamination leder till ca 0.3 msv vid 300 m avstånd - Grödor inom några km blir otjänlig det innevarande skördeåret, men om det används till föda motsvararande en årskonsumtion av grödorna, så ger det stråldosen 9 msv - Efterföljande år krävs inga restriktioner för lokalt producerade grödor En framträdande nuklid i ovanstående är I-125 (T 1/2 = 59 dagar, elektroninfångning) BDBA händelser bedöms leda till en stråldos på ca 160 msv vid 300 m avstånd. Motsvarande worst case helt utan barriärer och skyddsfunktioner ger 4.6 Sv, med 65 % via inhalation. Till följd av nuklidernas halveringstider blir konsekvenser vid ett DBA-förlopp för förvaringsutrymmet för uttjänta målmaterial och andra högaktiva komponenter oförändrat jämfört med målmaterial i drift, bortsett från den del av markkontaminationen som påverkar grödornas långsiktiga rotupptag (Gd-148, T 1/2 =75 år, alfastrålning). Trots antagande om förvaring av tre målmaterial leder detta inte till några restriktioner för lokalt producerade grödor året efter händelsen eftersom resulterande stråldoser är låga. Moderator/Reflektor-pluggen redovisas på motsvarande vis, för drift respektive förvaring. Det bör noteras att genomförda analyser baseras på konservativa antagande. I takt med att design och konstruktionsarbetet framskrider, kommer osäkerheterna i gjorda antagande att kunna reduceras vilket i sin tur bör leda till lägre stråldoser än i de befintliga resultaten. Den dominerande osäkerheten härhör från målmaterialets beteende när det gäller vilka nuklider som frigörs och i vilken utsträckning. Därför har konservativa antagande gjorts. ESS avser genomföra experiment med uppvärmning av bestrålat volfram i syfte att klarställa dessa egenskaper. Experimentet kommer genomföras på lämplig anläggning i annat land. Förberedande diskussioner pågår. 3(23)

4 Sammanfattning Förutsättningar Genomförda analyser Övergripande struktur för samtliga analyser Indelning av grundämne Dose assessment for severe accidents at ESS Design Basis Accident (DBA) Förutsättningar Resultat Beyond Design Basis Accident (BDBA) Förutsättningar Resultat Alternativ gruppering av spallationsprodukter Resultat Slutsats Scooping studies on radiological effects due to severe accidents Förutsättningar Resultat Långtidsexponering från markkontamination Livsmedelskontamination och jämförelse med EUs regelverk Stråldoser till följd av intag av kontaminerat livsmedel Stråldos till sköldkörtel hos 1-årigt barn till följd av utsläpp av jod Environmental impact analyses Förutsättningar Resultat - DBA och release factor % för volatiles Resultat - DBA och release factor 0.5 % för volatiles DBA händelse med avseende på moderator/reflektor-pluggen Förutsättningar Resultat H2 och H3 Händelser Representativ H2-händelse Representativ H3-händelse DBA för förvaringsutrymme (den aktiva cellen) Målmaterial Moderator/reflektor-plugg Referenser (23)

5 1. FÖRUTSÄTTNINGAR En teknisk beskrivning av ESS ges i Technical Design Report (TDR) [1]. Följande rapporter har utgjort beräkningsförutsättningar för de genomförda analyserna; ESS [2], General Safety Objectives for ESS ESS [3], Compilation of site specific data ESS [4], Preliminary definition of the Reference group ESS [5], Conditions and methodology to be used when performing Realistic calculations of Radiological Releases into the atmosphere ESS [6], Risk analysis of ESS ESS [7], Preliminary Safety Analysis Report including nuclide inventory ESS [8], Specification for revised dose assessment 1.1 Genomförda analyser Följande analyser har genomförts och utgör därmed underlag till denna sammanfattning. ESS [9], Dose assessment for severe accidents at ESS ESS [10], Scooping studies on radiological effects due to release at severe accidents at ESS ESS [11], Environmental Impact Analyses ESS [12], Environmental dose assessment ESS, Part 2 De två förstnämnda studierna är utförda av Studsvik Nuclear AB på uppdrag av ESS. Den tredje studien bygger på samma principer och förutsättningar och är framtagen av Target Division på ESS i samarbete med Danish Technichal University Nutech (f d Risö forskningsinstitut). Dessa analyser är därmed delvis oberoende framtagna, men ger resultat som ligger på liknande nivåer för de stråldoser som studerats i båda studierna. Den fjärde studien är ett komplement som blanbd annat beskriver konsekvenserna av händelser som omfattar moderator/reflektor pluggen. 5(23)

6 1.2 Övergripande struktur för samtliga analyser Samtliga analyser har följt en övergripande struktur enligt figur 1, med sju ingående delmoment. De individuella och analysspecifika förhållandena för respektive studie är beskrivna i avsnitt 2-7. Nuclide+ inventory Hazid+ Release+ factors+ Site+spec+ data+ Reference+ group+ Realis(c+ calcula(ons+ Dose+ Assessment+ Itera&ve(process(in(order(to(op&mize(design( Figur 1 Övergripande struktur för genomförda analyserna. Moment 1 definierar aktuellt nuklidinventarie [7]. Ursprungligen har målmaterialet av volfram studerats, men i kompletterande analyser redovisas också beryllium reflektorn. Dessa är utvalda eftersom de förväntas representera de värsta konsekvenserna ur ett strålskyddsperspektiv. Moment 2 utgår från slutsatser i genomförd riskanalys [6] och hur dessa händelser kan tänkas påverka barriärna kring nuklidinventariet. Inledningsvis har DBA-händelser (H4) studerats kompletterat med BDBA-händelser (H5). I denna rapport återges även kvalitativa bedömningar av H2- och H3-händelser med syfte att göra en inledande värdering om dessa mer sannolika händelser också innehåller nödvändiga kriterier. Utifrån riskanalysens slutsatser tillämpar det 3:e moment antagna s k release factors med hjälp av en känslighetsstudie med varierande grader av utsläpp. Olika release factors används för olika grupper av grundämne. De genomförda analyserna har delvis använt olika gruppindelningar av grundämnena, vilket ökar möjligheterna att täcka in faktiska beteende. Känslighetsstudien med varierande release factors är nödvändig eftersom detaljutformningen av barriärerna inte är fastställd ännu. Moment 4 specificerar nödvändiga parametrar som beskriver de lokala förhållande vid anläggningsplatsen, bland annat väderförhållande. Detta utgör senare input till spridningsberäkningar i moment 6. I moment 5 återges en preliminär definition av referensgruppen. Här definieras också tänkbara bidragsvägar, genom vilka referensgruppen kan erhålla stråldos. Moment 6 utgår från SSM 2008/1945 som detaljerat anger hur spridningsberäkningar ska genomföras vid atmosfärsutsläpp, vars tillämpliga delar är sammanfattade för ESS i [5]. Moment 7 beräknar slutligen stråldosbidrag för de spridda nukldierna och de tänkbara bidragsvägarna. Resultatet redovisas företrädesvis som funktion av avstånd till utsläppspunkten. Även långtidspåverkan samt inverkan på livsmedelsproduktion täcks in. 6(23)

7 1.3 Indelning av grundämne Där inget annat anges har följande antagande specifiserade i [8] använts avseende indelning av grundämne i aerosoler respektive volitiles (flyktiga). a) Temperaturen i målmaterialet avgör om spallationsprodukterna uppträder som vätskor eller gaser. b) Vätskor betraktas som aerosoler medan gaser betraktas som volatiles. c) Spallationsprodukterna förväntas frigöras från målmaterialet enligt angivna Release Factors (RF) definierade i ESS , avsnitt d) Spallationsprodukter i fast form förväntas kvarhållas inuti målmaterialet (med fast form avses ämne med smältpunkter högre än aktuell temperatur på målmaterialet). e) Det är främst temperaturen hos monoliten som förväntas kyla ner ämnen som frigörs från målmaterialet, och monolithens temperatur definierar därigenom om frigjorda ämne uppträder som aerosoler eller volatiles när dessa passerar mot omgivningen. f) Kemiska reaktioner mellan olika spallationsprodukter beaktas inte. De olika analyserna som redovisas under avsnitt 2-7 har dessutom använt sig av olika antagande om release factors för övriga grundämne. Med övriga grundämne avses de grundämne som inte grupperas bland tritium, ädelgaser, volatiles eller aerosoler alternativt modellen med indelning i tritium, ädelgaser, halogener eller alkalimetaller. DBA Aerosols Na Se Cs Rb K Cd Te Sn Ga In Zn Volatiles Cl S O I Br P N F BDBA Aerosols Ga Ag Ca Al In Sb Eu Pr Sn Ba Ge Sr Mg Ce Yb Volatiles Br Zn Cs K F As Rb I Cd N Se Te S O P Cl Na 7(23)

8 2. DOSE ASSESSMENT FOR SEVERE ACCIDENTS AT ESS Nedan redovisas de specifika och individuella förutsättningar som använts i den enskilda analysen Dose assessment for severe accidents at ESS (N-12/133) samt dess resultat. 2.1 Design Basis Accident (DBA) Förutsättningar Baserat på riskanalysen [6] representeras tänkbara DBA-förutsättningar av; - Skador på 1:a säkerhetsbarriären (målmaterialets stålbehållare) - Förhöjd temperatur i målmaterialet, men den når inte smältpunkten för volfram - Ökad radioaktivitet inom 2:a säkerhetsbarriären (monolithens tätskickt) - Ökad temperatur inom 2:e säkerhetsbarriären - Protonstrålen stängs av automatiskt med hjälp av säkerhetssystem - Allt tritium och alla ädelgaser släpps externt. Målmaterialet i sig själv, antas kvarhålla 90% av volatiles och 99% av aerosoler Resultat Osäkerheten domineras av värdet på Release Factors (för volatiles respektive aerosoler) genom 2:a och 3:e säkerhetsbarriären. Observera att Release factors från själva målmaterialet hålls konstanta i studien. Det bör understrykas att olika Release Factors från själva målmaterialet, kan ha stor inverkan på dosraten. Men detta har inte tagits med under DBA förhållanden. En annan begränsning är att gruppen "övriga grundämne" medvetet har utelämnats i denna studie av två anledningar; 1) syftet har varit att studera effekten av volatiles och aerosoler samt 2) gruppen "övriga grundämne" förväntas inte innefatta lika stora osäkerheter när det gäller förväntade värden på Release Factors, som volatiles och aerosoler. ("$# 4$)+#$5%!"#$%6##$##'$.,7%89.$%:;<:% ($.#+=+3+,>%#,95>%"0%4$3$-#$%0-/,"1#%591+.?%!@6% ("!#!"#$%%&'()*%!"'#!"&#!"%# +,-.#-/0-#1-#12# #-/0-## #1-2.9:#;199#<.-017=# >!#?#,:#@,90A9.2#53<178#BCD# >>#?#,:#0.<,2,92#53<178#BCD#!"$#!"!#!# (!!!# $!!!# )!!!# %!!!# *!!!# &!!!#!+#,-./$%01"'%2"+.,%"0%1$3$-#$%&'*% Figur 2 Stråldos som funktion av avståndet, vid representativ DBA-händelse. 8(23)

9 2.2 Beyond Design Basis Accident (BDBA) Förutsättningar Baserat på riskanalysen [6] förväntas tänkbara BDBA-förutsättningar representeras av: - Säkerhetsfunktionerna lyckas inte stoppa protonstrålen - Skada på två eller samtliga tre säkerhetsbarriärer - Hel eller delvis nedsmältning av målmaterialet (volfram) - Allt tritium och alla ädelgaser släpps externt Målmaterialet i sig själv, antas frigöra 100% av volatiles och 100% av aerosoler. Skälen för att öka release factors under BDBA betingelser är att nedsmältning av målmaterialet kommer att ge upphov till större osäkerheter om mängden frigjorda ämne Resultat Den ökade osäkerheten vid BDBA jämfört med DBA förhållandena är inte endast ett resultat av varierande release factors för den 3:e (möjligen kvarvarande skyddsbarriären) utan också en konsekvens av att variera release factors för volatiles och aerosoler från själva målmaterialet, vilket inte ingick i DBA studien. Resultat visar tydligt den stora inverkan av release factors relaterade till själva målmaterialet, och därmed behovet av ytterligare kunskap om målmaterialets egenskaper vid olika förhållanden. Det är också uppenbart att med stora osäkerheter för själva målmaterialet, kommer det att leda till större krav på de tre säkerhetsbarriärer för att uppfylla det totala behovet av att minimera stråldosen till allmänheten. Även i BDBA studien har gruppen "övriga grundämne" medvetet utelämnats enligt samma argument som vid DBA analysen. '%!" 4$)+#$5%!"#$%6##$##'$.,7%89.$%:;<:% ($.#+=+3+,>%#,95>%"0%4$3$-#$%0-/,"1#%591+.?%($)$1$%@!@6% '$!" '#!"!"#$%%&'()*% '!!" &!" %!" $!" #!"!"!" '!!!" #!!!" (!!!" $!!!" )!!!" %!!!"!+#,-./$%01"'%2"+.,%"0%1$3$-#$%&'*% Figur 3 Stråldos vid representativ BDBA-händelse, som funktion av avståndet till utsläppspunkten. 9(23)

10 2.3 Alternativ gruppering av spallationsprodukter Med syfte att studera innebörden av en alternativ indelning av spallationsprodukterna, har studien använts sig av följande grupper under avsnitt 3.2 i N-12/133; - Tritium Release factor: 100 % - Ädelgaser Release factor: 100 % - Halogener (bla jod) Release factor: 0.1 % - 1 % - Alkali metaller (bla cesium) Release factor: 0.1 % - 1 % - Övriga grundämne Release factor: % % Den annorlunda indelningen erbjuder en analys av uppkomna spallationsprodukter ur ett perspektiv som inte bygger på grundämnenas smält- och kokpunkter i förhållande till målmaterialets temperatur, utan en gruppering utifrån grundämnenas kemiska egenskaper. Dessutom har övriga grundämnen inkluderats i denna studie, i motsats till DBA respektive BDBA-analyserna under avsnitt De högre värdena på release factors motsvarar DBA-förutsättningar. Stråldoser är endast framräknade för avståndet 300 m, men detta är i nuläget tillräckligt eftersom det handlar om en jämförelse med resultatet i avsnitt Resultat Studien visar inga betydande skillnader i att använda en gruppering i halogener och alkali metaller, jämfört med en uppdelning i volatiles och aerosoler. Däremot tydliggörs att övriga grundämne vid en release factor på 0.1 % bidrar med en stråldos som är ca 4 ggr så stor som bidraget från de andra ämnesgrupperna tillsammans. Total stråldos blir 5.8 msv. I avsnitt 3.2 återger rapporten dessutom stråldoser vid ett avstånd av 300 m om inga barriärer överhuvudtaget förutsätts. Stråldosen vid dessa orealistiska förhållande med frigörelse av hela inventariet blir 4.6 Sv och 99 % av detta orsakas av övriga grundämne. 2.4 Slutsats Release factors dominerar osäkerheterna. Det rekommenderas att genomföra specifika experiment med syfte att kvantifiera release factors från själva målmaterialet som en funktion av temperaturen. Mätningarna bör också besvara vilka volatiles och aerosoler som förväntas som en funktion av temperaturen eftersom detta är av stor betydelse. Resultatet från sådana experiment definierar de nödvändiga kraven på täthet för säkerhetsbarriärer. Med stora osäkerheter i beteendet hos målmaterialet kommer det att leda till onödigt höga krav på de tre säkerhetsbarriärer. 10(23)

11 3. SCOOPING STUDIES ON RADIOLOGICAL EFFECTS DUE TO SEVERE ACCIDENTS Syftet med studien har varit att komplettera N-12/133 med en analys av - stråldos till individer till följd av långtidsexponering från markkontamination - livsmedelskontamination och jämförelse med EUs regelverk för acceptansnivåer - stråldoser till följd av intag av kontaminerat livsmedel - stråldos till sköldkörtel hos 1-årigt barn till följd av utsläpp av jod i detta sammanhang har endast DBA-förutsättningar studerats. Nedan redovisas övriga specifika och individuella förutsättningar som använts i den enskilda analysen Scooping studies on radiological effects due to release at severe accidents at ESS (N-12/191) samt dess resultat. 3.1 Förutsättningar Baserat på riskanalysen [6] representeras tänkbara DBA-förutsättningar av; - Skador på 1:a säkerhetsbarriären (målmaterialets stålbehållare) - Förhöjd temperatur i målmaterialet, men den når inte smältpunkten för volfram - Ökad radioaktivitet inom 2:a säkerhetsbarriären (monolithens tätskickt) - Ökad temperatur inom 2:e säkerhetsbarriären - Protonstrålen stängs av automatiskt med hjälp av säkerhetssystem - Allt tritium och alla ädelgaser släpps externt. Målmaterialet i sig själv, antas i detta scenario kvarhålla: - 90% av flyktiga ämnen under DBA - 99% av aerosoler under DBA Utöver ovanstående förutsättningar (som är identiska med de för avsnitt 2.1) så har den kompletterande analysen inkluderat release factor % för övriga grundämne. Eftersom det saknas kunskap om i vilken form jod kommer uppträda, så har konservativa antagande använts för depositionshastighet (oorganiskt). För utvärdering av långtidsexponering från markkontmination baseras beräkningarna på graden av markkontamination vid avståndet 300 m, vilket bedöms konservativt. Däremot beräknas markkontamination för avstånden 300 m, 500 m, 1 km samt 2 km vid utvärdering av livsmedelskontamination, samt stråldoser till följd av intag av kontaminerat livsmedel. Såväl ytbeläggning som rotupptag beaktas för grödorna. Stråldos till sköldkörtel hos 1-årigt barn har beräknats genom att studera inandning av jodnuklider för ett antal olika värden på release factors som representerar såväl DBA- som BDBA-förhållande vid 300 m. 11(23)

12 3.2 Resultat I motsats till avsnitt har gruppen "övriga grundämne" inkluderats. På samma sätt som i avsnitt 2 gäller att osäkerheten domineras av värdet på Release Factors (för volatiles, aerosoler samt övriga ) genom 2:a och 3:e säkerhetsbarriären. Observera dessutom att Release factors från själva målmaterialet hålls konstanta i studien Långtidsexponering från markkontamination Resultatet i rapporten N-12/191 visar att stråldosbidraget vid långtidsexponering från markkontamination blir 0.24 msv om oändlig tid beaktas. Detta kan jämföras med de 0.1 msv som blir resulatet för de 30 första dygnen, i enlighet med SSM 2008/1945. Vid långtidsexponering är den dominerande nukliden är I-125 som bidrar med ca 30 % av det totala värdet på 0.24 msv. I figur 4 återges hur de olika grupperna av grundämne bidrar som funtion av tiden. μsv/h 0,20 0,18 0,16 0,14 0,12 Volatiles Aerosols Remaining 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0, Days Figur 4 Extern stråldos från markkontamination Livsmedelskontamination och jämförelse med EUs regelverk Resultatet i rapporten N-12/191 visar att livsmedelkontamination vid representativa DBA förutsättningar domineras av ytbeläggning på grödorna, medan bidraget från rotupptag ligger väl under gränser angivna av EU. Den dominerande nukliden för rotupptag i ett långtidsperspektiv är Gd-148 med en halveringstid på ca 75 år. Ytbeläggning ger nivåer som är i samma härad som EUs gränsvärde. Den dominerande nukliden är I-125 och kan komma att överskrida gränsvärdet på 2000 Bq/kg. Det bör noteras 12(23)

13 att konservativa värden för depositionshastighet har används eftersom det saknas kunskap om i vilken form jod uppträder. Notera att figur 5 endast återger kontamination till följd av rotupptag. Bidraget från ytbeläggning på grödorna är högre, men redovisas inte explicit i någon figur. Bq/kg 1E+3 1E+2 1E+1 1E+0 1E-1 Volatiles Aerosols Remaining Total 1E-2 1E-3 1E-4 1E-5 1E Year Figur 5 Koncentration (Bq/kg) i grödor till följd av rotupptag vid ett avstånd av 300 m vid release factors av 0.5 % för volatiles, 0.2 % för aerosoler samt % för återstående ämne Stråldoser till följd av intag av kontaminerat livsmedel Om ett DBA utsläpp sker inför skördeperioden innebär ytbeläggningen på grödorna att skörden inom några kilometers avstånd bör kasseras, eftersom det vid en ungefärlig årskonsumtion (100 kg) annars skulle leda till en stråldos av ca 9 msv för de mest kontaminerade markerna. Det handlar alltså om väldigt lokal påverkan. Stråldosbidraget domineras enligt beräkningarna av I-125 som står för 95 %. Även här bör det noteras att konservativa värden för depositionshastighet har används eftersom det saknas kunskap om i vilken form jod uppträder. Däremot krävs det inga restriktioner för livsmedelskonsumtion efterföljande år, eller i långtidsperspektivet eftersom markkontaminationen endast leder till låga årliga stråldosbidrag via rotupptag. Se figur 6. Notera att figur 6 endast återger kontamination till följd av rotupptag. Bidraget från ytbeläggning på grödorna är betydligt högre, men redovisas inte explicit i någon figur. 13(23)

14 µsv 1E+3 1E+2 1E+1 1E+0 1E-1 Volatiles Aerosols Remaining Total 1E-2 1E-3 1E-4 1E-5 1E Year Figur 6 Stråldos vid en årskonsumtion (ca 100 kg) av lokalt odlade grödor vid ett avstånd av 300 m från utsläppspunkten, vilka kontaminerats via rotupptag Stråldos till sköldkörtel hos 1-årigt barn till följd av utsläpp av jod Analysen visar att DBA förhållande (release fraction = 0.5 %) leder till en sköldkörteldos för 1-årigt barn motsvarande 1.8 msv. Den dominerande nukliden är I-125. Detta värde kan relateras till det av SSM angivna gränsvärdet för H4-händelser (SSM 2008/1945) som anges till max 100 msv. Om hela jodinventariet skulle frigöras (worst case, helt utan barriärer) innebär det en beräknad nivå av 360 msv. 14(23)

15 4. ENVIRONMENTAL IMPACT ANALYSES 4.1 Förutsättningar Studien har analyserat DBA-förhållande för 300 m avstånd. Utsläpp av tritium (100 %), ädelgaser (100 %) samt volatiles (0.001 % respektive 0.5 %) har inkluderats. Emellertid har studien exkluderat aerosoler och övriga grundämne. Urvalet av nuklider och grundämne har baserats på en underliggande referens. Stråldos har beaktats för följande bidragsvägar; Inhalation av radioaktivt moln Extern strålning från radioaktivt moln Extern strålning från markkontamination, under en period av 30 dygn Extern strålning från radioaktiv beläggning på mänsklig hud, baserat på erfarenheter från europeiska forskningsprojekt Intag av kontaminerad föda, beräknat med koden ECOSYS och lokala förhållande Stråldosens beroende av avstånd och utsläppspunktens höjd, har redovisats separat för normaldriftsutsläpp. Dessa beroende kopplat till avstånd och utsläppshöjd vid normaldrift, har i analysen bedömts acceptabla att använda även vid olycksscenario (figur 7). 25m 35m 45m 55m 65m Distance&(m) Figur 7 Principellt beskrivning av stråldosens avståndsberoende samt variation i förhållande till utsläppspunktens höjd. 15(23)

16 4.2 Resultat - DBA och release factor % för volatiles Den totala stråldosen vid DBA och release factor = % för volatiles, är beräknad till 0.33 msv. Detaljerad redovisning återges i tabell 1. Nuclide Release (Bq) Tritium Ingestion (1y) Inhalatio n (1y) External (plume) External (ground depositio n) External (skin depositio n) Total (Sv) H-3 3.2E E E-04 I E E E E E E E-09 I E E E E E E E-09 I E E E E E E E-05 I E E E E E E E-07 Xe E E E-04 Total 1.8E E E E E E E-04 Tabell 1: Stråldos från särskilt viktiga nuklider i samband med DBA och utsläpp av volatiles motsvarande en release factor på %. Bidragen via inandning och intag av kontaminerad föda återges specifikt för 1-årigt barn. Notera att alla värden är effektiv dos. 4.3 Resultat - DBA och release factor 0.5 % för volatiles Den totala stråldosen vid DBA och release factor = 0.5 % för volatiles, är beräknad till 5.9 msv effektiv dos. Detaljerad redovisning återges i tabell 2. Stråldosen domineras av intag av kontaminerad föda (5.6 msv), och har utgått från en DBA händelse i samband med skördeperioden. I E+09 Detta bidrag baseras 5.2E-14 på att 6.0E-10 t ex en lokalt 5.0E-09 betande 8.3E-10 get förser 6.2E-11 ett hushåll 6.5E-09 I E E E E E E E-09 (barnfamilj) med mjölk. Intag av lokalt producerad föda kommer sannolikt undvikas efter en I E E E E E E E-05 DBA händelse, men förloppet redovisas med syfte att beskriva tänkbara konsekvenser. I E E E E E E E-07 Xe E E E-04 Omräkning av den effektiva stråldosen från inandning ger 0.5 msv specifik stråldos för Total 1.8E E E E E E E-04 sköldkörteln hos 1-årigt barn (multiplikation med 25). Bedömningen är att stråldosen via intag av kontaminerad föda reduceras med en faktor 50 om lokalt producerad föda undviks de Table första 7 Estimated månaderna doses efter (Sv) received händelsen. through Generellt different pathways reduceras from particularly stråldoserna important vid 1 radionuclides km avstånd in kraftigt connection jämfört with atmospheric med stråldoserna releases following vid avståndet a DBA with 300 a combined m. volatile release fraction of 0.5 %. Ingestion and inhalation doses are given for 1-y old children. Nuclide Release (Bq) Tritium Ingest (1y) Inhalatio n (1y) Total 1.8E E E E E E E-03! Tabell The total 2: Stråldos dose estimated från särskilt from viktiga the nuklider % volatile i samband release med DBA fraction och DBA utsläpp scenario av volatiles is 0.33 msv, which motsvarande is well below en release the ESS factor limit på of msv. %. Bidragen The doses via inandning are dominated och intag by tritium av intake, mainly kontaminerad via ingestion. föda återges specifikt för 1-årigt barn. Notera att alla värden är effektiv dos. 16(23) External (plume) External (ground depositio n) External (skin depositio n) Total (Sv) H-3 3.2E E E-04 I E E E E E E E-06 I E E E E E E E-06 I E E E E E E E-03 I E E E E E E E-04 Xe E E E-04 Under the 0.5% volatile release fraction scenario in Table 7 the doses are higher, of course. The total dose estimated from this DBA scenario is in the region of 5.9 msv. The doses are dominated by radioiodine intake, again, mainly via ingestion.

17 5. DBA HÄNDELSE MED AVSEENDE PÅ MODERATOR/REFLEKTOR-PLUGGEN Med syfte att komplettera de genomförda analyserna som haft fokus på målmaterialet (volfram) så har det på motsvarande sätt genomförts en kompletterande analys med fokus på moderator/reflektor-pluggen [12]. 5.1 Förutsättningar Analysen representerar BDBA förhållande och beaktar komponentens ingående delar av beryllium, stål samt aluminium. Gruppering av ingående grundämne har därmed baserats på en tänkbar temperatur av 1000 C enligt [8], vilket skulle kunna representera en brand. Gruppen övriga grundämne har tilldelats en release factor på %. Analymetodik samt utsläppsberäkningar följer samma förutsättningar som övriga beskrivna analyser. Därmed ingår t ex SSM 2008/1945. Resultatet redovisas endast för avståndet 300 m, men detta bedöms tillräckligt eftersom det i nuläget handlar om en jämförelse med konsekvenserna då målmaterialet analyserats. 5.2 Resultat Stråldosen vid ett avstånd av 300 m blir 0.68 msv, och domineras av bidraget från H-3 via inhalation. Långtidsbestrålning från kontaminerad mark leder till 0.09 msv dominerat (48%) av Mn-54) Kontamination av lokalt odlade grödor påverkas relativt lite eftersom ett årsintag skulle innebära en stråldos av 0.01 msv t o m om händelsen inträffade strax före skördetid när ytbeläggning får stor inverkan. Efterföljande år blir bidraget från grödornas rotupptag msv. Ingen påverkan på sköldkörtel till följd av jod, eftersom inga nuklider av jod finns i de aktiverade komponenterna. Den hypotetiska stråldosen vid 300 m skulle bli ca 0.5 Sv om inga barriärer beaktas och hela inventariet frigörs till omgivningen. Gruppen övriga grundämne bidrar med ca 96 %. Det bör noteras att ESS erbjuder en metodik för att tillämpa intervall av release factors utifrån målmaterialets perspektiv med tre barriärer samt volframs egenskaper när det gäller att frigöra de uppkomna spallationspodukterna. I ovanstående scenario med analys av moderator/reflektor-pluggen är det en annorlunda uppsättning barriärer samt material med andra beteende när det gäller att frigöra radioaktiva nuklider (beryllium, stål samt aluminium). Trots detta bedöms ovanstående slutsatser ge värdefull information om tänkbara konsekvenser t o m vid en brand i samband med underhållsperioden, eftersom använda release factors översatts från en situation med endast 1 återstående barriär och en temperatur av 1000 C. En mer detaljerad analys kommer så klart genomföras längre fram. 17(23)

18 6. H2 OCH H3 HÄNDELSER 6.1 Representativ H2-händelse Baserat på slutsatser från [6] bedöms följande utgöra representativa H2-händelser; - Förlust av kylning till reflektorn - Läckage från He-kylkretsen för målmaterialet - Ej fungerande HEPA-filer - Vätgasläckage från moderatorn (H3/H2) Här återges ett kvalitativt resonemang för händelsen Läckage från He-kylkretsen för målmaterialet, händelse 16.2 i appendix A till [6]. Resonemanget bygger på att gas läcker ut ur kylkretsen men att de ämne som redan fångats upp av reningsfilter, kvarstår i dessa. Krav för H2 enl [2]: 0.5 msv (För sköldkörteln anges i SSM 2008/1945 ett specifikt gränsvärde på 1 msv för ettårigt barn till följd av inhalerad radioaktiv jod.) Nuklid inventarie: H-3 2*10 11 Bq (enl. avsnitt 1.1 i [11]) I-125 (volitile) 9*10 10 Bq - - Antal barriärer: Skadade barriärer: He-kylkretsens egna loop, samt 2 formella barriärer utanpå. He-kylkretsens egna loop, men ingen av de 2 barriärerna. Release factors enl [8]: H % I-125 2:a barriären förväntas filtrera 90 % (RF = 10 %) 3:e barriären förväntas filtrera 99.9 % (RF = 0.1 %) Stråldos vid 300 m: H-3 (100 % ovan) motsvarar 160 nsv med utgångspunkt från [9] I-125 (0.01 %) motsvarar 20 nsv(*) med utgångspunkt från [10] Totalt: 180 nsv 0.2 µsv. (*) Omräknat till ekvivalent stråldos för sköldkörtel hos ettårigt barn till följd av inhalerad radioaktiv jod erhålls 500 nsv=0.5 µsv. Osäkerheter: Även om långtidsexponering från mark inte redovisats explicit, är bedömningen baserat på motsvarande resultat i [10] att den effekten blir långt under 1 µsv. I övrigt består osäkerheterna främst i antagna värde av filtrering. 18(23)

19 6.2 Representativ H3-händelse Baserat på slutsatser från [6] bedöms följande utgöra representativa H3-händelser; - Tappad transportbehållare med målmaterial - Tappad transportbehållare med moderator/reflektor-plugg - Brand i avfallsbyggnad - Brand i HEPA-filter alternativt cyklonfilter för He-kylkretsen Här återges ett kvalitativt resonemang för händelsen Brand i HEPA-filter, händelse i appendix A till [6]. Resonemanget bygger på ackumulerade nuklider i filter, till följd av de uppfångade mängderna av volatiles och aerosoles som frigjorts från målmaterialet. Krav för H3 enl [2]: 5 msv Nuklid inventarie: Volatiles 10 % av inventariet i målmaterialet enl. [7] samt [8] Aerosols <1 % - - Antal barriärer: ingen ytterligare barriär, efter berört filter. Skadade barriärer: - Release factors enl [8]: Volatiles 100 % Aerosoles 100 % Stråldos vid 300 m: Ur avsnitt 2.2 samt [9] framgår att grupperna volatiles och aerosoles sammantaget bidrar med knappt 160 msv. Ur tabell 3.6a i [9] framgår att bidrags-förhållandet mellan volitiles:aerosols är 1:2, d v s ungefär 53 resp 106 msv. Med ovanstående nuklidinventarie i filtret på 10 % resp 1 %, leder detta till en total stråldos av = 6.4 msv. Ovanstående värde på 6.4 msv kommer sannolikt reduceras med en faktor 2 för redundanta filter, samt reduceras med en faktor 5 genom att filterna kan bytas årligen, och inte bara i samband med utbyte av målmaterialet. Därmed blir total stråldos vid denna händelse ca 0.64 msv. Osäkerheter: Endast volatiles/aerosoles från målmaterialet har beaktats. Även om långtidsexponering från mark inte redovisats explicit, är bedömningen baserat på motsvarande resultat i [10] att den effekten blir under 1 msv och domineras av nukliden I-125. I övrigt består osäkerheterna i filtrets inventarie. 19(23)

20 7. DBA FÖR FÖRVARINGSUTRYMME (DEN AKTIVA CELLEN) Uttjänta målmaterial och andra högaktiva komponenter, som t ex moderator/reflektorpluggen, kommer mellanlagras i ett utrymme kallat den aktiva cellen. Nedanstående analys är gjord med antagande om att det kommer förvaras max tre målmaterial kombinerat med max tio moderator/reflektor-pluggar. Det innebär att den aktiva cellen innehåller följande nuklidinventarie från målmaterialen; - ett målmaterial som klingat av i ca 10 år - ett målmaterial som klingat av ca 5 år - ett målmaterial som möjligen klingat av någon vecka På samma sätt kan de tio moderator/reflektor-pluggarna åskådliggöras. Analysen förutsätter att aktiva cellens barriärer erbjuder motsvarande grad av sammanlagd filtrering, som barriärerna kring målmaterial i drift. Detta studeras vid separat tillfälle. 7.1 Målmaterial I [13] redovisas nuklidinvetariet för ett (1) enskilt målmaterial, efter 5 års användning. Figur 8 återger detta avklingningsförlopp, liksom tabell 3. Enligt det sammantagna underlaget är det i nämnd ordning främst H-3, Ta-179, Hf-172 samt Gd-148 som bidrar med någon betydande aktivitet efter 5 års avklingning. Figure 8 Total aktivitet i 1 målmaterial av volfram efter 5 års bestrålning. Betydande nukliders bidrag är specificerade. Pilarna markerar aktivitet efter 1 vecka resp. 5 års avklingning. 20(23)

21 Summary Report Document Number ESS Date Jan 16, 2013 Tabell 3: Procentuell fördelning av aktivitet i ett (1) målmaterial av volfram efter 5 års bestrålning, som funktion av avklingningstiden. Enhet: % av total aktivitet. Ur ovanstående kan man utläsa det samlade nuklid inventariet för de tre målmaterialen med olika avklingsningstid, som förvaras samtidigt i den aktiva cellen. Detta nuklid inventarie kan sedan jämföras med inventariet för 1 målmaterial i drift, och därmed kan man dra slutsatser om konsekvenserna av en DBA händelse för den aktiva cellen. Från resultaten i avsnitt 2-4 kan vi konstatera att stråldoserna beroende på pathway domineras av I-125 eller Gd-148. Ur tabell 3 kan vi konstatera att de målmaterial som avklingat under 5 års tid eller längre, inte bidrar med I-125 (T1/2=59 dagar) utan endast Gd-148 (T1/2=75 år). Det totala nuklidinventariet i den aktiva cellen (bestående av tre målmaterial) kommer alltså i princip erbjuda tre gånger så mycket Gd-148, jämfört med ett målmaterial i drift. Övriga nuklider av betydelse har klingat av för de två äldre målmaterialen i den aktiva cellen. Följaktligen är det endast bidraget till stråldos i avsnitt och som förändras jämfört med slutsatserna från ett målmaterial i drift, d v s via kontamination av grödor och livsmedel till följd av rotupptag. Och ur figur 5 och 6 kan vi utläsa att detta inte leder till överskridande av något krav, ens om vi multiplicerar inventariet av Gd-148 med en faktor 3. T ex ser vi ur figur 6 att en årskonsumtion av grödor som kontaminerats av Gd-148 via rotupptag leder till ca 1 µsv/år. Om vi multiplicerar detta med en faktor 3 får vi en stråldos på 3 µsv/år, som i sammanhanget är väldigt lågt. 21(23)

22 Summary Report Document Number ESS Date Jan 16, Moderator/reflektor-plugg Med förväntningen att en moderator/reflektor-plugg har en livslängd av 6 månader, kan vi summera det totala nuklidinventariet för samtidig förvaring av tio moderator/reflektorpluggar i den aktiva cellen: En moderator/reflektor-plugg som klingat av i ca 10 år En moderator/reflektor-plugg som klingat av i ca 9.5 år En moderator/reflektor-plugg som klingat av i ca 9 år osv. En moderator/reflektor-plugg som klingat av i ca 1 år En moderator/reflektor-plug som klingat av ca 0.5 år En moderator/reflektor-plug som möjligen klingat av någon vecka Tabell 4 (hämtad från [13]) visar att moderator/reflektor-pluggar som klingat av mer än en vecka endast innehåller betydande aktivitet från H-3, Be-7, Be-10, Fe-55, Fe-59 samt Mn-54. Av dessa nuklider har avsnitt 5.2 och [12] endast identifierat Mn-54 (T1/2 = 312 dagar, elektron-infångning) som en nuklid med framträdande inverkan på stråldosen vid BDBA studier av moderator/reflektor-pluggen. Därmed blir slutsatsen att en BDBA händelse inkluderande tio moderator/reflektor-pluggar endast förändrar de stråldoser som räknats fram för målmaterial under avsnitt 2-4 genom att långtidsbestrålning från kontaminerad mark tillförs ett bidrag av maximalt 0.9 msv dominerat av Mn-54, integrerat över oändlig tid. Jfr DBA för målmaterial; 0.24 msv dominerat av I-125. Däremot innebär beryllium en risk ur kemisk toxicitet, vilket kommer studeras separat. Tabell 4: Procentuell fördelning av aktivitet i en (1) moderator/reflektor-plugg, som funktion av avklingningstiden. Enhet: % av total aktivitet, som är enligt [13] är ca 1.6 x 1017 Bq. 22(23)

23 8. REFERENSER 1. Peggs et al, ESS Technical Design Report, version 1, ESS AB, Jacobsson, General Safety Objectives for ESS, ESS , ESS AB, Hansson, Compilation of site specific data, ESS , ESS AB, Hansson, Preliminary definition of the Reference group, ESS , ESS AB, Hansson, Conditions and methodology to be used when performing Realistic calculations of Radiological Releases into the atmosphere, ESS , ESS AB, Sunde et al, Risk analysis of ESS, ESS , ESS AB, Nordlinder et al, ESS Preliminary Safety Analysis Report, ESS , ESS AB, Hansson, Specification for revised dose assessment, ESS , ESS AB, Nordlinder, Dose assessment for severe accidents at ESS, Studsvik Nuclear Report N-12/133, ESS , ESS AB, Nordlinder, Scooping studies on radiological effects due to release at severe accidents at ESS, Studsvik Nuclear Report N-12/191, ESS , ESS AB, Ene, Environmental Impact Assessment, ESS , ESS AB, Nordlinder, Environmental dose assessment ESS, Part 2, Studsvik Nuclear Report N-13/021, ESS , ESS AB, Ene, Evaluation of ESS safety relevant concerns assuming two basic concepts for the target station, EDMS , ESS AB, Jacobsson, Befolkningstäthet runt ESS, ESS , ESS AB, (23)