Summering av beräknade utsläpp från ESS under normal drift

Transkript

1 Revision 1 State Released Summering av beräknade utsläpp från ESS under normal drift 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 List of Authors List of Reviewers List of Approvers Jacobsson, Peter Hansson, Thomas Jacobsson, Peter 2(12)

3 SAMMANFATTNING Denna rapport ger en sammanfattning av den dos som den kritiska gruppen beräknas få under normal drift av ESS. Dosbidraget har beräknats till 2-3 µsv/år. Störst bidrag härrör från aktivering av grundvatten från acceleratortunneln samt kortlivade nuklider i acceleratorns atmosfär som frisläpps i samband med ventilering av tunneln. Känslighetsanalyser visar att det är av största vikt att kunna innehålla och fånga tritium ( 3 H) som kommer att bildas vid spallation i målmaterialet. 3(12)

4 INNEHÅLLSFÖRTECKNING Sammanfattning Inledning Luftburna utsläpp Ventilation av acceleratortunnel Läckage från Målstationen Underhållsåtgärder i målstationen Beräkning av dos Vattenburna utsläpp Skyshine Känslighetsanalys Resultat Referenser (12)

5 1. INLEDNING ESS kommer att driva en acceleratordriven spallationsanläggning vilken ger upphov till joniserande strålning. I enlighet med Strålskyddslagen har ESS hos sökt tillstånd för att bedriva denna verksamhet. Den 15 mars 2012 inlämnades en ansökan till Strålsäkerhetsmyndigheten (SSM). SSM har i sitt svar den 26 juli bland annat pekat på att ESS måste redovisa de förväntade utsläppsdoserna till omgivningen som ESS kommer att ge upphov till vid normal drift. ESS har under hösten 2012 gjort analyser av vilka doser som kan förväntas från anläggningen under normal drift. Analyserna har dels utförts av ESS egen personal, dels av DTU (Denmark Technical University) som är ett av de många forskningsinstitut som ingår i ESS Collaboration Team. De utsläppsvägar som analyserats är följande: Luftburna utsläpp [1], [2], [3], [4] & [5] Vattenburna utsläpp [1], [10] & [11] Förutom doser från dessa utsläppsvägar har även skyshine från målstationen analyserats [1]. 2. LUFTBURNA UTSLÄPP Luftburna utsläpp har analyserats för följande anläggningsdelar: Ventilering av luftatmosfär i acceleratortunnel Läckage från He-kylkretsen i målstationen under drift Utsläpp i samband med underhållsåtgärder i målstationen Samtliga luftburna utsläpp sker via ventilationstornet. Beräkningarna har gjorts enligt följande: Fastställa en källterm från respektive utsläppsväg Fastställa omvandlingsfaktorer Selektera ut de nuklider som ger bidrag Beräkna dosen för enskild individ avseende inhalation, födointag samt exponering. 2.1 Ventilation av acceleratortunnel Luften i acceleratortunneln kommer att aktiveras av läckande protoner. Det nuklidinventarium som bildas har redovisats i ref [6]. Tre olika fall av ventilering redovisas i referens [1]; 2 ventilationer/dygn, 1 ventilation/dygn och ventilation efter 50 dagar. Mellan de två första fallen erhålls mycket marginella skillnader i mängden aktivitet. Aktiviteten vid ett längre uppehåll i ventilationen är lägre tack vare en mättnad av atmosfären. För att ge ett konservativt värde antas att ventilation sker en gång per dygn vilket redovisas i tabell 1. 5(12)

6 Tabell 1: Nuklider med potentiell dospåverkan från acceleratortunneln vid ventilation 1 gång/dygn Nuklid Källterm (ventilationstorn), Bq/år H-3 8.8E+6 Be-7 1.0E+7 C E+12 N E+12 O E+12 Ar E Läckage från Målstationen I samband med spallationsprocessen kommer ett nuklidinventarium byggas upp inne i volframmaterialet. Beräkningar av nuklidinventariet återfinns i referens [7]. En selektering har skett för ett enbart betrakta de nuklider som ger påverkan till tredje person vid luftutsläpp. Som urvalskriterium har valts att ta med de nuklider innehållande en aktivitet högre än 25 MBq/år. Denna aktivitet motsvarar en potentiell dos på 10 µsv/år från Gd-148. Referens [8] anger de utsläppsfaktorer som ESS antar för olika klasser av grundämnen både för normal drift och olycksscenarier. För normal drift antas att följande utsläppsfaktorer från själva målmaterialet ut till Heliumkylkretsen: 3 H och ädelgaser: 100 % Flyktiga ämnen (Volatiles): 10 % Aerosoler: < 1% Övriga ämnen 0 % Kylkretsen består av 22 m 3 He-gas. I kretsen kommer det finnas en 3 H-fälla för att fånga upp 3 H och därefter behandla det (solidifiering). I designen av kretsen har det dock antagits att det kommer läcka ut 0,1 % av hela gasvolymen per dygn. Läckaget kommer via målstationens ventilationssystem gå ut till ventilationstornet. Med en förlust av 0.1 % av total volym/dygn innebär det att 22 dm 3 gas från målstationen behöver filtreras innan det kan släppas ut. I analysen har vi antagit att ventilationsfiltreringen har en kapacitet av 99,9 % för flyktiga ämnen och aerosoler. Tabell 2 visar de nuklider som ger ett bidrag till dospåverkan till omgivningen. Tabell 2: Nuklider med potentiell dospåverkan från läckage vid målstationen Nuklid Källterm (ventilationstorn), Bq/år H-3 4.2E+8 I E+8 6(12)

7 2.3 Underhållsåtgärder i målstationen Dospåverkan vid underhållsåtgärder för målstationen har analyserats enligt följande: Utsläpp i samband med hantering av filter/jonbytare i He-kylkrets Utsläpp i samband med hantering/utbyte av målmaterial Vid hantering av filter/jonbytare i He-kylkrets antar vi att 1 % av innehållet av gaser och lättflyktiga ämnen försvinner ut. Vid hantering av målmaterialet antar vi att en mindre andel (0.1 %) av de tyngre ämnena kan ge ett bidrag på omgivningen. En mer detaljerad beskrivning ges i referens [1]. Tabell 3 ger en sammanställning vilka nuklider som ger ett bidrag till omgivningspåverkan. Tabell 3: Nuklider med potentiell dospåverkan från läckage vid målstationen Nuklid Källterm (ventilationstorn) H-3 5.0E+12 Bq/år I E+6 Bq/år W E+7 Bq/5år Ta-179 Gd E+7 Bq/5år 3.0E+4 Bq/5år 2.4 Beräkning av dos Doser har beräknats för en kritisk grupp boende 330 m från ESS målstation (fastighet Östra Torn 29:31), ref [9]. Även boende på fastighet Östra Odarslöv 13:5, 660 m från målstationen har beaktats. I referenser [2] och [3] redovisas den metod som använts för att beräkna dospåverkan. Påverkan har beräknats för inhalation, födointag samt extern strålning. Känslighetsanalys har gjorts avseende höjden på ventilationstornet. Figur 1 redovisar den totala årsdosen för en person vid olika avstånd från målstationen (ventilationstornet) vid olika höjder. 7(12)

8 1.6E E- 06 Annual dose (Sv/y) 1.2E E E E E E m 35m 45m 55m 65m 0.0E Distance (m) Figur 1: Årsdos (Sv) som funktion av avstånd från målstation vid olika höjder på ventilationstornet. Noterbart är att vid en skorstenshöjd på över 35 meter ges den högsta dosen till personer som bor på 600 meters avstånd och inte 300 m. I tabell 4 nedan anges dosbidraget från respektive nuklid. Observera att bidraget för inhalation samt födointag är konservativt redovisat för ett 1-årigt barn. Tabell 4: Årligt dosbidrag från luftutsläpp under normal drift för en person boende 600 meter från målstationen och en skorstenshöjd på 45 m. Nuklid Källterm (Bq/år) Dos (µsv/år) H-3 5.0E Be-7 1.0E C E N E O E+12 0,03 Ar E I E SUMMA 0.4 8(12)

9 3. VATTENBURNA UTSLÄPP Två separata analyser har gjorts avseende potentiella vattenburna utsläpp. De två vägar som analyserats är: Transport av tritium via avloppsystem till boende i Öresundskusten [10] Aktivering av tritium i grundvatten till egen brunn [11] Dospåverkan från tritium som transporteras ut i avloppssystemet via reningsverk och Höje å ut i Öresund ger ett försumbart bidrag på under 1 nsv/år [10]. Aktivering av grundvatten som kan ge ett bidrag till personer med egen brunn 300 meter från acceleratorn har analyserat som två olika fall i referens [11]. För det första fallet antas att acceleratorn är placerad vid markytan. Detta ger en dos till kritisk grupp på mindre än 0.01 µsv/år. I det andra fallet är acceleratorn placerad 6 meter ner i jorden. För detta scenario bedöms dospåverkan kunna bli 2 µsv/år för den kritiska gruppen. 4. SKYSHINE Dospåverkan av direkt strålning samt skyshine av neutroner från Target har översiktligt redovisats i appendix 3 till referens [1]. Intressant att notera är betydelsen av stål kontra betong. Användande av enbart stål vid skärmningen ger ett glapp av termiska neutroner (25 kev). Därför skall skärmningen av målmaterialet vara en kombination av stål och betong. I figur 2 nedan redovisas den beräkning som gjorts avseende dos som funktion av avstånd från målmaterialet med två olika skärmmaterial. Beräkningen är gjord avseende 5 MW protonstråle. Ur figuren kan man utläsa att vid 6 meters avstånd (4 m stål plus 2 m betong) kommer den effektiva dosen vara 0.2 µsv/h. 6 meters avstånd från målmaterialet är det avstånd som ESS anställda kan tänkas uppehålla sig i den så kallade High Bay area, ett kontrollerat område. Om en person där 2000 h/år vid kontinuerlig drift av neutronkällan skulle personen erhålla en årsdos på 0.4 msv. För beräkning av SkyShine till omgivningen har den så kallade Sullivan formeln använts, vilket är en empiriskt utformad formel från CERN. På ett avstånd av 300m från målstationen ger den ett totalt bidrag på 0.06 µsv/år. 9(12)

10 Figur 2: Dos som funktion av avstånd från målmaterialet för Fe respektive Fe/Betong. 5. KÄNSLIGHETSANALYS Den känslighetsanalys som utförts berör potentiella läckage av tritium från målmaterialet och som inte fångas upp den 3 H-fälla som finns i Helium-kylkretsen. I ref [4] har ett antagande gjorts att kontinuerligt läckage sker med 10 % av hela 3 H inventariet ifrån målmaterialet. Under antagandet att läckaget sker genom ventilationstornet blir dos till referensperson, 330 m från målstationen, i storleksordningen µsv/år. Detta visar på den betydelse som filtrering/uppfångning av tritium har. 10(12)

11 6. RESULTAT Sammantaget visar analyserna ovan att dosbidraget till referensperson vid normal drift av ESS kommer ligga på ca 2-3 µsv/år. Detta beaktat luftburna utsläpp, vattenburna utsläpp samt skyshine. Tabell 5: Årligt dosbidrag från ESS till kritisk grupp Utsläppsväg Dos (µsv/år) Luftburna utsläpp 0.4 Vattenburna utsläpp 2 Skyshine 0.04 SUMMA (12)

12 7. REFERENSER 1. Ene, Environmental Impact Analysis, ESS , ESS AB, Andersson & Nielsen, Methodology to be used for detailed (realistic) calculation of dose factors (discharge limits) during routine operation of the ESS facility: atmospheric releases, EDMS /A. ESS AB, Andersson & Nielsen, Inhalation and Ingestion doses from the most important contaminants from routine airborne releases, EDMS /B. ESS AB, Andersson & Nielsen, External doses from the most important potential contaminations from routine airborne releases at ESS, EDMS , ESS AB, Andersson & Nielsen, Intake of tritiated water vapour released from ESS facility, Airborne Releases. EDMS , ESS AB, Ene, Radiation protection studies for the ESS superconducting linear accelerator, EDMS , ESS AB, Ene, Evaluation of ESS safety relevant concerns assuming two basic concepts for the target station, EDMS /6, ESS AB, Hansson, Specification for revised dose assessment, ESS /1. ESS AB Hansson, Preliminary definition of the reference group, EDMS ESS AB, Andersson & Nielsen, Assessment of doses to the public from tritium discharged to sewer, EDMS ESS AB, Aquilonius & Huutoniemi, Dose from activated soil in connection to a proton LINAC, in Lund Sweden, ESS /1, ESS AB, (12)