Bioszféra modellezés. Juhász László, OSSKI Budapest, 2013. 09.17

Bioszféra modellezés Juhász László, OSSKI Budapest, 2013. 09.17

Bioszféra modellezés iránya Bioszféra modellezés: lehetséges sugárterhelések előállítása környezeti transzport útvonalak és besugárzási útvonalak Radionuklidok kijutásából dózis vagy kockázat becslés egyénekre és lakosságra Összehasonlítható adatok: a szabályozási előírásokhoz és környezeti mérésekhez Demonstrálás : dózis és a kockázat hatósági előírás alattiak Konzervatív / reális feltételezések

Modellek Modellek használata Modellek lehetnek: egyszerű, általános, nagyon összetett, hely specifikus, determinisztikus, sztochasztikus Nemzetközi ajánlásokon alapuló Neves cégek fejlesztései (AMBER, RESRAD, GoldSim,...) Saját fejlesztés konkrét esetekhez

Modellek elkészítése Bioszféra modellezés: lépésről lépésre felépített becslési módszer Metodológia: logikus és védhető becslések, megfelel a tervezett célnak Referens bioszféra példák használata

Ajánlott bioszféra metodológia Becslési kontextus meghatározása Beazonosítás és igazolás bioszféra rendszernek Bioszféra rendszer leírása Lehetséges besugárzási csoportok megvizsgálása Modell fejlesztés

Becslési kontextus Mit akarunk becsülni Miért akarjuk azt becsülni Bioszféra komponenseinek szerep és forma definiálása Cél: Demonstrálni a megfelelést a hatósági elvárásoknak Lakosság, politikai-, tudományos körök bizalom elősegítése Útmutatás kutatásokhoz Útmutatás telephely kiválasztáshoz

Becslési kontextus Becslés végpontjai: Dózis/kockázat (egyéni, kollektív) Radionuklid aktivitáskoncentrációk Élővilág sugárterhelés Áramlási fluxusok Telephely oda-visszahatás: Kiválasztás elvei Térbeli kiterjedés, topográfia, klíma, talajtípus, fauna, flóra, felszíni vizek, vízbázisok,..

Becslési kontextus Becslési időtartam Bioszféra változások: klíma, telephely, társadalmi (gazdálkodás,..) Becslési filozófia: konzervatív becslés, legnagyobb dózis,.. Pontos radionuklid leltár Határfelületek (kutak, források, tavak,.. Üzemelési, lezárás utáni becslés

Bioszféra rendszer Kezdeti bioszféra fő komponenseinek kiválasztása: klíma, atmoszféra (száraz, mérsékelt, hideg,.), litoszféra (kőzet, talaj típusok,..), topográfia (felföld, mélyföld, sík,.), víztestek (tavak, tározók,..), élővilág, emberi tevékenységek FEP listával megfeleltetés Feltevések az emberi közösségek viselkedésére: kritikus csoport kiválasztása (lakóhely, táplálkozás, életvitel, munkavitel, szociális helyzet,..), több kritikus csoport (több kor, hipotetikus,..)

Metamatikai - transzport folyamatok matematikai megfogalmazása - tapasztalati, kísérleti megalapozás - bemenő adatok, paraméterek kezelése - elérhető adatok terjedelme, milyensége Bioszféra modell fejlesztés Koncepciós - számításba venni a FEP listát - komponensek azonosítása (atmoszféra, talaj, termények, állatok, ) - kölcsönhatások megszerkesztése (útvonalak, tápláléklánc, besugárzások,..) - hipotetikus, reális, normál fejlődés forgatókönyv -alternatív modellek (elágazás), kulcs elemekre modellek (H-3, C-14, Cl-136, I-129,..) - jelen/jövő figyelembe vétel

Útvonalak

1 2 3 4 1 Erdőség Szél (aeroszol, párolgás) Szél (aeroszol, párolgás) Szél (aeroszol, párolgás) Talajvíz, felszíni víz (lefolyás) Talajvíz, felszíni víz (lefolyás) Talajvíz, felszíni víz (lefolyás) Kölcsönhatási mátrix Talaj (talajkeveredés) Hamu használat (trágyázás) Állatok trágyájának használata (trágyázás) Szerves bomlástermékek Talaj (talajkeveredés) Hamu kiülepedés (égetés) Szerves bomlástermékek Állati táplálékok Talaj (talajkeveredés) Hamu kiülepedés (égetés) 2 Szél (aeroszol, párolgás) Hamu kiülepedés (égetés) Fatermékek használata Termőterület Szél (aeroszol, párolgás) Talajvíz, felszíni víz (lefolyás) Szél (aeroszol, párolgás) Talajvíz, felszíni víz (lefolyás) Talaj (talajkeveredés) Talaj (talajkeveredés) Hamu kiülepedés (égetés) Hamu kiülepedés (égetés) Szerves bomlástermékek Szerves bomlástermékek 3 Szél (aeroszol, párolgás) Hamu kiülepedés (égetés) Szél (aeroszol, párolgás) Hamu kiülepedés (égetés) Állati táplálékok Füves terület Szél (aeroszol, párolgás) Talajvíz, felszíni víz (lefolyás) Házi állatok, állatok trágyája Állatok trágyájának használata Talaj (talajkeveredés) Hamu kiülepedés (égetés) Szerves bomlástermékek 4 Szél (aeroszol, párolgás, permet) Víz (állatok itatása) Áradás Szél (aeroszol, párolgás, permet) Talajvíz (befolyás) Szediment (kotrásból) Víz (állatok itatása) Öntözés Áradás Szél (aeroszol, párolgás, permet) Talajvíz (befolyás) Szediment (kotrásból) Víz (állatok itatása) Öntözés Áradás Folyó, tó Budapest, 2013. május 23.

Referens bioszféra modellek - nemzetközi szervezetek (IAEA, EU, OECD..) támogatásával példa modellek - kiindulási pontként lehet használni - általános és hely specifikus becslés keverése hosszú távra - BIOMASS referens modellek

Modell bizonytalanságok - megfelelő modell választás adott folyamatra - közelítések, feltevések a modell fejlesztésnél - bemenő adatok megfelelősége - bizonytalanság a használt paraméter értékekben

Paraméter bizonytalanságok : - mérési hibák - bizonyos paraméterek sztochasztikus természete - különbségek a labor és in-field mérési adatokban - paramétereket nem ellenőrizték mérésekkel - nagy térbeli és időbeli változás a paraméter értékekben - hiányos megfigyelési adatok egyes paraméterekre - korrelációs hibák a paraméterek között - nem a becslési kontextus feltételeinek megfelelő értékek használata - alkalmazhatósági határon túli értékek használata - modell készítői hibák ( rossz paraméter meghatározás)

Modellezési problémák - paraméter bizonytalanság tovaterjedése - bizonyos esetekben nehéz beazonosítani a bizonytalanság forrását - formulák, paraméterek ellenőrzése kísérleten és feltevéseken alapuló értékekre - 95% konfidencia szint se ad mindig egyezést a megfigyeléssel - komplex modell használata nem mindig jó megoldás, egyszerűsítések célszerűek (compartment modell használat) - több nagyságrendi eltérések

Adatok Általános / hely specifikus adatok - sugárterhelés becslésnél megbízhatóbbak a telephely specifikus adatok a radionuklidok fizikai, kémiai formáinak helyi környezeti, biológiai viselkedéseire - adatok és tapasztalat hiánya vagy pénz és technikai korlátok miatt általános paraméterek használata - hely specifikus adat hiánynál nehéz eldönteni milyen paraméter értékeket használjunk

Nemzetközi projektek VAMP, Validation of Model Predictions, 1988-1996 BIOMOVS, -II, Biospheric Model Validation Study, 1985-1996 BIOMASS, BIOsphere Modelling and ASSessment, 1996-2001 EMRAS, Environmental Modeling for Radiation Safety, 2003-2007 EMRAS II, (2009 2011) BIOCLIM, Biosphere Systems under Climate Change, 2000-2003 BIOPROTA, Forum, 2002- BioMoSA, Biosphere Models for Safety Assessment DeSa, FaSa FASSET, EPIC, ERICA,PROTECT projektek

Projektek célja - modellek, metodikák tökéletesítése tesztekkel, összehasonlításokkal - egyezség modellezés filozófiában, megközelítésekben paraméter értékekben - bizonytalanságok csökkentése modellekben - adatállomány fejlesztés - radionuklid (RN) transzfer becslések tökéletesítése, újak létesítése - modell tesztek, teszt forgatókönyvek kidolgozása alapvető esetekben

Projekt eredmények EMRAS: - K d értékek pontosítása, bizonytalanságok csökkentése ( < 60 radionuklid, sok RN hiányzik, talajtípus, ph, ásványi tartalom,..) - talaj-növény transzfer faktorok pontosítása fizikai-kémiai jellemzőkre: - könnyű elemek (H-3, C-14, K-40); - természetes RN (U-238, Th-232, Ra-226, Po-210, Pb-210); - transzurán elemek (Am, Cm, Pu, Np); - hasadási RN (Sr-89,90; Cs-134,137; I-29,131;,Y- 91, Zr-95, Nb-95, Ru-103,106, Ce-141,144) - aktivációs RN (Cr-51, Mn-54, Fe-55,59, Co-60, Zn-65, Cd-115) TRS-472, IAEA-TECDOC-1616

Projekt eredmények VAMP: - reszuszpenzió szárazföldi területekről - szezonalítás táplálékláncban és RN transzfernél - élelem feldolgozás veszteségei - interszepció növényeknél - transzfer folyamat félig természetes területeken BIOPROTA: egyedi modellezés: - Se-79, I-131, Cl-36, Ra-226 - U-238 leányelemeire nem egyensúlyi esetre - C-14

Transzfer faktoros modellek - különböző közeg elemeket (kompartmentek) használ a környezet egy részére - RN belép a kompartmentbe, azonnal elkeveredik, azonos koncentráció - kompartmentek között a RN különböző folyamatok révén mozog - nem részletezik a folyamatokat - transzfer faktorokat használ (mérések, kísérletek,..) aktivitás változásra

Kompartmentek transzferei

Dózis meghatározás Főbb paraméter igényei: - kompartmentek jellemzői (méret, porozitás, sűrűség,..) - vízi környezet (áramlás, leülepedés,.. - szárazföldi környezet (termelés, öntözés, - ember, élővilág (lenyelés, légzés, táplálkozás,..) - RN K d tényzők - RN transzfer faktorok - RN dózis konverziós tényezők (leányelemek)

Normál üzemi, normáltól eltérő, lezárás utáni Kibocsátási mód : vízi, légköri, direkt, szórt sugárzás Főbb besugárzási útvonalak: Kibocsátás-besugárzás - termények fogyasztása: szennyezett talajvízzel / szennyezett kútvízzel öntözött területről -hús, hústermékek, tej fogyasztása: az állatok kibocsátási területen / szennyezett felszíni / kútvízzel öntözött területen legeltek - hal fogyasztás: szennyezett felszíni vizekből - talaj lenyelés: szennyezett élelem révén - por belégzés - külső sugárzás szennyezett területről

Besugárzások

NRHT modellezés kérdései - új szabályozások, ajánlások - realisztikusabb bioszféra rendszer becslés - modell kiválasztás, tesztelés, bizonytalanságok csökkentése - kibocsátások - kompartmentek, transzport utak növelése, évszakos változás - termelési értékek, fogyasztási mértékek, helyi adatok - újabb paraméter értékek - kritikus csoport - tartózkodási idő - paraméterek: irodalmi, telephelyi, becsült - tanulmány készítés

Köszönöm a figyelmet!

Üzemi légköri kibocsátás Számított dózisok tűzesetekre: bemerülési gamma-dózis talajfelszíni gamma-dózis reszuszpenzióból származó gamma-dózis bemerülési béta-dózis (bőrdózis) inhalációból származó dózis reszuszpenzióból származó inhalációs dózis élelmiszer fogyasztásból származó lenyelési dózis Adatok: IAEA Safety Series No 57, IAEA Safety Report Series No. 19, IAEA Safety Series No. 115, FZK GSF 12/90, KSH

Üzemi légköri kibocsátás Radionuklidok fizikai-kémiai formái: -aeroszol: Cl-36, Ca-41, Fe-55, Ni-59, Ni-63, Co-60, Zn- 65,Sr-90, Tc-99, Ru-106, Sb-125, Cs-134, Cs-137, Ce- 144, Pb-210, Ra-226, Ac-227, Ra-228, Th-228, Th-229, Th-230, Th-232, Pa-231, U-233, U-234, U-235, U-236, Np-237, Pu-238, Pu-239, Pu-240, Am-241, Cm-242, Cm- 244 -vízgőz: H-3 -szén-dioxid és organikus szén (két forma): C-14 -aeroszol, elemi és organikus jód (három forma): I-129 -gáz: Rn-222

Besugárzási útvonalak: Üzemi vízi kibocsátás - külső sugárterhelés szennyezett víztömegektől elszennyeződött folyóparttól öntözött talajtól - belső sugárterhelés ivóvíz hal öntözött növények itatás, öntözés miatt elszennyeződött állati eredetű élelmiszerek fogyasztása (1 Bq/l aktivitáskoncentráció)

Üzemi vízi kibocsátás Besugárzási útvonalak: légköri kibocsátás: depozíció a Zsibrik-tó felszínére (összes besugárzási útvonal), vízi kibocsátás: Hutai-patak állatok itatása, öntözés, fürdés, vízi kibocsátás: Hutai-patak ásott kút ivóvíz.

Adatok: IAEA Safety Report Series No. 19, IAEA Safety Series No. 115, IAEA Technical Reports Series No. 472, IAEA General Safety Requirements Part 3, US Federal Guidance Report No. 12, KSH, helyi felmérés Üzemi vízi kibocsátás Számításokhoz használt paraméterek: átviteli tényezők (koncentráció faktorok) életmód jellemzők (környezethasznosítás) ivóvíz- és élelmiszer-fogyasztási adatok külső sugárzások dóziskonverziós tényezői lenyelési dózistényezők

Kritikus csoport ICRP Publication 60 : A csoportokat úgy kell megválasztani, hogy a kérdéses forrásból származó legnagyobb sugárterhelést kapott egyénekre legyenek jellemzőek. A csoportoknak az adott forrástól származó dózist meghatározó jellemzők tekintetében ésszerűen homogénnek kell lenniük. Ha ez teljesül, akkor az egyénre vonatkozó megszorításokat a kritikus csoport átlagára kell alkalmazni. Magától értetődik, hogy a kritikus csoport egyes tagjai a csoport átlagánál nagyobb, illetve kisebb dózisokat kapnak. ICRP Publication 101: a lakosság sugárvédelme céljából egy olyan személyt kell meghatározni, akinek a dózisa a legnagyobb sugárterhelést kapott egyénekre jellemző. Az így meghatározott személy az ún. jellemző (reprezentatív) személy, amely fogalmilag megegyezik a korábbi ICRP ajánlásokban szereplő kritikus csoport -tal, és helyettesíti azt. Legfontosabb változás a kritikus lakossági csoport helyett a reprezentatív személy fogalom bevezetése jelenti.

FEP 1.05 A biztonsági értékelés végpontjai 1.05.01 Éves egyéni effektív dózis 1.05.02 Éves egyéni kockázat 1.05.03 Radioizotóp koncentráció a környezetben 1.05.04 Fluxusok a kompartmentek határán 1.05.05 A bióta sugárterhelése 2.0A Bioszféra 2.0A.03 Besugárzási tényezők, jellemzők 2.0A.03.01 Ivóvízben, élelmiszerekben lévő szennyezőanyag koncentrációk 2.0A.03.02 Szennyező anyagok koncentrációja környezeti közegekben 2.0A.03.03 Besugárzási módok, dozimetria 2.0A.03.03.01 Lenyelés (belső besugárzás) italból vagy ételből 2.0A.03.03.02 Inhaláció (belső besugárzás) -- belélegzés 2.0A.03.03.03 Külső besugárzás mint a direkt besugárzás egy eredménye 2.0A.03.03.04 Sugárdózisok

Bioszféra kölcsönhatás talaj felszíni és felszín alatti vizek flóra és fauna kritikus célcsoport atmoszféra

talaj szediment bioakkumuláció; advektív transzport; lenyelés; tápanyagfelvétel; bioakkumuláció; advektív transzport; lenyelés; tápanyagfelvétel; kiporzás vízháztartás; öntözés felszíni és felszín alatti vizek vízháztartás; vízfogyasztás vízhasználat; vízfogyasztás párolgás talajképződés; bioakkumuláció; vízháztartás flóra és fauna tápanyagfelvétel; bioakkumuláció; klímaváltozás talajszennyezés; mezőgazdaság; eróziós viszonyok megváltoztatása vízszennyezés; hidrológiai rsz. megváltoztatása; vízkezelés bioakkumuláció; állattenyésztés és növénytermelés; felhalmozás kritikus célcsoport klímaváltozás csapadék (beszivárgás); erózió; lerakódás csapadék (beszivárgás); felszíni lefolyás belégzés; csapadék (besugárzás) belégzés atmoszféra

Forgatókönyv Normál fejlődéstörténet Alternatív feltételezések: - éghajlatváltozás és közvetett hatásai, - tároló közelében húzódó (nem azonosított) jó vízvezető réteg, - tároló fejlődése során keletkező, a tárolót harántoló repedés, - tároló hibás vagy meghibásodó tömedékelésének következményei, - emberi behatolás a tárolótérbe, - nukleáris kritikusság.

Főbb növényi RN mozgások: Virágfelvétel Szél lehordás Légköri kiülepedés Nedves kiülepedés Transzlokáció Levélfelvétel Csapadék lemosódás Párolgás Reszuszpenzió Gyökérfelvétel