Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Đánh giá khả năng phát tán phóng xạ trong môi trường khí tại Nhà máy Điện hạt nhân Ninh Thuận 1

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:91

Thêm vào BST

Báo xấu

23
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Các cơ sở hạt nhân có thể phát tán hạt nhân phóng xạ vào khí quyển dưới điều kiện hoạt động bình thường hay có sự cố. Kết quả là, những người sống và làm việc xung quanh các cơ sở hạt nhân có thể bị chiếu xạ bởi bức xạ ion hóa từ một số con đường. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung luận văn.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Đánh giá khả năng phát tán phóng xạ trong môi trường khí tại Nhà máy Điện hạt nhân Ninh Thuận 1

Đ ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHINHIÊN ------------------ Phạm Kim Long ĐÁNH GIÁ KHẢ Ả NĂNG PHÁT TÁN PHÓNG XẠ TRONG MÔI TRƯỜNG KHÍ TẠI T NHÀ MÁY ĐIỆNỆN HẠT NHÂN NINH THUẬN 1 Chuyên ngành: V Vật lý nguyên tử Mã số: ố: 60440106 LUẬN ẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG ỚNG DẪN KHOA HỌC TS. Nguyễn Hào ào Quang Hà Nội – 2013
LỜI CẢM ƠN Trong suốt hai năm học tập tại trường Đại học Khoa học Tự nhiên đến nay tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp cao học -là bước cuối cùng đánh dấu một nấc thang tiếp theo trên con đường học hành của bản thân. Để hoàn thành chương trình cao học và hoàn thiện luận văn này, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ và góp ý nhiệt tình của quý thầy cô, gia đình và bạn bè. Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn đến Ban Giám hiệu và quý thầy cô trường Đại học Khoa học Tự nhiên tạo rất nhiều điều kiện để tôi học tập và hoàn thành tốt khóa học. Đặc biệt là những thầy cô đã tận tình dạy bảo cho tôi suốt thời gian học tập tại trường.Nhờ có sự chỉ dậy, hướng dẫn của thầy cô trong Bộ môn Vật lý hạt nhân trong suốt thời gian qua đã giúp tôi trưởng thành hơn rất nhiều. Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến TS.Nguyễn Hào Quang, Phó viện trưởng Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam - người thầy kính mến đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu, đã có những chỉ bảo, nhận xét, đánh giá quý báu trong suốt quá trình làm luận văn, tạo điều kiện giúp tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến TS.Nguyễn Quốc Trị, Giám đốc Sở Khoa học và Công nghệ Lào Cai, người đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện giúp tôi có thể hoàn thiện được chương trình học này. Cuối cùng, từ tận đáy lòng mình, con xin gửi lời biết ơn tới gia đình, nơi đã sinh thành, nuôi dưỡng, khích lệ và động viên con rất nhiều trong thời gian qua. Mặc dù đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những đóng góp quí báu của quý thầy cô và các bạn. Hà Nội, ngày tháng năm 2013 HỌC VIÊN Phạm Kim Long
MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 7 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .................................................................................. 9 1.1. Địa điểm dự kiến xây dựng nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận .................... 9 1.2. Mô hình vận chuyển và khuếch tán ............................................................ 15 CHƯƠNG 2: DỮ LIỆU ĐẦU VÀO CHO TÍNH TOÁN VẬN CHUYỂN VÀ PHÁT TÁN TRONG KHÍ QUYỂN .................................................................... 27 2.1. Thu thập dữ liệu khí tượng từ cơ sở dữ liệu của NOAA .............................. 27 2.2. Hoa gió ..................................................................................................... 30 2.3. Phân loại độ ổn định khí quyển .................................................................. 30 2.4. Xác định hệ số pháttán Pasquill-Gifford ..................................................... 34 2.5. Điểm có nồng độ lớn nhất .......................................................................... 37 2.6. Tốc độ gió theo độ cao tương ứng .............................................................. 38 2.7. Tính toán phát tán phóng xạ trong môi trường khí ...................................... 38 CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG PHÁT TÁN PHÓNG XẠ TRONG MÔI TRƯỜNG KHÍ TẠI NMĐHN NINH THUẬN 1 ....................................... 47 3.1. Đặc trưng khí tượng tại khu vực xây dựng nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1 ........................................................................................................... 47 3.2. Phạm vi vùng cấm dân cư và vùng hạn chế dân cư xung quanh nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1.............................................................................. 49 3.3. Phạm vi vùng dân cư sử dụng hệ số Klug ................................................... 54 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 59 PHỤ LỤC1: SỐ LIỆU TÍNH TOÁN DỮ LIỆU KHÍ TƯỢNG NOAA VỚI HỆ SỐ CARAWAY .................................................................................................... 60 PHỤ LỤC 2: SỐ LIỆU TÍNH TOÁN DỮ LIỆU KHÍ TƯỢNG NOAA VỚI HỆ SỐ KLUG ....................................................................................................... 76 3
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ HÌNH VẼ Hình 1.1. Tỉnh Ninh Thuận, Việt Nam.................................................................... 9 Hình 1.2. Tổng quan dự án nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận .......................... 10 Hình1.3. Ảnh vệ tinh địa điểm đặt nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận................ 11 Hình 1.4. Khu vực dự kiến xây dựng nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1 ......... 12 Hình 1.5. Khu vực dự kiến xây dựng nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 2 ......... 13 Hình 1.6. Phối cảnh nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1 .................................. 14 Hình 1.7. Khu vực dự kiến xây dựng nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1 ......... 14 Hình 1.8. Đường Phú Thọ - Mũi Dinh đang gấp rút thi công ............................... 15 Hình 1.9. Các quá trình khí quyển ảnh hưởng phát tán trong không khí .............. 16 Hình 1.10. Lớp biên trong tầng đối lưu................................................................ 17 Hình 1.11. Minh họa điều kiện ổn định của lớp biên............................................ 18 Hình 1.12. Khuếch tán luồng khí đơn lẻ Gauss .................................................... 20 Hình 1.13. Phản xạ toàn phần của luồng khí trên mặt đất ................................... 21 Hình 1.14. Mô tả phân bố luồng khí Gauss theo mặt cắt ngang và dọc ................ 24 Hình 1.15. Mặt cắt ngang luồng khí Gauss .......................................................... 24 Hình 2.1. Các bước lấy dữ liệu khí tượng NOAA ................................................. 27 Hình 2.2. Lựa chọn dữ liệu trong kho lưu trữ dữ liệu khí tượng ........................... 28 Hình 2.3. Dữ liệu lưu trữ theo tuần theo chuẩn GDAS......................................... 28 Hình 2.4. Thông tin cụ thể cần thu thập ............................................................... 29 Hình 2.5. Tốc độ gió và hướng gió tuần 1 tháng 1 năm 2008............................... 29 Hình 2.6. Hiệu ứng của các loại ổn định khí quyển lên luồng khí ........................ 31 Hình 2.7. Phát tán thẳng đứng σz tương ứng với khoảng cách theo chiều gió từ nguồn và độ ổn định Pasquill .............................................................................. 35 Hình 2.8. Phát tán ngang σy tương ứng với khoảng cách theo chiều gió từ nguồn và độ ổn định Pasquill.............................................................................................. 35 Hình 2.9. Dữ liệu thô thu được với dữ liệu khí tượng NOAA 2008 ....................... 43 Hình 2.10. Đường thẳng y=ax+b với R2>0,9....................................................... 45 Hình 3.1. Gió và hướng gió năm 2008-2009 ........................................................ 47 Hình 3.2. Phân bố cường độ gió năm 2008, 2009 ................................................ 47 Hình 3.3. Hình ảnh vệ tinh đặc trưng gió năm 2008-2009 ................................... 48 4
Hình 3.4. Độ ổn định khí quyển năm 2008-2009 .................................................. 48 Hình 3.5. Khu vực cấm dân cư và khu vực hạn chế dân cư năm 2008 .................. 49 Hình 3.6. Khu vực cấm dân cư và khu vực hạn chế dân cư năm 2009 .................. 50 Hình 3.7. Khu vực cấm dân cư dữ liệu khí tượng NOAA năm 2008-2009 ............ 51 Hình 3.8. Khu vực hạn chế dân cư dữ liệu khí tượng NOAA năm 2008-2009 ....... 51 Hình 3.9. Ảnh vệ tinh vùng cấm dân cư với dữ liệu khí tượng NOAA 2008-2009 . 52 Hình 3.10. Ảnh vệ tinh vùng hạn chế dân cư dữ liệu khí tượng NOAA 2008-2009 52 Hình 3.11. Ảnh vệ tinh phạm vi vùng dân cư dữ liệu khí tượng NOAA 2008-2009 53 Hình 3.12. Khu vực dân cư dữ liệu khí tượng NOAA năm 2008 (Hệ số Klug) ...... 54 Hình 3.13. Khu vực dân cư dữ liệu khí tượng NOAA năm 2009 (Hệ số Klug) ...... 55 Hình 3.14. So sánh vùng dân cư giữa hệ số Klug và Caraway (NOAA 2008) ...... 56 Hình 3.16. Vùng dân cư dữ liệu khí tượng NOAA năm 2008-2009 (Hệ số Klug).. 57 Hình 3.17. Ảnh vệ tinh phạm vi vùng dân cư hệ số Klug dữ liệu NOAA 08-09 ..... 57 BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Dân cư của địa điểm Phước Dinh ........................................................ 12 Bảng 1.2. Dân cư của địa điểm Vĩnh Hải............................................................. 13 Bảng 2.1. Phân loại độ ổn định khí quyển ........................................................... 30 Bảng 2.2. Phương pháp dùng bức xạ mặt trời ban ngày để xác định độ ổn định .. 31 Bảng 2.3. Phân loại độ ổn định dựa vào điều kiện ngày đêm và tốc độ gió bề mặt32 Bảng 2.4. Liên hệ giữa các loại ổn định Pasquill-Gifford và độ lệch chuẩn σθ .... 33 Bảng 2.5. Phân loại độ ổn định Pasquill-Gifford trên cở sở thay đổi nhiệt độ ..... 33 Bảng 2.6. Công thức khuyến cáo cho σy và σzđiều kiện thành phố (Briggs 1974) 34 Bảng 2.7. Công thức khuyến cáo cho σy và σz điều kiện ngoại ô (Briggs 1974) ... 34 Bảng 2.8. Giá trị số mũ và hệ số cho σz(Caraway)............................................... 36 Bảng 2.9. Giá trị số mũ và hệ số cho σy(Caraway) .............................................. 37 Bảng 2.10. Giá trị số mũ và hệ số cho σyσz (Klug) ............................................... 37 Bảng 2.11. Hệ số điều chỉnh tốc độ gió p theo các loại ổn định khí quyển ........... 38 Bảng 2.12. Phạm vi vùng dân cư ứng với công suất lò phản ứng ......................... 39 Bảng 2.13. Liều chiếu xạ tuyến giáp trong 2 giờ .................................................. 40 Bảng 2.14. Đánh giá liều chiếu xạ tuyến giáp trong 30 ngày ............................... 41 Bảng 2.15. Các thông số khí tượng cần thiết ....................................................... 42 Bảng 2.16. Tính toán khoảng cách x cho các giá trị(/Q) .................................... 43 5
Bảng 2.17. Xác xuất 0,5% tại hướng NNE với (/Q) = 5,55E-6........................... 44 Bảng 2.18. Giá trị gần xác suất 0,5% .................................................................. 45 Bảng 3.1. Khoảng cách ứng vớigiá trị 0.5% /Q dữ liệu NOAA năm 2008 .......... 49 Bảng 3.2. Khoảng cách ứng với giá trị 0.5% /Q dữ liệu NOAA năm 2009 ......... 50 Bảng 3.3. Vùng dân cư vớixác suất 0.5% /Q trên toàn bộ dữ liệu NOAA ........... 53 Bảng 3.4. Khoảng cách ứng với giá trị 0.5% /Q dữ liệu NOAA 2008 (Klug) ..... 54 Bảng 3.5. Khoảng cách ứng với giá trị 0.5% /Q dữ liệu NOAA 2009 (Klug) ..... 55 6
LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, Việt Nam đang thực hiện các công việc cần thiết để chuẩn bị cho việc xây dựng nhà máy điện hạt nhân đầu tiên tại Việt Nam.Năm 2014 dự kiến bắt đầu khởi côngnhà máy điện đầu tiên với 2 tổ máy công suất 2000MW và năm 2020dự kiến đưa vào hoạt động.Vì vậy vấn đề đánh giá ảnh hưởng của phát tán phóng xạ trong môi trường xung quanh nhà máy nói chung và trong môi trường khí nói riêngđể chuẩn bị ứng phó với các sự cố hạt nhân của nhà máy điện hạt nhân là vấn đề cấp thiết. Các cơ sở hạt nhân có thể phát tán hạt nhân phóng xạ vào khí quyển dưới điều kiện hoạt động bình thường hay có sự cố. Kết quả là, những người sống và làm việc xung quanh các cơ sở hạt nhân có thể bị chiếu xạ bởi bức xạ ion hóa từ một số con đường:  Chiếu xạ ngoài do bức xạ ion hóa trực tiếp từ các nhân phóng xạ trong luồng khí phóng xạ hoặc các nhân phóng xạ đọng lại trên mặt đất.  Chiếu xạ trong do hít phải các nhân phóng xạ trong không khí hoặc ăn phải thực phẩm hoặc các chất đã bị nhiễm bẩn bởi các chất phóng xạ. Phạm vi nghiên cứu của đề tài gồm:  Mô hình đánh giá khả năng vận chuyển các chất phóng xạ trong môi trường khí tại nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1;  Đánh giá nồng độ phóng xạ đối với khu vực xung quanh khi sự cố ngoài ý muốn xảy ra. Luận văn được chia thành 3 chương với các nội dung cụ thể như sau: Chương 1:Trình bày tổng quan về Nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1. Định hướng bước đầu nghiên cứu các quá trình vận chuyển các nhân phóng xạ trong môi trường khí, để đưa ra được mô hình vận chuyển và khuếch tán phù hợp áp dụng tại Nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1. Qua đó tạo tiền đề cho 7
việc tính toán khả năng phát tán của cácchất phóng xạ trong môi trường khí tại nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1. Chương 2:Trình bày về các phương pháp được sử dụng để thu thập dữ liệu, phân tích, đánh giá, tính toán các thông số liên quan để áp dụng cho bài toán phát tán các chất phóng xạ trong môi trường khí, qua đó có phương pháp đánh giá trực tiếp để thu được kết quả ở chương sau. Chương 3:Từ các phương pháp phân tích và đánh giá thu được kết quả cụ thể,áp dụng vào Nhà máy điện Ninh Thuận 1để đánh giá khả năng phát tán phóngxạ trong môi trường khí. Qua đó có những nhận xét, đánh giá về tác động của nhà máy điện hạt nhân khi xảy ra sự cố đối với môi trường xung quanh. Cuối cùng là những kết luận có được qua luận văn tốt nghiệp. Qua đó có những kiến nghị, đề xuất phương hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài. 8
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Địa điểm dự kiến xây dựng nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận Ninh Thuận là một tỉnh ven biển thuộc vùng Duyên hải Nam Trung Bộ của Việt Nam. Trung tâm của tỉnh là thành phố Phan Rang - Tháp Chàm nằm cách thành phố Hồ Chí Minh khoảng 350 km về phía nam, cách Nha Trang 105 km, cách Đà Lạt 110 km đồng thời nằm cách sân bay Cam Ranh khoảng 60 km, và cách biên giới Cam Pu Chia gần 200 km. Hình 1.1. Tỉnh Ninh Thuận, Việt Nam Ninh Thuận là vùng đất cuối của dãy Trường Sơn với nhiều dãy núi đâm rabiểnĐông,có địa hình thấp dầntừ Tây BắcxuốngĐông Nam.Lãnhthổtỉnh đượcbao bọc bởi 3 mặt núi với 3 dạng địa hình gồm núi, đồi gò bán sơn địavàđồngvenbiển.Trong đó,đồi núichiếm 63,2% diện tích của tỉnh, chủ yếu là núi thấp,cao trung bình từ 200–1.000 mét. Vùng đồi gò bán sơn địa chiếm 14,4% và vùngđồng bằng ven biển chiếm 22,4% diện tích đất tự nhiên. Khí hậu nhiệt đới gió mùa điển hình với đặc trưng khô nóng, gió nhiều,bốc hơimạnh.Chínhvì vậy thời tiết Ninh Thuận phân hóa thành 2 mùa rõ rệt gồmmùamưavà mùakhô.Trong đó, mùa mưa bắt đầu từ tháng 9 đến tháng 11, 9
mùa khôtừ tháng 12 đến tháng 9 năm sau. Nhiệt độ trung bình hàng năm từ 26- 270C, lượngmưa trung bình 700–800 mm. NhàmáyđiệnhạtnhânNinh Thuậnlàtêngọichungcủachuỗi hainhà máyđiệnhạt nhân 1 và 2 đang trong dự án xây dựng tại tỉnh Ninh Thuận, Việt Nam với tổng công suất trên 4.000 MW. Theo quy hoạch phát triển điện lực Quốc gia, nhà máy điện hạt nhân1 và2 sẽ được khởi công vào tháng 12 năm 2014 và hoàn thành vào năm 2022,phát điện vào cuối năm 2020.Dự án được tiến hành theo kiến nghị của Thủ tướng Nguyễn Tấn Dũng dựa trên ước tính thiếu điện năng đến 2020, được Quốc hội Việt Nam thông qua chủ trương đầu tư xâydựng.Vềnguồn kinhphí,NgađồngýchoViệt Namvay10,5tỷUSD,Nhậtcũngđồngýcho vay nguồn vốn ODA làmđiện hạt nhân.Tổng mức đầu tư dự toán khoảng200.000 tỷ đồng tại thời điểm cuối năm2008. Hình 1.2. Tổng quan dự án nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận TheoNghị quyết số 41/2009/QH12 ngày 25/11/2009 của Quốc hội về chủ trươngđầu tư dự án điện hạt nhân Ninh Thuận. Quyết định chủ trương đầu tư Dự án điện hạt nhân Ninh Thuận, gồm 2 nhà máy, mỗi nhà máy có 2 tổ máy để cung cấp điện chohệ thống điện quốc gia, góp phầnphát triển kinhtế - xãhội đấtnướcvà tỉnh Ninh Thuận.Nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1 đặt tại xã PhướcDinh, huyện Thuận Nam,tỉnhNinh Thuận.Nhà máy điệnhạt nhân Ninh Thuận2đặt tại xã Vĩnh Hải, huyện Ninh Hải, tỉnh Ninh Thuận. 10
Hình1.3. Ảnh vệ tinh địa điểm đặt nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận Từ các kết quả nghiên cứu thấy rằng các địa điểm Phước Dinh và Vĩnh Hảithoả mãn những điều kiện tiên quyết để xây dựng nhà máy điện hạt nhân như[2]: + Có địa hình thuận lợi, diện tích đủ để xây dựng nhà máy điện hạt nhân với 4 tổ máy công suất mỗi tổ từ 1000MW trở lên. + Có điều kiện địa chất công trình tốt, nằm trong vùng có cường độ động đất không lớn, bảo đảm an toàn nhà máy và chi phí xây dựng thấp. + Các địa điểm đều nằm sát biển, đảm bảo điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng hệ thống cấp nước làm mát và vận chuyển vật tư và thiết bị siêu trường, siêu trọng phục vụ thi công xây dựng nhà máy. + Địa điểm nằm trong vùng có mật độ dân cư thấp, ít ảnh hưởng đến đất canh tác và các công trình công cộng. + Được Lãnh đạo và Chính quyền địa phương ủng hộ. Đây là cơ sở để chủ đầu tư trình Chính phủ và Quốc Hội quyết định chủtrương đầu tư xây dựng nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận bao gồm 2 địa điểm là Ninh Thuận 1 (tại Phước Dinh) và Ninh Thuận 2 (tại Vĩnh Hải). Nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1 Địa điểm Phước Dinh thuộc địa phận thôn Vĩnh trường, xã Phước Dinh,huyện Ninh Phước, tỉnh Ninh Thuận.Cách thị xã Phan Rang 20 km về phía Nam, cách thành phố Hồ Chí Minhkhoảng 300 km. Địa điểm có toạ độ địa lý: 11°25’54” – 11°27’17” Vĩ độ Bắc 11
108°159’43” - 109°01’00” Kinh độ Đông Bảng 1.1. Dân cư của địa điểm Phước Dinh Bán kính (Km) Dân cư (người) Số hộ Mật độ (người/km2) 0–1 542 122 432,26 1 – 2,5 3252 624 207,91 1–5 2704 457 45,91 5 – 10 7983 1271 33,89 10 – 15 140947 27210 358,92 15 – 20 155131 31366 282,18 Tổng số trong 20km 310561 61050 247,14 Trích trong báo cáo địa điểm nhà máy điện hạt nhân[2]. Tháng 5 năm 2010, Nga được lựa chọn làm đối tác cung cấp công nghệ cho nhà máy điện hạt nhân 1, với cam kết lâu dài sẽ hỗ trợ Việt Nam trong công tác quản lý và xử lý chất thải hạt nhân, đồng thời xây dựng một chương trình quốc gia về vấn đề này. Nga đưa ra mức giá nhà máy với công suất 2.000 MW là gần 8 tỷ USD và đồng ý cho Việt Nam vay tín dụng xuất khẩu để triển khai dự án. Hình 1.4. Khu vực dự kiến xây dựng nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1 Nhà máy được dự tính xây dựng với hệ số an toàn cao trên cơ sở các lò phản ứng nước nhẹ hiện đại; sử dụng công nghệ nước áp lực (VVER) theo thiết kế của nhà máy điện thế hệ 3 với mức độ an toàn hơn hẳn thế hệ 2 (như nhà máy FukushimaI). Các chương trình hệ thống nhà máy điện hạt nhân đảm bảo an toàn chủ động và thụ động. Theo công nghệ mới, khu vực đảm bảo an toàn trong trường hợp xảy ra sự cố nằm cách nhà máy 800m. Đại sứ Đặc mệnh toàn quyền 12
Liên bang Nga tại Việt Nam khẳng định phía Nga hoàn toàn chịu trách nhiệm về sự an toàn của Nhà máy Điện hạt nhân Ninh Thuận 1. Nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 2 Địa điểm Vĩnh Hải thuộc địa phận thôn Thái An, xã Vĩnh Hải, huyện NinhHải, tỉnh Ninh Thuận, cách thị xã Phan Rang khoảng 20 km về phía Bắc, cáchThành phố Hồ Chí Minh khoảng 340km. Khu vực khảo sát có tọa độ địa lý:11°38’15” - 11°39’47”Vĩ độ Bắc 109°10’00”- 109°11’15”Kinh độ Đông Bảng 1.2. Dân cư của địa điểm Vĩnh Hải Bán kính (Km) Dân cư (người) Số hộ Mật độ (người/km2) 0–1 0 0 0 1 – 2,5 1958 522 40 1–5 5365 1288 96,22 5 – 10 22028 4156 87,17 10 – 15 36334 8861 86,27 15 – 20 50882 12358 92,55 Tổng số trong 20km 116567 27185 90,54 Trích trong báo cáo địa điểm nhà máy điện hạt nhân[2]. Chính phủ Việt Nam đã ký các thoả thuận hợp tác xây dựng máy điện hạt nhân Ninh Thuận 2với Nhật Bản.Tháng 9 năm 2011, Nhật Bản cho tàu khảo sát địa chất đến Việt Nam khảo sát địa chất biển phục vụ dự án xây dựng nhà máy 2. Hình 1.5. Khu vực dự kiến xây dựng nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 2 13
Các chuyên gia Công ty Điện nguyên tử Nhật Bản (JAPC) đưa ra công nghệ và các đặc tính an toàn của các thế hệ lò phản ứng tiên tiến của Nhật có khả năng chống động đất và sóng thần cùng hướng khắc phục sau sự cố nhà máy điện Fukushima I. Nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1, theo kế hoạch sẽ khởi công vào 2014, đưa tổ máy đầu tiên vận hành vào năm 2020. Căn cứ vào tình hình chuẩn bị, Chính phủ sẽ báo cáo Quốc hội quyết định thời điểm khởi công xây dựng Nhà máyđiện hạtnhânNinhThuận 2. Hình 1.6. Phối cảnh nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1 Hình 1.7. Khu vực dự kiến xây dựng nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1 14
Hình 1.8. Đường Phú Thọ - Mũi Dinh đang gấp rút thi công YÊU CẦU THỰC TIỄN ĐẶT RA Để có thể xúc tiến việc xây dựng nhà máy điện hạt nhân đầu tiên của nước ta cần rấtnhiều các yêu cầu đặt ra, một trong đó là báo cáo đánh giá về an toàn hạt nhân tại khu vực dự kiến xây dựng nhà máy để có những biện pháp, kế hoạch ứng phó sự cố đảm bảo yêu cầu đặt ra khi tiến hành xây dựng Nhà máy. Để đánh giá khả năng phát tán phóng xạ tại Nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1 cần nghiên cứu một mô hình vận chuyển và khuếch tán phù hợp. Trên thế giới, các nước sử dụng rất nhiều các mô hình khác nhau để tính toán khả năng phát tán, một trong những mô hình được sự dụng nhiều nhất đó là mô hình luồng khí Gauss,với những đặc trưng và hạn chế được nêu cụ thể ở phần sau, cho ta cái nhìn tổng quan về việc phát tán của chất phóng xạ trong môi trường không khí tại khu vực Nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1. 1.2.Mô hình vận chuyển và khuếch tán 1.2.1. Nhiễu loạn và phát tán khí quyển Chất phóng xạ phát ra từ các cơ sở hạt nhân khác nhau đóng góp vào chiếu xạ thông qua một số con đường: Chiếu xạ ngoài bởi bức xạ trực tiếp từ luồng khí phóng xạ hoặc từ các nhân phóng xạ đọng lại trên mặt đất. Chiếu xạ trong do hít phải hay ăn phải các chất phóng xạ. Mức độ bị chiếu xạ phụ thuộc vào sự phát tán trong khí quyển và các quá trình lắng đọng. 15
Hình 1.9. Các quá trình khí quyển ảnh hưởng phát tán trong không khí Hình trên là sơ đồ trình bày các quá trình ảnh hưởng đến phát tán trong không khí. Các phần tử của luồng khí bị ảnh hưởng bởi dòng xoáy xáo động trong bầu không khí, làm khuếch tán vật liệu thải cũng như toàn bộ luồng khí được vận chuyển theo hướng gió. Ảnh hưởng kết hợp của khuếch tán và vận chuyển được gọi là phát tán. Giống như luồng khí phát tán, một số cơ chế loại bỏ nhất định có thể ảnh hướng đến lượng chất thải. Ví dụ trong điều kiện nhất định, chất thải khí và hạt có thể tham gia vào quá trình hình thành mưa trong đám mây và sau đó được loại bỏ do mưa. Việc loại bỏ các chất khí hoặc hạt bên dưới đám mây tiếp xúc với mưa gọi là rửa trôi. Các vật liệu thải cũng có thể được loại bỏ thông qua sự lắng đọng hoặc tiếp xúc với mặt đất, thảm thực vật, hay che phủ khác như các tòa nhà. Các cơ chế lắng đọng được gọi chung là lắng đọng khô. Chất phóng xạ có thể phân rã trong quá trình di chuyển. Một số chất thải cũng có thể trải qua biến đổi hóa học trong quá trình vận chuyển. Chương này sẽ tóm tắt quá trình phát tán trong không khí và cơ chế loại bỏ ảnh hưởng đến phát tán trong không khí của chất phóng xạ. Trọng tâm chính của chương này sẽ đưa ra các căn cứ được dùng trong việc sử dụng mô hình Gauss cho phát tán trong không khí, và một số hiểu biết cơ bản về các quá trình loại bỏ ảnh hưởng đến vật liệu thải. Mặc dù mô hình Gauss được sử dụng rộng rãi vì tương đối dễ trong tính toán, mô hình dựa trên các khái niệm cơ bản của khuếch tán nhiễu loạn. Kết quảtạo ra khi sử dụng mô hình này là phù hợp một cách hợp lývới dữ liệu thực nghiệm. 16
a) Đặc tính của lớp biên Chất phóng xạ từ nhiều nguồn như nhà máy điện hạt nhân, cơ sở y tế, các lò phản ứng nghiên cứu thường thải vào khí quyển ở độ cao từ mặt đất tới 100 mét vào vùng của bầu khí quyển được gọi là lớp biên. Chiều cao của lớp biên thường dao động trong khoảng 200 đến 2000 mét. Trong lớp này, hiệu ứng mặt đất là rất quan trọng. Những thay đổi ngày-đêm về nhiệt độ không khí do bề mặt nóng và lạnh của trái đất thể hiện rõ thông qua lớp biên.Trong lớp này tốc độ gió có xu hướng tăng theo chiều cao và hướng gió có xu hướng cũng thay đổi theo chiều cao, đó là kết quả của sự giảm ma sát giữa không khí và bề mặt trái đất. Hình 1.10. Lớp biên trong tầng đối lưu Sự ổn định của khí quyển trong lớp biên quyết định phần lớn cường độ của sự nhiễu loạn và quá trình khuếch tán, ảnh hưởng đến phát tán chất thải trong lớp này. Sự ổn định của lớp biên có thể minh họa bằng tính cách di chuyểncủa một túi khí mà nó không phụ thuộc vào chuyển động khác trong khí quyển hay không trộn lẫn với môi trường xung quanh. Sự ổn định của lớp biên có thể liên quan đến tỷ lệ chênh lệch nhiệt độ. Nhiệt độ của khí khô trong khí quyển có xu hướng giảm theo chiều cao ở mức -0.98°C/100m, gọi là tỷ lệ giảm đoạn nhiệt khô. Nếu túi khí được dời đoạn nhiệt với tốc độgiảm này, nó sẽ có cùng một nhiệt độ và mật độ như môi trường xung quanh. Điều kiện khí quyển lúc này là trung hòa. Nếu túi khíđược dời đoạn nhiệt vào một môi trường trong đó có tỷ lệ giảm nhiệt lớn hơn tỷ lệ giảm đoạn nhiệt khô, phần không khí phía trên sẽ ấm hơn và nhẹ hơn môi trường xung quanh nósẽ bốclên trên. Tương tự như vậy, phần không khí phía dưới trong tình huống này, nó sẽ mát hơn và dày đặc hơn so với môi trường, nó sẽ hạ thấp xuống. Điều kiện không khí này được gọi là không ổn định. Nếu túi khí được dời đoạn nhiệt vào một môi trường trong đó có 17
một tỷ lệ giảm nhiệt thấp hơn mức giảm đoạn nhiệt khô, phần không khíphía trên sẽ mát hơn và dày đặc hơn so với môi trường, nó sẽ giảm tốc để quay trở lại mức ban đầu của nó. Tương tự như vậy, phần không khí phía dưới sẽ ấm hơn và nhẹ hơn môi trường của nó và sẽ được tăng tốc lên để quay trở lại mức ban đầu, điều kiện không khí này được gọi là ổn định. Hình 1.11.Minh họa điều kiện ổn định của lớp biên Hình 1.11 minh họa những điều kiện ổn định trong lớp biên. Thông thườngđiều kiện không ổn định có xu hướng xảy ra gần bề mặt vào một ngày nắng; điều kiện trung hòa có xu hướng xảy ra trong điều kiện gió và mây, và điều kiện ổn định có xu hướng xảy ra vào đêm không mây với tốc độ gió thấp. Những yếu tố nhiệt là một nguồn gây nhiễu loạn khí quyển. Nguồn khác được tạo ra bởi luồng khí chuyển động trên bề mặt thô ráp với các vật cản, và được xem là có bản chất cơ học. Việcmô tả các tác động của nhiễu loạn khichất thải khuếch tán là phức tạp bởi sự đa dạng của các tác nhân trong bầu khí quyển. b)Đặc tính của khuếch tán nhiễu loạn Hai phương pháp được sử dụng để mô tả sự khuếch tán nhiễu loạn là lý thuyết vận chuyển gradien và lý thuyếtthống kê. Lý thuyết vận chuyển gradien (thườngđược gọi là lý thuyết K) ứng với vận chuyển khí quyển tại một điểm cố định, tương tự như lý thuyết khuếch tán phân tử được đưa ra đầu tiên bởi Fisk giữa thế kỷ mười chín, tỷ lệ thuận với gradien nồng độ địa phương. Vector thông lượng S qua một diện tích dA tại một điểm nhất định bằng: = ∇χ (1.1) 18
Trong đó, K là hệ số khuếch tán nhiễu loạn và χ là nồng độ chất ô nhiễm trong thể tích vô cùng nhỏ dV. Giả sử không có nguồn hoặc bị mất đi trong dV, sự thay đổi của nồng độ chất ô nhiễm theo thời gian được tính: = (1.2) = ∇ ∇χ + ∇ χ (1.3) Giả định về tính đồng nhất không gian, nghĩa là: ∇ = 0 Kết quả trong phương trình khuếch tán Fickian: = ∇ χ (1.4) Bởi vì lý thuyết khuếch tán này tập trung vào việc vận chuyển khí quyển tại một điểm cố định trong không gian, nó có thể được xem là có bản chất Euler. Điều này có nghĩa là nó xem xét tính chất của dòng chuyển động tương đối với một hệ tọa độ cố định trong không gian. Lý thuyết thống kê khác đáng kể so với lý thuyết vận chuyển gradien. Thay vì nghiên cứu các dòng vật chất tại một điểm cố định trong không gian, nó nghiên cứu lịch sử về chuyển động của các hạt vật chất riêng lẻ và cố gắng xác định từ các thuộc tính thống kê cần thiết để đại diện cho sự khuếch tán. Phương pháp này có bản chất Lagrange. Đối với thời gian khuếch tán lớn, tức là chuyển động hạt gần như không liên quan, cả lý thuyết vận chuyển gradien và lý thuyết thống kê đều cho ra kết quả là phân bố Gauss của chất thải trong không khí là lời giải cơ bản. Từ lý thuyết vận chuyển gradien, nồng độ chất thải có thể được viết như sau: ( ) ( ) ( ) χ= / + + (1.5) ( ) Trong đó: χlà nồng độ chất thải, [Bq/m3] x,y,z là trục tọa độ như được trình bày trong hình 1.4 Q là tốc độ phát tán, [Bq/s] K là hệ số khuếch tán t là thời gian, [s] Từ lý thuyết thống kê, nồng độ chất thải có thể viết như sau: 19
( ) ( ) ( ) χ= / + + (1.6) ( ) Trong đó: =2 biểu diễn cho phương sai của phân bố Gauss. 1.2.2.mô hình luồng khí Gauss Phương trình 1.6 mô tả nồng độ và phân bố của một đám mây luồng khí thải phát ra từ nguồn điểm duy nhất, trong đó P(x0,y0,z0) là trung tâm của đám mây. Phương trình này tạo cơ sở cho mô hình Gauss. Trong các mô hình vận chuyển của từng khối khí phụt được xác định bằng trường gió mà nó có thể thay đổi theo thời gian và không gian. Hình 1.12. Khuếch tán luồng khí đơn lẻGauss Giả sử không phải là duy nhất mà là một loạt các khối khí phụt riêng biệt di chuyển ra khỏi điểm phát thải P(0,0,z0) (Hình 1.12). Trong hình dạng của các đám mây phát triển với tốc độ trung bình và dọc theo trục hoành x, sự phân bố nồng độ của từng đám mây riêng lẻ có thể được xác định như sau: ( ) ( ) ( ) χ= / + + (1.7) ( ) Trong đó: Q biểu thị tổng số ô nhiễm trong từng trường hợp, [Bq] t biểu thị thời gian di chuyển của một đám mây, [s] Phương trình trên mô tả tình huốngminh họa bằng đồ thị trong hình 1.12. Trong vùng lân cận của nguồn, các đám mây vẫn còn nhỏ không đáng kể. Sau đó nó phát triển do tác động pha loãng của khuếch tán không khí trong tất cả các hướng, kết quả nồng độ ô nhiễm phân phối tràn đều. Nói chung, sự phân bố 20