CC BY
22
МОДЕЛЮВАННЯ IУПРАВЛ1ННЯ
УДК 528.9
1.В. КОВАЛЕЦЬ*, е.О. еВД1Н**, Р.О. СИНКЕВИЧ*, o.i. удовенко*
МОДЕЛЮВАННЯ СЦЕНАР11В АВАР1Й НА АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦ1ЯХ З ВИКОРИСТАННЯМ СИСТЕМИ РОДОС
1нститут проблем математичних машин i систем НАН Украши, м. Ки!в, Украша Федеральне вiдомство з радiацiйного захисту, м. Берлш, ФРГ
Анотаця. У роботг розглянуто набгр сценарИ'в потенцШних наслгдкгв важких техногенних аварШ на украгнських АЕС. На nidcmaei класифжаци метеоролог1чних умов розповсюдження атмосферного забруднення проведено моделювання на^дюв аварШ на прикладi Рiвненськоï АЕС для типо-вих метеорологiчних сценарИ'в та оцтено максимальт можливi рiвнi радiоактивного забруднення. Результати розрахунюв продемонстрували можливiсть використання моделювання для розрахун-ку ризиюв для населення в зонах впливу украгнських АЕС з урахуванням географiчних особливостей мiсцевостi, розподшу населення та метеорологiчноï обстановки в перiод аварИ Ключовi слова: радiацiйна аварiя, метеорологiчнi умови, ризики для населення.
Аннотация. В работе рассмотрен набор сценариев тяжелых техногенных аварий на украинских АЭС. На основании классификации метеорологических условий распространения атмосферного загрязнения проведено моделирование последствий аварий на примере Ровенской АЭС для типичных метеорологических сценариев и оценены максимальные возможные уровни радиоактивного загрязнения. Результаты расчетов показали возможность использования моделирования для расчета рисков для населения в зонах влияния украинских АЭС с учетом географических особенностей местности, распределения населения и метеорологической обстановки в период аварии. Ключевые слова: радиационная авария, метеорологические условия, риски для населения.
Abstract. A set of scenarios for severe accidents at Ukrainian NPPs is considered in the work. Based on the classification of meteorological conditions related to the distribution of atmospheric pollution, the simulations of the consequences of accidents were made using the example of Rivne NPP for typical meteorological scenarios and the maximum possible levels of radioactive contamination were estimated. The results of calculations showed the possibility of using modeling to calculate risks for the population in the zones of influence of Ukrainian NPPs, taking into account the geographic features of the terrain, the distribution of the population and the meteorological situation during the accident. Keywords: radiological accident, meteorological conditions, risks for the population.
1. Вступ
Протягом 2013-2016 рр. в Укршш впроваджено комплексну систему Евросоюзу для поза-об'ектного реагування в реальному час на ядерш авари РОДОС (https://resy5.iket.kit.edu/RODOS). Система РОДОС була розроблена в проектах 3-7-ï Рам-кових програм Свропейсь^' комюп з залученням кшькох десятюв наукових оргашзацш з краш Свропи, у тому чист й з Украши [1]. Система призначена в першу чергу для оперативного реагування у випадку аварш на атомних електростанщях (АЕС), але може бути використана i в режимi офлайн для оцшки ризиюв для населення внаслщок можливих ава-ршних ситуацш на АЕС.
На етат впровадження системи РОДОС в Укрш'ш у системi було штегровано сце-нарп аваршних викидiв з реакторiв VVER1000 та VVER440 Рiвненськоï та Запорiзькоï АЕС, розроблеш у робот [2], з урахуванням досвщу аварп на АЕС Фукуама. Представлеш сценарп важких аварш можуть бути проаналiзованi системою РОДОС у комбшацп з аналь
© Ковалець 1.В., £вдш е.О., Синкевич Р.О., Удовенко О.1., 2018 ISSN 1028-9763. Математичш машини i системи, 2018, № 2
зом можливих метеоролопчних ситуацiй для розрахунку вщповщних наслiдкiв для насе-лення.
Метою дано'1 роботи е дослiдження можливостi системи РОДОС для аналiзу ризи-кiв, пов'язаних з важкими аварiями на АЕС.
До цього часу в Укршш було лише декшька робiт, присвячених аналiзу всебiчних наслiдкiв для населення важких аварш на АЕС. У роботi [3] зроблено таку спробу, але при цьому використано вигаданий метеоролопчний сценарш, в якому користувачем задавались швидюсть та напрям в^ру бшя поверхнi Землi, iнтенсивнiсть опадiв, категорш стш-костi тощо. Використання подiбних спрощених сценарпв виправдане лише для аналiзу на-слiдкiв у ближнш зонi навколо АЕС (до 30 км, [4]). На вщмшу вщ попередньо!, у данiй робот будуть використанi результати моделювання погодних умов, отриманi з використан-ням метеоролопчно! моделi WRF-Украiна [5], що дозволяе враховувати реальну просторо-ву та часову мшливють метеорологiчних полiв навколо АЕС. Виконання всебiчноi ощнки ризикiв виходить за рамки одше! статтi. Але у роботi зроблено першу спробу виконати всебiчне моделювання наслщюв важких аварiй на прикладi Рiвненськоi АЕС (РАЕС) на основi аналiзу реальних метеорологiчних ситуацiй.
2. Сценарш викиду
Для розрахунюв використовувався такий сценарш викиду внаслщок гшотетичних важких аварiй на РАЕС, розроблений НАЕК Енергоатом iз урахуванням досвщу аварп на АЕС Фукусiма (Енергоатом, 2012): повне знеструмлення з накладенням втрати кшцевого пог-линача тепла для енергоблоюв № 1 та № 2 РАЕС (VVER-440).
Часовi залежностi викиду, розрахованi для сценарш на пiдставi даних, наведених у [2], а також даних про швентори вщповщних реакторiв, наявних у базах даних системи РОДОС, були штегроваш в систему РОДОС та показаш на рис.1. 1нтегральш характеристики викиду: тривалють 64 год, сума благородних газiв - 5^17 Бк, сумарний викид йоду -3.4E17 Бк, сумарний викид аерозолiв - 1.3E17 Бк.
3. Метеоролопчш сценарп
Значна (майже 3 доби) тривалють викидiв, розглянутих у попередньому пункт^ ускладнюе типiзацiю викидiв за характерними аеросиноптичними умовами, оскшьки за час викиду аеросиноптичш умови здатш iстотно змiнитись. Обгрунтуванням для використання методу титзацп викидiв за аеросиноптичними умовами у даному випадку може служити те, що, згщно з графиками, представленими на рис. 1, основна частина викиду вщбуваеться лише в першi 12 годин аварп.
Внаслщок великого рiзноманiття синоптичних ситуацш i 1'хньо'1 велико'1 мiнливостi, у деяких роботах для класифшацп атмосферного розповсюдження синоптичнi ситуацп зводяться до двох найбшьш значних щодо наслщюв аварп класiв [6]: «виносу» i «осаджен-ня» забруднюючих речовин. У рамках цих класiв сценарп роздшяють за характером випа-дiння на: 1) винос з опадами («вологий винос»); 2) винос без опадiв («сухий винос»); 3) застш з опадами («вологий застiй»); 4) застш без опадiв («сухий застш»). Але навiть така широка класифшащя е надзвичайно умовною, оскiльки, як буде показано нижче, при окремих умовах сухе осаждшня може досягати тако'1 само'1 iнтенсивностi, як i вологе осаж-дiння.
Попри ус умовностi, iснують певнi синоптичнi умови, як можуть характеризувати-ся як особливо небезпечш з точки зору переносу атмосферного забруднення. Слщ видшити такi ситуацп:
1. Квазiстацiонарне поле пщвищеного тиску над снiжною поверхнею, коли надзвичайно стiйка стратифшащя поеднуеться зi штилевими умовами.
2. Квазютацюнарне поле пщвищеного тиску у теплий перюд року (або в холодний перюд року, але у поеднанш iз теплою та вологою повiтряною масою), коли штилевi умови можуть поеднуватися зi значним рiвнем турбулентностi, що приводить до значних сухих випадшь.
3. Проходження активного циклону в перюд викиду, що призводить до значних во-логих випадшь i забруднення територп.
4. Проходження фронту в перюд викиду, що призводить до велико'1 територп забруднення внаслщок повороту в^ру.
У вщповщносп з зазначеними вище мiркуваннями для моделювання були ввдбраш такi дати 2013 року: а) 10 грудня 2013 р. - застш внаслщок поля високого тиску, нейтральна стратифшащя, сухе осаждшня; б) 27 лютого 2013 р. - поле високого тиску, застш, стш-ка стратифшащя, велик концентрацп у повггр^ в) 6 грудня 2013 р. - тильна частина циклону, винос досить сильним в^ром (до 10 м/с); г) 28 липня 2013 р. - поле високого тиску, поеднане з нестшкою стратифшащею, значш значення сухих випадшь.
Години Години
Благородш гази
2Е+017 —
1.6Е+017 —
ч: о
I—
"52 ш
1.2Е+017 —
8Е+016 —
4Е+016 —
20 40 60
Години
80
Рис. 1. Часова динамша викиду радюнукладв для сценарш авари на РАЕС
0
0
4. Результати розрахунк1в
Розрахунки метеоролопчних сценарпв були проведенi з використанням моделi WRF (http://www2.mmm.ucar.edu/wrf/users), налаштовано'' для деталiзацГi метеорологiчних полiв навколо РАЕС з просторовим дозволом 5 км [5]. Максимальш концентрацп та щiльностi випадшь для кожного з розрахункiв представлеш у табл. 1. Як видно з даних, приведених у таблищ, найгiршим метеорологiчним сценарieм (найбiльша штегральна концентрацiя) е сценарiй 27 лютого («застш» без значних випадiнь, рис. 2). Це тдтверджуеться також i тим, що не тiльки штегральна концентращя (рис. 3), але й територп контрзаходiв (рис. 4), розраховаш для цього сценарiю, та зони детермшованих ефектiв найбiльшi саме для цього сценар^. Сценарiй «виносу» вщ 6 грудня 2013 р. не приводить до значних наслщюв навколо станцп, але внаслiдок транскордонного переносу значш потужностi доз виникають на значних вiдстанях вiд кордону Укра'ни - на пiвночi Бшорусп, а випадiння охоплюють також i значну територiю европейсько'' частини Росп.
Таблиця 1. Максимальнi iнтегральнi концентрацп та щшьносп випадiнь внаслiдок викидiв на РАЕС при рiзних метеоролопчних сценарiях_
Сцена-рш Дата викиду Максимальна штегральна концентращя, Бкх/м3 Максимальне випадiння, Бк/м2
А 10 грудня 2013 9^10 2.6E9
Б 27 лютого 2013 1Ж1 1.35E7
В 6 грудня 2013 3^10 8.8E7
Г 28 липня 2013 2Ж0 1.2E8
Рис. 2. Синоптична ситуащя 27 лютого 2013 р. за даними Шмецько" служби погоди
(www2.wetter3.de)
Ощнки довгострокових доз та концентрацш у продуктах харчування були виконаш модулем FDMT системи РОДОС, який був адаптований для умов Укра'ни згщно з роботами [3, 7]. Зокрема, у роботах [1, 2] територiя Укра'ни була роздшена на п'ять радюекологь чних регюшв (полiсся, лiсостеп, степ, Карпати та Кримсью гори) i для кожного регюну ви-значено та заведено в систему вщповщш параметри радюеколопчних моделей. Часовi i
просторовi залежносп концентраци у продуктах харчування для сценарш вiд 27 лютого 2013 р. показаш на рис. 5. Часова залежшсть концентраци у молощ мае два пiки внаслщок того, що корови взимку харчуються зараженим сшом, зiбраним у л^нш перiод. Приклади вiдповiдних довгострокових доз показаш на рис. 6, 7.
Рис. 3. 1нтегральна концентращя Сs-137 навколо РАЕС для сценар1ю гшотетичного викиду
вщ 27 лютого 2013 р.
Рис. 4. Територ1я детермшованих ефекпв (зл1ва) та територп рекомендованох' йодно! профшактики для д1тей (справа) навколо РАЕС внаслщок гшотетичного викиду при метеоролопчних умовах
вщ 27 лютого 2013 р.
Концентращя Cs-137 у молощ
i ш
6000000 5000000 4000000 3000000 2000000 1000000 о
к \
< \ <
* Л
♦ V
L » *♦♦«♦«»»♦---«—--*---*-
01.04.2012 0:00 14.08.2013 0:00 27.12.2014 0:00 10.05.2016 0:00 22.09.2017 0:00 04.02.2019 0:00
Дата
Рис. 5. Часова залежшсть концентраци Cs-137 y молощ (зверxy) та y жит (знизу) бшя РЛЕС y точцi з максимальним забрyдненням поверxнi внаслiдок гiпотетичного викиду при метеоролопчнж yмоваx вiд 27 лютого 2013 р.
Рис. 6. Просторовий розподш сумарно1' ефективно1' дози вщ yсix шляxiв, крiм xарчyвання, на щитовидну залозу для дтей за увесь перiод життя внаслщок гiпотетичного викиду на РЛЕС при метеоролопчнж yмоваx вiд 27 лютого 2013 р.
Рис. 7. Просторовий розподш сумарно! ефективно! дози вiд продуктiв харчування на щитовидну залозу для дiтей за увесь перюд життя внаслiдок ппотетичного викиду на РАЕС при метеоролопчних умовах вщ 27 лютого 2013 р.
5. Висновки
У робот розглянуто наб1р сценарпв важких техногенних аварш на укра!нських АЕС. На тдстав1 класифшацп метеоролопчних умов розповсюдження атмосферного забруднення проведено моделювання наслщюв аварш на приклад1 Р1вненсько! АЕС для типових метеоролопчних сценарпв та оцшено максимальш можлив1 р1вш радюактивного забруднення. Розраховаш сценарп рад1ацшних аварш продемонстрували можливють як оперативного прогнозування наслщюв рад1ац1йних аварш, так i можливост використання моделювання для розрахунку ризиюв для населення в зонах впливу украшських АЕС у випадках важких ядерних аварiй з урахуванням географiчних особливостей мiсцевостi, розподшу населення та метеоролопчно! ситуацп в перюд аварп. Отриманi результати складають пщгрунтя для подальших дослiджень з ощнки та мiнiмiзацii ризикiв, пов'язаних з важкими техногенними аварiями на АЕС Украши. Оскiльки для довготривалих викидiв дуже важко класифiкувати синоптичш умови за !х впливом на радюактивне забруднення, в подальших дослщженнях слiд використовувати екстенсивнi розрахунки системою РОДОС для велико! кшькосп метеоролопчних сценарпв з метою отримання статистично достовiрних ощнок щодо просто-рового розподiлу максимальних можливих доз для населення в результат аварш. Розраховаш результати можуть також використовуватися для попередньо! ощнки наслщюв зазна-чених вище природних та техногенних надзвичайних ситуацiй в Укрш'ш.
СПИСОК ДЖЕРЕЛ
1. RODOS re-engineering: aims and implementation details / I. Ievdin, D. Trybushny, M. Zheleznyak [et al.] // Radioprotection. - 2010. - Vol. 45, N 5. - S181 - S189.
2. Дополнительная целевая переоценка безопасности энергоблоков ОП РАЭС с учетом уроков, извлеченных из аварии на АЭС Фукусима-1. - К.: НАЭК «Енергоатом», 2012.
3. Assessment of doses for scenarios of accidental releases from Zaporizhje Nuclear Power Plant using RODOS system [Електронний ресурс] / A. Dvorzhak, I. Kovalets, V. Koshebutsky [et al.] // Proc. of Int. Congr. «11th International Congress of the International Radiation Protection Association», (Madrid, Spain, 23-28 May 2004). - Spain, Madrid: Spanish Radiation Protection Soc. - Режим доступу: https://www.ipen.br/biblioteca/cd/irpa/2004/files/7a9.pdf.
4. Талерко Н.Н. Физические особенности и ограничения моделей атмосферного переноса радионуклидов для разных пространственно-временных масштабов / Н.Н. Талерко // Проблеми безпеки атомних електростанцш i Чорнобиля. - 2009. - № 11. - C. 57 - 62.
5. Халченков А.В. Адаптащя метеоролопчной моделi WRF для прогнозування полiв в^ру навколо Рiвненськоl АЕС / А.В. Халченков, 1.В. Ковалець, О.М. Романенко // Математичш машини i систе-ми. - 2015. - № 1. - С. 130 - 138.
6. Сонькин Л.Р. Синоптико-статистический анализ и краткосрочный прогноз загрязнения атмосферы / Сонькин Л.Р. - Л.: Гидрометеоиздат, 1991. - 223 с.
7. Dvorzhak A. Documentation on the two INCO working programs: «Review of the adequacy of the present food chain and dose calculations» and «Collection of the data required for each radioecological region and their integration» /A.I. Dvorzhak // RODOS Report (WG3)-TN(99)-04 Forschungszentrum Karlsruhe, Technik und Umwelt, 1999. - 178 р.
Стаття над1йшла до редакцп 27.03.2018
