Korrelációs vizsgálatok a Paksi Atomerımő rekonstruált környezeti mérıállomásainak adatai alapján

Átírás

1 Korrelációs vizsgálato a Pasi Atomerımő reonstruált örnyezeti mérıállomásaina adatai alapán agy Ferenc Balázs 1, Deme Sándor 2, *Zagyvai Péter 2 1 diplomázó egyetemi hallgató, MTA EK, Budapest, 2 MTA EK Budapest *zagyvai.peter@energia.mta.hu Érezett Correlation studies for the data of the reconstructed environmental monitoring stations of the Pas uclear Power Plant Abstract One year period of data recorded by the environmental monitoring stations in the vicinity of the Pas uclear Power Plant were evaluated. Correlations were found between fluctuation of natural bacground radiation and weather parameters. This enables the development of a correction method reducing the standard deviation in the bacground estimation for gamma-radiation detectors of the stations. With this approach the dose rate of the natural environmental radiation can be distinguished from radiation due to stac emission of the power plan. Keywords: nuclear power plant, natural radiation, correlation study A muna céla a Pasi Atomerımő reonstruált örnyezeti sugárzás monitorozó mérıállomáso adataina feldolgozásával mutatni a háttérsugárzás ellegzetességeit, és enne során megvizsgálni a természetes eredető gamma-sugárzástól származó dózistelesítménye idıfüggéséne egymással való orrelációát. Korábbi mérése szerint ilyen orreláció fellép ugyan, de egy-egy adott mérési helyet ellemzı értéei ülönbözıe. A feladatun ilyen ellemzı értée meghatározása, illetve ezere az eredményere alapozva, a szélirányt is figyelembe véve, a létesítmény bocsátását a elenleginél érzéenyebben elzı módszer dolgozása. A mérıállomáso adatai özötti orrelációra alapozva el tudtu ülöníteni a dózistelesítmény természetes eredető részét a sztochasztius ingadozás és az esetleges erımői bocsátás együttes áruléától. Kulcsszava: atomerımő, természetes sugárzás, orrelációs vizsgálato Bevezetés A Pasi Atomerımő örnyezeténe sugárvédelmi ellenırzésére az erımő 2 m-es sugarú örnyezetében távmérı állomáso létesülte. Az 1980-as éveben még csa 8 mérıállomás volt, ezeen a mérıállomásoon a gamma-sugárzás dózistelesítményét GM-számláló mérté. Egy 1983-as özlemény [1] bemutatta, hogy a mérıállomáso természetes eredető hátteréne változása idıben azonos elleget mutat, a elzése orrelációát felhasználva az erımői eredető sugárzás érzéenyebben mutatható. A 2000-es éve eleén erült sor a örnyezeti mérırendszer teles reonstrucióára. Enne eretében a gamma-sugárzás dózistelesítményét mérı állomáso száma 20-ra emeledett, a GM csöve helyett BITT gyártmányú RS03 típusú proporcionális számlálóat szerelte fel. E detetoro méréstartománya 10 ngy/h 10 Gy/h. E özleményben ismertetü a elenleg használt detetorora és a 20 mérıállomásra vonatozó orrelációs vizsgálatoat. Az 1. ábrán látható az erımő örül a 20 mérıállomás elhelyezedése [2]. A gammasugárzás dózistelesítményét mind az A, mind a G elő állomáso méri, de a G állomásoon csa a gamma-dózistelesítmény mérés van, az A elő állomásoon szőréssel apott mintáal történı folyamatos légöri ativitásoncentráció mérés, valamint fall-out mintavétel is folyi

2 É A1 G11 A7 G1 A2 G10 A3 G2 G3 G9 A6 A8 G4 A5 G5 G6 A9 G7 G8 A4 1. ábra. A örnyezeti sugárzásmérı állomáso elhelyezedése. A oordinátarendszer özépponta az erımő ét ier-szellızıéménye özött fél távolságon van. A legözelebbi, A9-es állomás távolsága a özépponttól 900 m, a legtávolabbi, A1-es állomásé 1900 m. Az adatoat a Pasi Atomerımő Zrt-tıl aptu tudományos vizsgálato célára. Minden adatcsomag dátummal és idıbélyegzıvel van ellátva és 10 perces idıintervallumora vonatozi. Tartalma a szélirány és szélsebesség 20, 50 és 120 méter magasságban, illetve csapadé (az adott 10 percben lehullott csapadé mennyisége, mm-ben), valamint a örnyezeti dózistelesítmény. A 20 mérıállomás egy év alatt e 10 percenénti rögzítéssel együttesen 1 millió mérési adatot szolgáltat. Egyes adatsoro nem volta telese. Volta hiányzó adato, melye az átlago, összege, szóráso számításánál nem oozna problémát, volt azonban néhány eset, melynél a mérési eredménye szóró pontna tenthetıe. Ezenél az alábbi szabály szerint ártun el: a mért dózistelesítmény ellemzıen 70 nsv/óra volt, nsv/óra özötti tartományban. Az ettıl lényegesen eltérı mérési adatoat (3-4 esetben) egyenént megvizsgáltu. Ha az adat valódi mérési eredmény, elvárható lenne, aár erımői eredető, aár természetes dózistöbbletrıl legyen szó, hogy azt a szomszédos mérıállomás is elezze. Mivel egyi ilyen esetben sem fordult elı szignifiáns változás a többi 19 mérıállomás adatainál, ezeet a hibásna tenthetı adatoat figyelmen ívül hagytu. Így a 30 nsv/óra alatti, illetve a 200 nsv/óra feletti eredményeet hiányzóént ezeltü. A értéelı programot SAS nyelven észítettü el. A szórást a SAS program függvényével számoltu a övetezı összefüggés szerint:

3 ( x x) 1 2 STD x = i = 1 i (1) A Bessel-orreció ( helyett -1 szerepeltetése) nagy értéei miatt (50ezer örüli) elhanyagolható. A orrelációs mátrixot ugyancsa egy standard SAS elárás felhasználásával számítottu, Pearson-féle orrelációs együtthatóént. Enne vizsgálata a várt eredményt adta; átlagosan 0,73-as orrelációs együtthatót aptun ét állomás apcsolatára. Feltételeztü, hogy az egyes állomásoon mért eltérı dózistelesítménye oai a véletlen ingadozás (statisztius szórás), eltérı talasugárzás, a levegıben és a talafelszínen lévı radon leányeleme idıben és térben változó sugárzása és az esetleges erımői bocsátás (csa a szél irányában elentezi). A ozmius sugárzás hatása a mérıállomásoon azonosna tenthetı. Ezen meggondoláso alapán a orreláció igazolásána egy mási móda [1] alapán, hogy egyenént vizsgálu a mérıállomáso adataina éves szórását, illetve az állomáso adataina az adott idıintervallumhoz tartozó átlagára normált dózistelesítmény szórását, és amennyiben ez utóbbi szignifiánsan sebb, úgy elenthetü, hogy a ülönbözı pontoon mért dózistelesítménye ingadozásában elentezi összefüggés. A relatív dózistelesítményt a övetezıéppen értelmeztü: ', vagyis a -i állomás i idıpontban mért i / i dózistelesítményéne és az i idıpontban az állomáso által mért dózistelesítménye átlagána hányadosa. Jobb eredményt, tehát sebb szórást aphatun, ha a pillanatnyi háttér nagyságát a szélfelıli mérıállomáso átlagaént értelmezzü (azo a detetoro, amelye felé az atomerımő csóváát tereli a szél, szélmentie, ezeel ellentétes irányúaat, amelye felıl a szél fú, azoat szélfelıline nevezzü), amivel ' nevezıében csa a szélfelıli i / i állomáso szerepelne. Az így apott átlagértéel osztottu az egyes adatoat. Ezután szórást számoltun, mind az eredeti, mind a normált adatsorora. Az egyes mérıállomáso egész éves adatsorára végeztü el a számítást, vagyis meghatároztu, hogy mennyire ingadozi a mért érté, illetve a háttérhez viszonyított érté az év során. Az így apott eredményt tartalmazza az 1. táblázat. 1. táblázat. Az eredeti és a normált adato relatív szórása Átlag A1 A2 A3 A4 A5 A6 eredeti 4,63% 5,42% 5,24% 4,04% 4,22% 4,61% 4,87% normált 3,37% 3,51% 3,46% 3,76% 3,08% 4,20% 3,14% A7 A8 A9 G1 G2 G3 G4 eredeti 4,62% 4,13% 3,99% 5,53% 5,20% 4,92% 4,51% normált 2,64% 3,40% 3,38% 3,34% 2,78% 2,40% 3,54% G5 G6 G7 G8 G9 G10 G11 eredeti 4,20% 4,12% 3,87% 4,24% 4,60% 4,95% 5,29% normált 3,38% 3,33% 3,73% 3,36% 4,03% 3,38% 3,55% Az eredeti és a normált relatív szóráso özötti szignifiáns eltérés a mért dózistelesítménye orrelációára utal. Azt, hogy mennyire függne össze a mért adato, ól demonstrála a 2. ábra, mely december 30-án nulla óra és dél özött mért dózistelesítményeet mutata grafius formában. Ezen a napon hanalban elentıs mennyiségő csapadé esett, ami a légörben lévı radon leányeleme mosása révén dózistelesítmény többletet hozott létre, ez eredményezi az erımő ét lométeres sugarú

4 örnyezetében (vagyis minden mérıállomás esetén ugyanúgy) a orábbi dózistelesítményhez épest özel 50%-os növeedést. 2. ábra. A december 30-i esı hatására beövetezı dózistelesítmény változás az idı függvényében Jól megfigyelhetı, ahogy az egyes mérıállomáso elzéséne statisztius ingadozása (a BITT szonda egyszeres statisztius bizonytalansága 70 nsv/h esetén 2,2%) ugyan elentezi, de a mosás oozta csúcs mindegyi detetornál ugyanolyan mértéő, a statisztius ingadozásohoz épest lényegesen nagyobb növeményt elent. A fentieben ismertetett, a továbbiaban röviden normálásént említendı elárást alalmazva ez a szisztematius növeedés a váraozásna megfelelıen eltőni (3. ábra). Az ábráon az adott mérıállomáshoz tartozó adato azonos színnel vanna megelenítve, ezzel megönnyítve az összevetésüet. 3. ábra. A normált relatív dózistelesítmény az idı függvényében Ez azért fontos eredmény, mert ezzel a dózistelesítmény megnöveedésére alapozott hamis riasztáso elentıs hányadát meg tudu ülönböztetni a valóban erımői eredető bocsátásra utaló eletıl. Míg a természetes eredető többlet dózistelesítmény (csapadécsúcs)

5 ellemzıen mindegyi mérıállomást érinti és ez által az átlagura történı normálásor eltőni, az erımőbıl származó bocsátás a szélmenti és a széloldali állomáso adatai özött számottevı ülönbséget eredményezne. Összességében elenthetı, hogy az elmélet alapán a vártna megfelelıen az egyes mérıállomáso egymással összhangban mérne, és amennyiben nincs csa néhány mérıállomást érintı hatás, az ingadozásu orrelál. Enne elentısége abban áll, hogy megteremti a bocsátott szennyezıdés légöri teredéséne örnyezeti monitorozásához szüséges alapot, hiszen láttu, hogy az atomerımő üzemszerő mőödése során, az egyes pontoon mért dózistelesítmény orrelál, míg elentıs, a háttér 10%-os emeledését oozó erımői bocsátás esetén a szélfelıli és a szélmenti csoportoban mért dózistelesítménye átlagaina az aránya várhatóan 1-tıl szignifiánsan eltérne. Az egyes mérıállomáso által mért dózistelesítménye a vártna megfelelıen a sztochasztius ellegen felül a loális, temporális flutuáció miatt is elentıs szórással bírna. Fontos azonban, hogy az egészen s lengéseet is épese legyün felismerni, hiszen a megbízhatóság megöveteli a lehetı legsebb eltérés felismerését is. Az alábbi orreciós elárás 1 igyeszi üszöbölni a mért adato természetes eredető flutuációs ingadozását. Az elızıeben megfigyeltü és igazoltu, hogy a mérıállomáso orrelálna egymással, ezáltal mindegyi mérıállomásra számolható anna várható, a többi állomás által mért dózistelesítménye átlaga alapán alulálható eredménye, mely azoal ól orrelál. Enne és a mért atuális eredményne a ülönbsége a sztochasztius és a csa adott állomáson elentezı eltérés együttes hatásána tenthetı. Az így nyert orreciós tényezı segítségével egy soal stabilabb, simább eredményt apun. orr = = i i n / / ( n 1) ( n 1) + + = (2) Itt elöli a -di állomás által mért dózistelesítményt az i-di idıintervallumban, a -di állomás ellıen hosszú idıre vett (idı)átlagát (ez esetünben egy év). Képezzü eze hányadosaina ülönbségét a -i állomás hasonlóéppen apott viszonylagos mérési eredményével, mad átlagolu ezt (a feltétel mellett n állomás esetén (n-1) tagú lesz az összeg, ezért szerepel (n-1) a fenti épletben). Az így apott átlagolt ülönbséget értelmezhetü az -i állomás eltéréséne relatív értéeént, tehát beszorozva anna éves átlagával apu a ívánt, i-di idıintervallumra vonatozó orreciós tényezıt. Ezt összeadva a -i állomásnál az i-di idıintervallumban mért eredménnyel, megapu anna a többi állomással orreláló, az idıszaos, természetes eredető eltérésetıl megtisztított becsült értéét. A fenti levezetésbıl látható, hogy az egyes állomásohoz így rendelt orrigált dózistelesítmény független lesz anna pillanatnyi mérési értéétıl, ám függeni fog az összes többi állomásétól. Ugyanaor az adott állomás eredménye sem vész el, mert minden mási állomás feezésében elentezni fog. A 2. táblázat ada meg a szórást az így apott orrigált eredményeel: 1 A orreciós fatort [1] alapán vezetü be, az ott özölt gondolatmenetbıl indulva

6 2. táblázat. A orrigált adato szórása Átlag A1 A2 A3 A4 A5 A6 eredeti 3,91% 4,06% 4,15% 4,12% 3,55% 3,73% 4,04% normált 2,11% 2,08% 2,21% 2,75% 1,65% 3,01% 2,16% A7 A8 A9 G1 G2 G3 G4 eredeti 4,16% 3,67% 3,59% 4,13% 4,18% 4,22% 3,81% normált 1,48% 1,77% 2,37% 1,86% 0,97% 1,15% 2,74% G5 G6 G7 G8 G9 G10 G11 eredeti 3,70% 3,65% 3,56% 3,66% 4,03% 4,13% 4,14% normált 2,51% 2,46% 2,41% 1,29% 2,68% 2,41% 2,22% A orábban apott 4,63%-os szórás és a hozzá tartozó 3,37%-os szélfelıli normált szóráso 3,91% illetve 2,11%-ra csöenne, ami megbízhatóbb adatoat elent. Ezt ól szemlélteti 4. ábra. 4. ábra A orreciós elárás hatása. Az A1 állomás által rögzített adat (piros görbe), a fenti elárás által számolt háttér (é görbe) és a csapadé összegzett mennyisége (zöld görbe a obb oldali tengelyen) az idı függvényében Jól látszi, hogy az adott állomás mért adatainál mennyivel simább a orrigált eredmény. A csapadé hatására hulló radon leányelem ativitás (dózistelesítmény növemény) mindét esetben szembetőnı. A csúcs intenzitásána csöenése a mosott radon leányeleme bomlásána övetezménye Fontos megemlíteni, hogy mivel itt már minden adat a saát éves átlagával, vagyis ó özelítéssel az adott helyszínen mérhetı háttér nagyságával van normálva, az elárás felolda a tala, illetve növénytaaró ülönbözı áruléából adódó eltérése miatt fellépı ülönbséget a mérési adato özött. Tehát míg az egyi állomás 70 nsv/h-t mér átlagosan háttérne, a mási pedig 80 nsv/h-t, (saát éves átlagura) normált eredményént mindettı

7 1-et ad, és így az önmaguhoz mért ingadozásual számolhatun, nem pedig az eltérı örnyezeti hatásoal terhelt értéeel. Az utóbb leírt módszerrel számítható az adott mérıállomás által mért háttér értée. Ebbe a háttérbe beletartozi mindanna a hatása, ami az erımő tágabb örnyezetében általánosan tapasztalható, tehát mind a napi ingadozás, mind az egész területet érintı hatáso (pl. csapadé). Az ettıl eltérı rész, orr orr i K = = n ( n ) / 1 (3) már csupán a loális (egy vagy legfelebb néhány mérıállomást érintı) hatásoat, és a sztochasztius ingadozást (a számlálás statisztius hibáát) tartalmazzá. Értée ellemzıen 0-hoz igen özeli, a húsz állomás éves átlagaina átlaga 0,003 nsv/h, melyene abszolút értéénél minden esetben nagyobb a hozzáu tartozó szórás. Ez meg is felel azon elvárásunna, hogy az átlagtól való eltérése összege nullát adon, egzatul nullát azonban mégsem eredményez, hiszen az adathibá miatt nem minden esetben állta rendelezésre mind a 20 állomás adatai. Ez a nulla özeli érté mégis so lehetıséget ret magában. Érzéenyen mutata ugyanis az összes loális hatást, melyebe beletartozi a reatorból származó, levegıben teredı szennyezıdés, vagyis a reatoro esetleges radioatív bocsátása. A orreciós fator abszolút értében 3-nál ritán nagyobb, az abszolút értééne éves átlaga 1,25-1,7 nsv/h özötti. Enne révén az adato részletes vizsgálataor mind az esı, mind a zivataro igen önnyen mutathatóa volta, ezt a 3 nsv/h limitet alalmazva. Az 5. ábrán látható egy sebb zivatar hatása, amely csa néhány állomást érint. Az ábrán az állandó érté örül ingadozó görbé és a mosás miatti hatást övetı görbé vegyesen szerepelne. 5. ábra. Dózistelesítmény az idı függvényében máus 14-én, amior az esı csa néhány mérıállomásnál esett A 6. ábrán a megfelelı idıtartamra számolt orreciós fatoro szerepelne, mind az esemény elıtt, mind utána 0 örül ingadozna, ám az esı hatására erısen, ól észrevehetıen térne pozitív és negatív irányoba. Ez azért van, mert a orreciós fator a mérıállomáso átlagához igyeszi húzni minden értéet. Így ahol a mosás többletdózist eredményezett, ott

8 a hatás negatív, ahol ez a hatás nincs elen, ott pozitív. Az 5. és 6. ábráon az adott mérıállomáshoz tartozó adato itt is azonos színnel vanna megelenítve. 6. ábra A orreciós fatoro lengése elzi az eseményt Korreciós fator az idı függvényében Mivel a vizsgált idıszaban nem volt az atomerımőne a örnyezetben legalább 10 nsv/h dózistelesítmény eredményezı bocsátása, így nem tudu anna detetálását ábrával szemléltetni. Még pontosabb eredményt aphatun, ha választu a szélmenti detetoro teredési modellbıl számolt érintett hányadát, és a háttér számolásához is evesebb mérıállomást veszün figyelembe. Így ugyan valamelyest nagyobb lesz a za, de alalmasabb lesz nem erımői eredető hatás üszöbölésére. A bemutatott értéelése alapán nyilvánvaló, hogy az erımőbıl származó radioatív bocsátásra vonatozó mutatási érzéenység soal edvezıbb, mintha pusztán a növemény nagyságát vizsgálnán. Az elárás elınye, hogy automatizálható, így a húsz mérıállomás összevetése a meteorológiai adatoal gyorsan elvégezhetı, megbízható monitorozó rendszert eredményez, lehetıvé téve a figyelmeztetı dózistelesítmény szint sebbre választását. Fontos, hogy a orreció utáni szintemeledés valóban erımői eredető sugárterhelést elent, így az egyszerő szintfigyelésnél obb ellenırzı és figyelmeztetı rendszert elentene a laosság terheléséne monitorozásánál. A módszer használható egy-egy erımői bocsátás örnyezeti hatásána utólagos elemzésére is. HIVATKOZÁSOK [1] S. Deme, I. Fehér, E. Láng, J. Rónay : GM-counters for continuous environmental monitoring at the Pas uclear Power Station. XI Regional Congress of IRPA, 1983, Vienna [2] Csurgai J., Deme S., Dombovári P., Ferenczi Z., Kantavári A., Máté K., Solymosi J., Szántó A. A nuleáris balesete esetén hazánban használt légöri teredés- és dózisszámító szoftvere összehasonlítása. 4. Mellélet. OAH/BI-ABA-27/11 Tanulmány, 2011, Budapest