BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ
NĂM 2009-2011 NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN PHÁT TÁN THẢI
PHÓNG XẠ DẠNG KHÍ CHO NHÀ MÁY ĐIỆN
HẠT NHÂN NINH THUẬN
(Mã số ĐT.01/09/NLNT)
Cơ quan chủ trì: Viện Nghiên cứu hạt nhân
Chủ nhiệm đề tài: ThS, NCVC Trương Ý
Một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến an toàn bức xạ đối với hoạt
động của NMĐHN là khả năng phát tán chất phóng xạ trong môi trường khí từ các
hoạt động bình thường cũng như khi xảy ra sự cố của nhà máy. Để phục vụ công tác
thẩm định an toàn bức xạ cho dự án NMĐHN Ninh Thuận, việc nghiên cứu tính toán
và xây dựng quy trình đánh giá phát tán chất phóng xạ trong không khí từ các hoạt
động của NMĐHN là rất cần thiết.
Trên cơ sở yêu cầu trên, Bộ Khoa học và Công nghệ đã giao cho Viện Nghiên
cứu hạt nhân triển khai thực hiện đề tài “Nghiên cứu tính toán phát tán thải phóng xạ
dạng khí cho nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận” nhằm đáp ứng các mục tiêu và nội
dung sau:
Mục tiêu:
Áp dụng các mô hình phân tán để dự báo phạm vi ảnh hưởng của thải phóng xạ
theo con đường lan truyền trong không khí tại 2 vị trí xây dựng NMĐHN tại tỉnh
Ninh Thuận.
2
Các nội dung chính:
1. Nghiên cứu lựa chọn áp dụng mô hình phát tán khí thải phóng xạ quy mô cục bộ
địa phương cho NMĐHN: thuật toán, yêu cầu của bộ số liệu đầu vào, v.v… và
một computer code được kiểm định, đánh giá thích hợp để sử dụng tính toán.
2. Thu thập các số liệu khí tượng, thủy văn, địa lý & địa hình của vùng xung quanh
vị trí NMĐHN tại tỉnh Ninh Thuận có ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển và
khuếch tán các nhân phóng xạ trong không khí.
3. Bố trí thí nghiệm để xác định các thông số vận chuyển: tốc độ rơi lắng khô, rơi
lắng ướt và hệ số làm sạch do rơi lắng ướt (dùng các đồng vị phóng xạ tự nhiên
làm chỉ thị).
4. Nghiên cứu đánh giá sự phát tán khí thải phóng xạ quy mô cục bộ (50 km tính từ
chân ống thải) của NMĐHN trong điều kiện hoạt động bình thường và khi xảy
ra sự cố.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:
hướng chính là điều tra khảo sát thực nghiệm và ứng dụng các mô hình toán học để
tính toán sự lan truyền ô nhiễm trong không khí.
1.1. Các nghiên cứu ở nƣớc ngoài [2, 8, 10, 11].
Việc nghiên cứu, tính toán lan truyền chất ô nhiễm trong không khí đã được tiến
hành vào những năm đầu của thế kỷ 20 ở một số nước công nghiệp phát triển trên thế
giới, sau đó đã phát triển mạnh từ khi máy tính điện tử ra đời.
Để đánh giá, kiểm soát và quản lý chất lượng môi trường, các nhà khoa học đã
xây dựng nhiều mô hình tính toán khuếch tán chất ô nhiễm trong không khí. Các mô
hình này càng ngày càng phát triển dựa vào các thiết bị đo những tham số khí tượng
mặt đất và cao không có liên quan đến quá trình khuếch tán.
Hiện nay trên thế giới có hơn 20 dạng mô hình tính toán ô nhiễm không khí,
nhưng có thể tập hợp thành 3 hướng chính: Mô hình thống kê kinh nghiệm, mô hình
thống kê thuỷ động (lý thuyết nửa thứ nguyên) và mô hình số trị.
Các mô hình thống kê kinh nghiệm và thống kê thuỷ động được áp dụng rộng rãi
để tính toán sự phân tán của khí và son khí thải vào khí quyển, các mô hình này có tính
đến ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố khí tượng.
1.2. Các nghiên cứu trong nƣớc [29].
Trong những năm gần đây, việc sử dụng mô hình hóa để phục vụ cho công cụ
quản lý chất lượng môi trường không khí đã được một số cơ quan nghiên cứu và cơ
quan môi trường ở nước ta quan tâm với những mức độ khác nhau. Các mô hình toán
học được lựa chọn và áp dụng ở Việt Nam để tính toán lan truyền chất ô nhiễm là mô
hình Gauss (mô hình thống kê kinh nghiệm) và mô hình Berliand (mô hình thống kê
thuỷ động), trong đó mô hình Gauss được sử dụng rộng rãi nhất.
Đa số các mô hình được sử dụng ở nước ta là các chương trình phần mềm được
xây dựng dựa trên các phương trình, các mô hình phân tán có sẵn và được lập trình bởi
các chuyên gia trong và ngoài nước. Một số cơ quan đã và đang sử dụng các phần
mềm này là Trung tâm Kỹ thuật Hạt nhân Tp. Hồ Chí Minh, Viện Kỹ thuật Nhiệt đới
và Bảo vệ Môi trường, Trung tâm Môi trường Dầu khí, Sở Khoa học Công nghệ Tp.
Hồ Chí Minh, Viện Môi trường và Tài nguyên, v.v Hầu hết các phần mềm này đều
có bao hàm các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khuếch tán khí quyển như các yếu tố
z
C
= 0 (nếu C
o
0 thì ta phải cộng vào kết quả tính toán để đánh giá
hàm lượng ô nhiễm được chính xác hơn). Tại sát ngay bên trên miệng ống thải ta quan
sát thấy hàm lượng là cực đại, sau đó càng ra xa ống thải theo chiều gió, luồng khí thải
càng nở rộng và hàm lượng chất ô nhiễm càng giảm dần do có hiện tượng hòa trộn bởi
khuếch tán rối.
Xét một khối thể tích hình hộp đơn vị có cạnh là x, y và z ở gần trục của
luồng khí thải và thiết lập sự cân bằng vật chất xảy ra trong khối hình hộp này với giả
thiết là chất ô nhiễm không được sản sinh ra, cũng không bị phân hủy tiêu hao trong
khí quyển, do đó ta có thể viết:
Lượng vật chất tích tụ
trong khối hình hộp
=
Lượng vật
chất đi vào
-
Lượng vật
chất đi ra
5
Lượng vật chất tích tụ trong đơn vị thời gian là vi phân theo thời gian của lượng
tích tụ, tức tích số của hàm lượng và thể tích. Như vậy ta có:
Cường độ tích tụ theo thời gian
(1.3)
Trong đó: k là hệ số tỷ lệ và cũng được gọi là hệ số khuếch tán rối, m
2
/s.
6
n - khoảng cách theo phương pháp tuyến của tiết diện xem xét, cụ thể
là x đối với tiết diện yz, y-xz và z-xy, m.
Dấu trừ trong biểu thức biểu thị dòng vật chất đi từ phía hàm lượng cao
sang phía hàm lượng thấp.
Áp dụng biểu thức trên đối với hai mặt của hình hộp trực giao với chiều x, ta có:
Lượng vật chất còn lại trong khối hình
hộp do hòa trộn rối theo phương x
zy
x
C
k
x
C
k
xxx
k
y
y
C
k
y
C
k
x
x
C
k
x
C
k
C
zzz
yyy
xxx
(1.5)
Mà
2
2
Tương tự như vậy đối với các số hạng thứ hai và thứ ba, cuối cùng ta có:
2
2
2
2
2
2
z
C
k
y
C
k
x
C
k
C
x
x
x
k
x
k
Q
C
2
2/1
2/1
)(
4
1
exp
2
(1.7)
Đối với bài toán hai chiều:
Đối với bài toán ba chiều:
7
zyx
zyx
zyx
k
z
k
y
- Về phương diện nhiệt: Phân thành nguồn nóng và nguồn nguội.
1.3.3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình khuếch tán chất ô nhiễm không khí.
1.3.3.1. Đặc điểm khí quyển [3, 5, 15, 20, 29].
Lớp khí quyển bao bọc Trái đất gồm chủ yếu là khí Nitơ chiếm 78%, oxy chiếm
21% và các loại khí trơ như agon, neon, heli, v.v… chiếm khoảng 1% theo thể tích.
Ngoài ra, trong khí quyển còn có CO
2
và hơi nước có tỷ lệ thay đổi khác nhau tùy từng
khu vực và mùa trong năm. Khí quyển Trái đất có đặc điểm phân tầng rõ rệt như được
trình bày trong hình 1.2.
• Lớp tiếp giáp với mặt đất được gọi là tầng đối lưu (troposphere) có bề dày
khoảng từ 10-12km ở các vĩ độ trung bình và khoảng từ 16-18 km ở các cực.
Tầng đối lưu hầu như hoàn toàn trong suốt đối với các tia bức xạ sóng ngắn của
Mặt trời, nhưng thành phần hơi nước trong tầng đối lưu hấp thụ rất mạnh bức xạ
sóng dài của mặt đất, do đó tầng đối lưu được nung nóng chủ yếu là từ mặt đất.
Từ đó sinh ra sự xáo trộn không khí theo chiều đứng, hình thành ngưng tụ hơi
nước và kéo theo là mây, mưa. Trong tầng đối lưu, nhiệt độ giảm theo chiều cao
trung bình từ 0,5-1
o
C/100 m.
• Bên trên tầng đối lưu là tầng bình lưu (stratosphere) ở độ cao từ 12-15 km trên
mặt đất. Trong tầng bình lưu có chứa một lượng nhỏ khí ôzon, nhờ đó các tia cực
tím trong thành phần bức xạ của Mặt Trời bị hấp thụ mạnh và vì thế nhiệt độ
không khí dừng lại không giảm nữa để rồi ở độ cao khoảng 20-25 km lại bắt đầu
tăng và đạt trị số 0
o
C ở độ cao khoảng 55 km.
8
• Bên trên tầng bình lưu là tầng giữa (mesosphere) trải từ độ cao 50-55 km đến 85
3
.
Mặc dù bầu khí quyển có độ cao rất lớn nhưng chỉ có tầng đối lưu là có ảnh
hưởng trực tiếp đến khí hậu của Trái đất. Tầng đối lưu tương đối không ổn định do
trong tầng này thường xuất hiện dòng chảy theo phương thẳng đứng dẫn đến các hiện
tượng ngưng tụ hơi nước và sinh ra mây, mưa. Vận tốc chuyển động của không khí
theo phương thẳng đứng thường không lớn, chỉ đạt khoảng 7 cm/s ở những vùng rộng
lớn. Gió trên mặt đất chủ yếu là chuyển động theo phương ngang.
9
1.3.3.2. Ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng đối với quá trình khuếch tán.
Mức độ ô nhiễm không khí gần mặt đất được xác định bằng sự phân bố của các
chất ô nhiễm trong không gian và thời gian. Nó không chỉ phụ thuộc vào các thông số
nguồn thải mà còn phụ thuộc vào các điều kiện khí tượng, địa hình khu vực.
Ảnh hưởng của nhiệt độ.
Nhiệt độ không khí có ảnh hưởng tới sự phân bố hàm lượng chất ô nhiễm. Tính
năng hấp thụ và bức xạ nhiệt của mặt đất có ảnh hưởng đến sự phân bố nhiệt độ không
khí theo chiều cao, thường thì càng lên cao nhiệt độ không khí càng giảm. Gradient
nhiệt độ theo chiều đứng là khoảng 0,5-1
o
C/100 m. Trị số này thay đổi phụ thuộc vào
địa hình vùng khảo sát. Nếu trạng thái nhiệt của không khí có đặc tính ngược lại, tức là
nhiệt độ ở trên cao lớn hơn ở dưới thì được gọi là sự “nghịch nhiệt”. Sự nghịch nhiệt
này làm suy yếu sự trao đổi đối lưu, làm giảm sự khuếch tán chất ô nhiễm và làm tăng
hàm lượng của chúng trong không khí gần mặt đất. Các trường hợp biến thiên nhiệt độ
không khí theo chiều cao trên mặt đất được trình bày trên hình 1.3.
nhiều ngày và chỉ khi nào có gió mạnh hoặc bão nó mới bị quét sạch khỏi thung lũng.
Cuối cùng, nguyên nhân thứ tư thường xảy ra khi có dòng không khí từ phía khuất gió
của sườn núi thổi xuống chân núi. Dòng không khí này sẽ được ấm lên theo quá trình
nén ép đoạn nhiệt và nó len vào bên trên lớp không khí lạnh ở sát mặt đất dưới chân
núi gây ra nghịch nhiệt với cường độ mạnh và có thể kéo dài.
Trên cùng một địa điểm vào cùng một thời gian có thể có hai lớp nghịch nhiệt
cùng song song tồn tại: một lớp ở sát mặt đất đến độ cao 100-200 m và một lớp ở độ
cao từ 900-1000 m như được trình bày ở hình 1.4.
Tóm lại, nghịch nhiệt có thể hình thành và được tăng cường trong những điều
kiện sau đây:
• Thời tiết trong năm: về mùa đông nghịch nhiệt thường kéo dài do Mặt trời
không đủ sức làm ấm mặt đất để phá vỡ lớp nghịch nhiệt.
• Khả năng hấp thụ và tỏa nhiệt của mặt đất: Mặt đất trơ trụi không có cỏ cây sẽ
hấp thụ và nhả nhiệt nhanh hơn so với mặt đất có lớp thực vật che phủ do đó nó
tạo điều kiện thuận lợi cho việc hình thành nghịch nhiệt.
• Sương mù, mây - nhất là mây thấp, che kín bầu trời làm cho bức xạ mặt trời
không đủ sức làm ấm mặt đất.
11
• Sự di chuyển các khối không khí ấm hoặc lạnh từ sườn núi xuống đồng bằng
hoặc từ các triền đất cao xuống thung lũng.
Tất cả các dạng nghịch nhiệt trên, dù ở sát mặt đất hay ở trên cao đều cản trở sự
xáo trộn của khí quyển và do đó dẫn đến sự tích tụ các chất ô nhiễm, làm cho hàm
lượng chất ô nhiễm có thể tăng rất cao ở lớp sát đất, gây tác hại nghiêm trọng đến môi
trường sinh thái của khu vực.
Hình 1.4. Lớp nghịch nhiệt sát mặt đất và lớp nghịch nhiệt trên cao.
Ảnh hưởng của gió.
Gió hình thành từ các dòng chuyển động rối của không khí trên mặt đất, đây là
yếu tố khí tượng có ảnh hưởng lớn tới sự lan truyền các chất ô nhiễm. Gió không phải
z
zz
z
zz
12
Trong đó: u
(z)
- vận tốc gió ở độ cao z, m/s
u
(z1)
- vận tốc gió đã biết ở độ cao z
1
, m/s
z
o
- độ cao mà ở đó vận tốc gió được xem là bằng không, m
z, z
1
- lần lượt là độ cao cần tính vận tốc và độ cao có vận tốc đã biết,
m.
Thường người ta nhận z
aa
zz
z
z
u
z
z
uu
1
)(
)2/(
Trong đó: u
(10)
- vận tốc gió ở độ cao 10 m.
z - độ cao cần tính vận tốc u
(z)
, m
Số mũ n trong công thức trên được cho ở bảng 1.1.
13 Bảng 1.1. Số mũ n trong kết quả nghiên cứu của Irwin J.S. [29]
Độ gồ ghề z
o
của mặt đất, m
Các cấp ổn định của khí quyển theo thang Pasquill - Gifford
A
B
C
D
E
F
0,01
0,10
1,00
3,00
0,05
0,08
0,17
liên kết với nhau tạo thành các hạt lớn hơn và rơi nhanh xuống bề mặt Trái đất. Mặt
khác, độ ẩm còn có tác dụng hóa học với các khí thải công nghiệp, ví dụ như các khí
SO
2
, SO
3
hóa hợp với hơi nước trong không khí tạo thành các axít H
2
SO
3
và H
2
SO
4
gây hiện tượng mưa axít. Mưa có tác dụng làm sạch môi trường không khí, các hạt
mưa kéo theo các hạt bụi và hòa tan một số chất trong không khí rồi rơi xuống đất, gây
ô nhiễm đất và nước.
Vào mùa khô, các chất thải phát ra từ nhà máy ít bị ảnh hưởng bởi biến đổi hóa
học mà chủ yếu do biến đổi lý học - son khí thải có kích thước lớn được lắng đọng
nhanh tại khu vực gần ống thải do tác dụng của trọng lực, còn các chất thải dạng khí
và dạng lơ lửng được khuếch tán nhanh, lan truyền trong môi trường không khí theo
hướng gió ra xa ống thải hơn và chúng có thời gian lưu khá dài trong tầng đối lưu.
1.3.3.3. Ảnh hưởng của địa hình đối với quá trình khuếch tán.
Trường hợp địa hình không bằng phẳng, lúc đó trên đường lan truyền luồng khí
thải gặp vật cản có dạng như núi đồi, vực sâu, thung lũng, v.v… trường vận tốc gió sẽ
bị thay đổi, độ rối của khí quyển bị ảnh hưởng và do đó luồng khí thải sẽ bị biến dạng,
kéo theo là sự phân bố hàm lượng chất ô nhiễm trong luồng khí thải cũng như trên mặt
đất bị thay đổi.
Các công trình, nhà cửa cũng có ảnh hưởng đến quá trình khuếch tán: Trong khu
mỏng và xoè rộng trên mặt bằng như hình cái quạt (hình 1.5.c). Vào ban đêm khi
mặt đất được làm nguội do bức xạ hồng ngoại vào không trung ta thường bắt gặp
luồng khí thải hình quạt.
d) Khi khí quyển có sự phân tầng, ở phía dưới sát mặt đất trong phạm vi độ cao
ống thải có nghịch nhiệt còn ở phía trên vẫn có phân bố nhiệt độ bình thường
(đoạn nhiệt, siêu đoạn nhiệt hoặc dưới đoạn nhiệt) thì chất ô nhiễm sẽ tích tụ ở
gần mép trên của lớp nghịch nhiệt và tạo thành mặt dưới khá bằng phẳng của
luồng khí thải, còn ở phía trên chất ô nhiễm khuếch tán mạnh hơn (hình 1.5.d).
Trường hợp này thường xuất hiện vào chiều tối khi Mặt trời lặn và trời trong,
không mây.
e) Cũng tương tự như trường hợp d nhưng sự phân tầng ngược lại: lớp nghịch nhiệt
ở bên trên lớp siêu đoạn nhiệt - ta có bức tranh gần như đối xứng với hình dáng
luồng khí thải trong trường hợp d (hình 1.5.e). Đây là trường hợp bất lợi vì hàm
lượng chất ô nhiễm trên mặt đất sẽ tăng cao. “Xông khói” mặt đất thường xảy ra
vào buổi sáng khi Mặt trời hâm nóng mặt đất và các lớp không khí mỏng tuần tự
từ dưới lên nhưng chưa đủ để loại bỏ hoàn toàn lớp nghịch nhiệt đã hình thành
từ đêm hôm trước.
f) Khi cả ở bên trên và bên dưới ống thải đều có lớp nghịch nhiệt luồng khí thải sẽ
bị giới hạn ở giữa hai lớp nghịch nhiệt và chất ô nhiễm rất khó khuếch tán lên
trên lẫn xuống dưới - có thể xem như cái bẫy khói (hình 1.5.f).
15 Hình 1.5. Các dạng khác nhau của luồng khí thải.
1.4. Các mô hình tính toán khuếch tán chất ô nhiễm [7, 9, 13, 20, 29].
1.4.1. Các dạng mô hình.
Theo tài liệu của Tổ chức Khí tượng Thế giới (WMO) và Chương trình Môi
trường của Liên Hợp Quốc (UNEP) thì hiện nay trên thế giới có hơn 20 dạng mô hình
tính toán ô nhiễm môi trường không khí, nhưng có thể tập hợp thành 3 hướng chính
sau đây:
một khoảng cách nhất định nào đó xuôi theo chiều gió. Khi đã đạt được độ cao ấy tức
là lúc động năng ban đầu của luồng khí thải đã bị triệt tiêu và nhiệt độ khói đã trở nên
cân bằng với nhiệt độ khí quyển do kết quả của quá trình hòa trộn với không khí xung
quanh, luồng khí thải sẽ giữ phương nằm ngang xuôi theo chiều gió. Sơ đồ khối của độ
cao hiệu dụng của ống thải được trình bày ở hình 1.6.
U
W
H
H
đưa đến nồng độ chất ô nhiễm trên mặt đất khác nhau. Vì vậy việc phân tích, so sánh
và lựa chọn công thức tính chiều cao hiệu dụng của ống thải khi tính toán khuếch tán
không khí để xác định hiện trạng và dự báo về ô nhiễm môi trường không khí là hết
sức cần thiết.
1.4.4. So sánh kết quả tính hàm lƣợng chất ô nhiễm trên mặt đất theo các công
thức của Bosanquet-Pearson, Sutton, Gauss và Berliand.
Để tiện so sánh, chúng tôi sử dụng các công thức của các tác giả trên để tính
khoảng cách hàm lượng đạt cực đại (x
M
), hàm lượng mặt đất cực đại (C
max
) và hàm
lượng mặt đất tại các vị trí có khoảng cách 2000, 3000, 4000, 6000 m tính từ chân ống
thải, với các tham số đầu vào như sau:
- Chiều cao ống thải: 150 m
- Đường kính trong của ống thải: 4,5 m
- Tải lượng chất thải: 4000 kg/h
- Vận tốc ban đầu của khí thải: 29,7 m/s
- Nhiệt độ khí thải: 138
o
C
- Nhiệt độ không khí: 27
o
C
- Vận tốc gió trung bình: 2,7 m/s
- Độ ổn định khí quyển: Trung hòa
- Chiều cao hiệu dụng của ống thải tính theo công thức của Davidson W. F. (công
thức P.1.29 ở Phụ lục 1 cho các trường hợp Bosanquet-Pearson, Sutton và
Gauss) và Công thức của Viện nghiên cứu kỹ thuật vệ sinh Moscow (công thức
P.1.45 ở Phụ lục 1 cho trường hợp Berliand).
Sutton
5600
1,089
0,045
0,461
0,891
1,080
Gauss
3200
0,772
0,486
0,766
0,727
0,527
Berliand
4400
0,996
0,536
0,878
0,989
0,934 Hình 1.7. Phân bố hàm lượng chất ô nhiễm tính toán theo các mô hình khác nhau.
Từ các kết quả được biểu diễn trên hình vẽ ta thấy rằng: 2 phương pháp
Bosanquet-Pearson và Gauss cho kết quả khá gần nhau, còn phương pháp Sutton cho
kết quả rất khác với Bosanquet-Pearson và Gauss. Về khoảng cách hàm lượng đạt cực
đại thì phương pháp Sutton đưa ra giá trị khá lớn so với các phương pháp khác.
Nếu lấy mô hình Gauss làm đại diện cho mô hình thống kê kinh nghiệm để so
sánh với mô hình thống kê thuỷ động (Berliand) thì: Về hình dạng, 2 đường cong này
khối và diện, hoặc không liên tục từ các nguồn điểm. Được phát triển bởi Ban Tư vấn
Nghiên cứu Môi trường Cambridge (CERC) của Anh Quốc hợp tác với Văn phòng
Khí tượng Anh Quốc, Công ty cổ phần trách nhiệm hữu hạn (Public Limited
Company) Điện Quốc gia (bây giờ là Công ty cổ phần trách nhiệm hữu hạn INNOGY
Holdings plc) và Trường Đại học Surrey. Phiên bản đầu tiên của ADMS được phát
hành vào 1993. Phiên bản 3 hiện thời được phát hành vào tháng hai năm 1999 và chỉ
chạy trong môi trường Microsoft Windows mặc dù nó vẫn còn có một FORTRAN
codebase. Phiên bản 4 được hoạch định để phát hành với các đặc tính bổ sung.
Mô hình bao gồm các thuật toán có tính đến: các hiệu ứng rửa trôi do các tòa nhà
lân cận trên đường đi của luồng thải; hiệu ứng do địa hình phức tạp; hiệu ứng do vị trí
nằm ven bờ biển; rơi lắng ướt, rơi lắng do lực hấp dẫn và rơi lắng khô; các thăng giáng
ngắn hạn về hàm lượng chất ô nhiễm; các phản ứng hóa học; phân rã phóng xạ và liều
gamma; độ dâng của luồng ô nhiễm là hàm theo khoảng cách; các phóng thích liên tục
và gián đoạn; trung bình theo thời gian từ phạm vi rất ngắn đến hàng năm.
AERMOD
Mô hình AERMOD được đặc biệt thiết kế để hỗ trợ cho chương trình quản lý của
Cục Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (U.S. EPA). Mô hình gồm 3 thành phần: AERMOD
(Mô hình phân tán AERMIC), AERMAP (Công cụ địa hình của AERMOD) và
AERMET (Công cụ khí tượng của AERMOD).
Từ năm 1991, mô hình AERMOD đã được phát triển bởi Cơ quan Khí tượng và
Cục Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ. Một nhóm các nhà khoa học (gọi tắt là AERMIC) đã
hợp tác xây dựng mô hình AERMOD. AERMOD được sử dụng chính thức vào 9-12-
2005 sau 14 năm nghiên cứu và hoàn thiện.
Đây là mô hình phân tán khí quyển dựa vào cấu trúc rối và các khái niệm tỉ lệ của
lớp biên khí quyển, bao gồm việc xử lý nhiều nguồn tại mặt đất, nguồn điểm cao,
20
nguồn mặt và nguồn khối. Xử lý địa hình bằng phẳng hoặc phức tạp, nông thôn hoặc
thành thị và bao gồm các thuật toán đối với các hiệu ứng công trình. Sử dụng lý thuyết
phát tán Gauss cho các điều kiện khí quyển ổn định (độ rối thấp) và phát tán không
NAME - Mô hình được sử dụng trong trường hợp ứng phó sự cố hạt nhân
(Nuclear Accident ModEl - NAME), là mô hình có quy mô từ cục bộ đến toàn cầu
được phát triển bởi Cơ quan Khí tượng Anh Quốc. Nó được sử dụng để: dự báo chất
lượng không khí, phát tán ô nhiễm không khí, và mưa a-xít; theo dõi những phát thải
phóng xạ và những phun trào tro núi lửa; phân tích các phóng thích chất ô nhiễm
không khí do sự cố và tham gia vào ứng phó trường hợp khẩn cấp; và phân tích tác
21
động môi trường dài hạn. Nó là một mô hình tích hợp bao gồm việc mô hình hóa phân
tán lớp biên.
ATSTEP
ATSTEP (Đức) - Mô hình lắng đọng và phát tán phụt Gauss được sử dụng trong
hệ thống hỗ trợ RODOS (Real-time On-line Decision Support) phục vụ cho việc quản
lý trong trường hợp khẩn cấp hạt nhân. RODOS đang được vận hành ở Đức bởi Cơ
quan Bảo vệ Bức xạ Liên bang (BfS), và vận hành thử nghiệm tại nhiều nước Châu Âu
khác. ATSTEP là mô hình phụt Gauss để dự đoán phát tán khí quyển, rơi lắng, bức xạ
gamma và liều do hoạt độ phóng xạ đã phóng thích trong trường hợp sự cố ở các
NMĐHN hoặc trong thời gian vận chuyển, và từ các bom bẩn.
RIMPUFF
RIMPUFF là mô hình phát tán phụt quy mô cục bộ được phát triển bởi Phòng thí
nghiệm Quốc gia Riso, Đan Mạch. Nó là một mô hình ứng phó trường hợp khẩn cấp
để hỗ trợ các cơ quan quản lý trong trường hợp khẩn cấp liên quan đến các phóng
thích chất hóa học, phóng xạ và sinh học vào khí quyển. RIMPUFF xây dựng từ các
công thức tham số hóa cho sự phát tán phụt, rơi lắng khô và ướt và liều bức xạ gamma.
Phạm vi áp dụng bao trùm các khoảng cách lên đến ~1000 km từ điểm phóng thích.
ACCIDENT
Mô hình phân tán khí quyển được áp dụng trong chương trình ACCIDENT cũng
là mô hình phát tán Gauss. Tuy nhiên chương trình này được áp dụng chủ yếu trong
việc mô hình hoá của bài toán đánh giá hậu quả phóng xạ gây ra do sự cố ở một lò
phản ứng.
yếu tố khí tượng liên quan và sự phân tán vật chất phóng xạ ra môi trường khí quyển
có thể được mô tả theo quy luật phân bố Gauss trong cả hai hướng đứng và ngang.
Hình 2.1 minh họa sự di chuyển của luồng thải trong khí quyển từ một nguồn điểm. Hình 2.1. Hệ tọa độ theo mô hình Gauss khi mặt phẳng x, y tương ứng với mặt đất hay
gốc O trùng với chân ống thải.
1. Đường trục của luồng thải
2. Gốc O của hệ tọa độ
Khi có sự phóng thích liên tục từ nguồn điểm trong một điều kiện nhất định thì
hàm lượng của chất ô nhiễm được biểu diễn bằng phương trình sau:
),,(
zzy
zy
HzHzy
U
Q
zyx
(2.1)
23
Trong đó:
),,( zyx
: Hàm lượng chất ô nhiễm phóng xạ trong khí quyển tại điểm
(x,y,z), Bq/m
3
Q : Tốc độ thải chất ô nhiễm phóng xạ của nguồn thải, Bq/s
U: Tốc độ gió tại độ cao của ống thải, m/s
H: Chiều cao hiệu dụng của ống thải, m
zy
,
: Hệ số khuếch tán ngang và đứng theo chiều gió, m
Để đánh giá liều thì cần phải tính hàm lượng các đồng vị phóng xạ tại mặt đất,
lúc đó z có thể được xem là bằng 0 và phương trình trên trở thành:
yx
(2.2)
Cách diễn giải để suy ra các phương trình (2.1) và (2.2) xin xem mục 1.1.1.3 ở
Phụ lục 1.
Phương trình (2.2) được áp dụng để tính hàm lượng và liều trung bình của các
chất thải phóng thích trong cả một thời gian dài, thường là một năm. Ở đây hàm lượng
chất thải có thể được tính toán theo 3 phương cách khác nhau:
- Hàm lượng tức thời ngay tại một trục hướng gió
- Hàm lượng trung bình theo một hướng gió nào đó
- Hàm lượng trung bình theo hướng gió có tính đến ảnh hưởng của các hướng gió
lân cận
Các hiệu chỉnh trong quá trình phân tán chất thải.
Các hạt nhân được phóng thích từ nguồn thải sẽ bị thay đổi trong quá trình phân
tán theo chiều gió do các quá trình phân rã phóng xạ, mà có thể chuyển thành những
nhân mới trong luồng khí thải. Thêm vào đó, cả hạt nhân bố mẹ và con cháu có thể bị
mất đi trong quá trình lan truyền do tác động của lắng đọng hấp dẫn, rơi lắng khô và
rơi lắng ướt do mưa. Do đó phải đưa vào các hệ số hiệu chỉnh:
- Hiệu chỉnh do lắng đọng hấp dẫn.
- Hiệu chỉnh do rơi lắng khô.
- Hiệu chỉnh do rơi lắng ướt.
- Hiệu chỉnh do phân rã phóng xạ.
Các hệ số khuếch tán.
Các hệ số khuếch tán
y
và
z
được biểu diễn là hàm của khoảng cách và độ ổn
Về tính toán liều.
- Liều chiếu ngoài:
+ Liều chiếu ngoài do đám mây phóng xạ.
+ Liều chiếu ngoài từ đất.
- Liều chiếu trong:
+ Liều xâm nhập qua đường hô hấp.
+ Liều xâm nhập qua đường ăn uống.
2.1.2.2. CALPUFF
CALPUFF là mô hình phát tán phụt Lagrange có thể mô phỏng những ảnh hưởng
của điều kiện khí tượng phức tạp trong quá trình vận chuyển chất ô nhiễm (Scire,
2000). CALPUFF đã được chấp nhận bởi EPA Hoa Kỳ như là một mô hình ưa thích
Copyright: Tài liệu đại học ©