Luận văn Đánh giá khả năng phats tán phóng xạ trong môi trường khí tại nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1

Nội dung tài liệu: Luận văn Đánh giá khả năng phats tán phóng xạ trong môi trường khí tại nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------------ Phạm Kim Long ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG PHÁT TÁN PHÓNG XẠ TRONG MÔI TRƯỜNG KHÍ TẠI NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN NINH THUẬN 1 Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử Mã số: 60440106 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. Nguyễn Hào Quang Hà Nội – 2013
2. 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
3. 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
4. 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
5. 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
6. 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
7. 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
8. 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
9. 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
10. 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