Расчет предела сброса/выброса радионуклидов в окружающую среду

Расчет предела сброса/выброса радионуклидов в окружающую среду

Для расчета пределов выбросов необходимо следующее.

  • Выбрать модель, наиболее подходящую  к Вашей ситуации
  • Рассмотреть наиболее значимый путь облучения

Следующие примеры показывают, как простыми расчетами можно определить пределы сбросов/ выбросов для жидких и газообразных отходов. Следует помнить, что  для лучшего понимания расчет является упрощенным.

ПРИМЕР ДЛЯ ЖИДКИХ ОТХОДОВ

Модельl Сброс в реку. Река – единственный источник воды для критической группы. Никакого последующего разбавления. Для орошения посевов река не используется.
Значимые пути облучения Пероральный – прямое потребление  воды для питья.
Критическая группа Младенцы (таблица 3)
Данные Скорость сбрасывания отходов из лаборатории e = 10 000 м3 в неделю.

Скорость течения реки = 100 000 м3 в неделю.

Дозовый коэффициент перехода (для младенцев) = 6.4 x 10-11 Зв Бк-1.

Годовое потребление (младенцы) = 0.260 м3

Граничная доза 0.1 мЗв
Предел дозы Может быть определен по приведенным данным.

Вопрос:

Лаборатория собирается сбрасывать воды, загрязненные тритием в местную реку. Река проходит через водозабор, где вода отбирается, проходит соответствующую обработку (без дальнейшего разбавления) и затем направляется в водопровод местного городка, где используется для питья.

Лаборатория должна уведомить о своем намерении Регулирующий орган, который  должен рассмотреть вопрос о выдаче разрешения и установить предел сбросов. Для принятия решения  Регулирующий орган детально проверяет полученную информацию и прогнозируемые  в ней дозы облучения, рассчитанные для населения и любого работника, которые могут подвергнуться воздействию облучения от данного сброса.

Тритиевая вода выливается в канализацию через раковину и затем канализационную трубу предприятия, которая сбрасывает в реку
10 000 м3 жидких отходов в неделю.

Скорость течение реки 100 000 м3в неделю.

Подсчитайте  средний недельный предел выброса.

Необходимые данные:

Для тритиевой воды наиболее значимым путем попадания в организм является пероральный.

Предполагаемый усредненный объем воды, выпиваемый за год взрослым лицом из состава населения, равен 600 литрам (или 0.6 м3).

Дозовый коэффициент перехода для перорального поступления тритиевой воды равен 1.8×10-11 Зв Бк-1.

Скорость течения реки  100 000 м3 в неделю.   (Приблизительные оценки могут быть сделаны на основании знания физических размеров реки  и линейной скорости течения.)

Предположения:

Предположим, что граничная доза для населения, установленная Регулирующим органом, составляет для жидких сбросов 0.1 mЗв год-1.

Метод:

Действие 1: Предположим, максимальная активность, сбрасываемая за год, составляет  A Бк год-1.

Действие 2: Подсчитайте объем воды, проходящий за год через заданную точку, включая сбрасываемые отходы (м3 год-1).

Объем воды, проходящий за год через заданную точку, указывает на эффективное в течение года разбавление радиоактивного материала.

Годовой поток составляет:

52 недели в год x (10 000 + 100 000) м3 = 5.72 x106 м3

= 5 x106 м3

С учетом консервативного подхода годовой поток округляется до 5 x106 м3 , а не до 6 x106 м3.

Действие 3: Рассчитайте  A,  подставляя соответствующую величину граничной дозы   0.1 mЗв год-1 (или 0.1 x 10-3 Зв год-1):

 

0.1 x 10-3 =

0.1 x 10-3 = (2.16 x 10–18 x A)

So A =

= 4.6x 1013

= 46 x 1012 Bq

= 46 TBq

Действие 4: Подсчитайте  средний недельный предел для сброса жидких отходов

Недельный предел для сброса тритиевой воды составляет:

 

Заключение :

Таким образом, лаборатория может еженедельно  сбрасывать в реку 890 ГБк тритиевой воды. При этом годовые дозы облучения взрослого населения не будут превышать значения граничных  доз, установленных Регулирующим органом.

ПРИМЕР ДЛЯ ГАЗООБРАЗНЫХ ОТХОДОВ

Модель Концентрация радионуклидов в воздухе вокруг критической группы такая же, как в точке сброса отходов (верхушка трубы).

Доля времени, в течение  которого ветер дует в заданную точку  -  0.25.

(Обратите внимание на то, что высота трубы в данной модели не учитывается. Она может потребоваться при применении более сложных  моделей)

 

Значимые пути облучения Ингаляция.  Расчет показывает,  что внешнее облучение незначительно в сравнении с дозой, возможной от поступления радионуклидов через дыхательные пути. В более сложных моделях необходимо учитывать также пероральные поступления, особенно через молоко, полученное  с загрязненных пастбищ.
Критическая группа Младенцы – смотрите таблицу  4
Данные Скорость сбрасываемого потока =
15 м с-1.

Поперечное сечение трубы  = 0.7 м2.

Дозовый коэффициент перехода (младенцы) = 7.2 x 10-8 Зв Бк-1.

Годовая скорость ингаляционных поступлений  (младенцы) = 5.16 м3

Граничная доза 0.1 мЗв
Предел выброса Может быть определен по приведенным данным (смотри Приложение 2).

Вопрос:

Завод по производству изотопов  нуждается в разрешении для осуществления выбросов через трубу  газообразного йода -131. Завод должен представить всю информацию о предполагаемом выбросе Регулирующему органу, который  перед принятием решения о выдаче разрешения  должен проверить достоверность информации и установить предел выброса.

Рассчитайте предельно допустимую активность в неделю для выбросов газообразного I-131.

Необходимая информация :

Высота трубы составляет 60 м, а  ее поперечное сечение в точке выхода газов — 0.7 м2.

Скорость сбрасываемого потока  — 15 м с-1.

Предположим, что  ветер  дует в  направлении точки, представляющей интерес, часть времени, которую обозначим Pp. Для данного расчета предлагается использовать значение 0.25 (безразмерная величина). Это величина, эквивалентная коэффициенту занятости.

Чтобы определить критическую группу для  выполнения дальнейших расчетов умножьте дозовый коэффициент перехода для ингаляции на скорость ингаляции для  разных возрастных групп.  Критической группой будет та, для которой произведение будет максимальным. Как определять критическую группу, показано в таблице 8.

 

Таблица 7

 

Определение критической группы

Возрастная группа Дозовый коэффициент при  поступлении ингаляционным путем *

(Зв Бк-1)

Скорость ингаляции#

3 сутки-1)

Произведение от умножения дозового коэффициента на скорость ингаляции*.
Младенец (1год) 7.2 x 10-8 5.16 3.7 x 10-7
Ребенок (10 лет) 1.9 x 10-8 15.3 2.9 x 10-7
Взрослый (мужчина*) 7.4 x 10-9 22.2 1.6 x 10-7

 

*Примечание:  Размерность произведения не имеет смыслового значения, поэтому она не приводится.

Из таблицы следует, что критической группой являются младенцы.

Дозовый коэффициент  перехода для младенцев при ингаляции  I-131 составляет  7.2 x 10-8 Зв Бк-1. (МАГАТЭ, BSS No.115)

Дозовый коэффициент перехода для внешнего облучения от окружения газообразным йодом -131 равен 5.8 x 10-7 Зв год-1 на Бк м-3. (Safety Report Series No. 19)

Дневная скорость дыхания для младенца составляет 5.16 м3 в день  (ICRP 71)

Предположения:

1.   Предположим, что граничная доза для населения, установленная Регулирующим органом, составляет для газообразных выбросов 0.1 mЗв год-1.

2.   Наихудший  сценарий исходит из предположения, что концентрация радионуклида в заданной точке (т.е. в точке нахождения критической группы)   такая же, как в точке выброса.

Задача: Мы рассчитываем усредненный недельный предел сброса в Бк/неделя.  Нам надо определить максимальную активность, выбрасываемую с газовыми потоками в течение года, которая бы для населения из состава критической группы обуславливала  дозу облучения, равную  0,1 мЗв/год.

Предположим, что максимальная активность, выбрасываемая газовым потоком за год, составляет
A Бк год -1.

Действие 1: Рассчитайте объем воздуха, вдыхаемый  младенцем за один год.

Объем воздуха, вдыхаемый в течение  одних суток = 5.16 м3/сутки

Объем, вдыхаемый за год = 5.16 м3/сутки x 365 суток/год

= 1883 м3/год

Действие 2: Рассчитайте объемную скорость газового потока, выбрасываемого из трубы V (м3с-1).

V = Скорость газового потока x Площадь поперечного сечения трубы  = 15 мс-1 x 0.7м2 = 10.5 м3с-1

Действие 3: Рассчитайте объем воздуха (м3), который выходит из трубы за один год .

10.5 м3с-1 x 60 сек x 60 мин x 24 час x 365 суток = 3.3 x 108 м3 год-1

Действие 4: Рассмотрите отдельно каждый из путей облучения

Поскольку граничная доза (0.1 мЗв) является суммарной величиной, складывающейся из доз, полученных  различными путями в связи с произведенным выбросов радиоактивных веществ, нам необходимо рассмотреть вклад в эту величину  от каждого из возможных путей.

−        Вклад в дозу облучения от поступления I-131 ингаляционным путем :

Pp x DFinh x Rinh,

где               Pp = доля времени, в течение которого ветер дует в направлении места, представляющего интерес. Для наших расчетов Pp можно принять равным  0.25.

DFinh = дозовый коэффициент перехода для ингаляции йода-131 (Зв Бк-1)

Rinh = скорость ингаляции  (м3 год-1)

 

Pp x DFing x Rinh = 0.25 x 7.2 x 10-8 x 1883

=  3.39 x 10-5 Зв Бк-1м3 год-1

Т.е. доза в год на единицу концентрации активности составляет
3.39 x 10-5 Зв.

−        Вклад в дозу облучения от поступления I-131 пероральным путем:

Pp x DFing x Hing

где               Pp = доля времени, в течение которого ветер дует в направлении места, представляющего интерес (безразмерная величина). Для наших расчетов Pp можно принять равным  0.25.

DFing = дозовый коэффициент перехода для перорального поступления йода-131  (Зв Бк-1)

Hing = годовое потребление  (кг год-1)

Для  данных расчетов можно предположить,  что критическая группа сосредоточена в точке выброса. Тогда пероральный путь поступления будет намного менее значимым по сравнению с ингаляционным. Если требуется детальный анализ, необходимы дополнительные сведения  о режимах питания, выращивании и производстве продуктов питания, домашних животных, способах ирригации направлении стоков дождевой воды.

−        Вклад, обусловленный нахождением в облаке воздуха, загрязненного I-131:

Pp x DFimm

где               Pp = доля времени, в течение которого ветер дует в направлении места, представляющего интерес. Для наших расчетов Pp можно принять равным  0.25.

DFimm = дозовый коэффициент перехода для внешнего облучения, вызванного нахождением в среде йода-131 (Зв год-1 на Бкм-3)

Pp x DFimm = 0.25 x 5.8 x 10-7

= 1.45 x 10-7 Зв год-1 на Бк м-3

т.е. годовая доза на единицу концентрации активности составляет 1.45 x 10-7 Зв.

Из сравнения вклада в суммарную годовую дозу доз от различных путей поступления можно видеть, что доза, внешнего облучения от нахождения в облаке выброшенного газа значительно ниже, чем доза,  получаемая от ингаляции.  Для нашего примера (но и только!) возможно принимать во внимание только ингаляционный путь поступления радионуклидов.

Действие 5: Определите А, подставив соответствующую граничную дозу.

где :                A   = максимальная активность (Бк)

V   = объемная скорость воздушного потока (м3 год-1)

!

Не забудьте, что в правой части уравнения значения приведены в Зв, поэтому значение граничной дозы перед вставкой надо перевести из мЗв в Зв.

Следовательно:

 

0.1 x 10-3 = 1.03 x 10-13 A

A = 9.73 x 108 Бк = 0.973 ГБк

Действие 6: Рассчитайте усредненный еженедельный предел выброса.

Усредненный еженедельный предел выброса равен:

0.973 ГБк : 52 недели = 18.7 MБк/неделя

Заключение:

Таким образом, в соответствии с этим простым сценарием еженедельный выброс через трубу в воздух 18,7 МБк газообразного
I-131 вызвало бы облучение младенцев дозой 0.1 mЗв в год.

Обратите внимание на то, что в соответствии со сценарием завод выбрасывает в воздух ТОЛЬКО йод-131. В реальной практике Вам придется рассчитывать выбросы, состоящие из нескольких радионуклидов, а пределы, указанные Регулирующим органом, будут установлены для ВСЕХ радионуклидов с учетом ВСЕХ путей облучения организма человека.