Názov projektu:
Podmienené uvoľňovanie materiálov z vyraďovania
jadrových zariadení
Skratka projektu:
Conrelmat
Druh projektu:
Projekt aplikovaného výskumu
Číslo projektu:
1248/2009
Riešiteľ:
DECOM, a.s., Trnava
Spoluriešiteľ:
Fakulta elektrotechniky
a informatiky STU v Bratislave
Doba riešenia
12/2009 – 11/2012
Vytvorenie/udržanie pracovných miest vo výskume a vývoji:
Vytvorenie troch nových
pracovných miest
Etapy:
Etapa 1: Rešerš, metodika,
scenáre riešenia, vstupné údaje
Etapa 2: Scenáre pre kovové materiály
Etapa 3: Scenáre pre nekovové materiály
Etapa 4: Systematická knižnica scenárov a údajov
Zodpovedný riešiteľ:
Ing. Vladimír Daniška, PhD.
Hlavný cieľ projektu:
Všeobecná charakteristika vyraďovania jadrových zariadení vo väzbe na možnosti opätovného používania materiálov z vyraďovania
Vyraďovanie jadrových zariadení z prevádzky je významnou časťou životného cyklu jadrových zariadení. Ide o technicky, finančne a organizačne veľmi náročný proces, ktorý trvá cca 20-50 rokov, v závislosti od prijatého variantu vyraďovania, od veľkosti jadrového zariadenia a od udalostí v prevádzke jadrového zariadenia s vplyvom na vyraďovanie.
Pri vyraďovaní jadrových zariadení vzniká veľké množstvo rádioaktívnych, konvenčných a nebezpečných odpadov, ktoré je treba bezpečným spôsobom spracovať, upraviť a uložiť vo finálnych úložiskách rádioaktívnych odpadov, na úložiskách nebezpečných odpadov alebo uvoľniť do životného prostredia. Materiály neobmedzene uvoľnené do životného prostredia podľa príslušnej legislatívy je možné opätovne použiť bez obmedzenia.
Významná časť potenciálne použiteľných materiálov z vyraďovania sa z hľadiska ich rádioaktivity nachádza v oblasti blízko limitu pre ich neobmedzené uvoľnenie do životného prostredia. Z hľadiska platnej legislatívy ich nie je možné neobmedzene uvoľniť do životného prostredia a musia sa uložiť vo finálnych úložiskách rádioaktívnych odpadov. Jeden z významných trendov v oblasti vyraďovania je
podmienené uvoľnenie materiálov z vyraďovania jadrových zariadení JZ, čo znamená opätovné použitie týchto materiálov (napr. pretavených ocelí, recyklovaných betónov a pod.) v takých konštrukciách, v ktorých je zaručené, že vlastnosti týchto konštrukcii sa dlhodobo nezmenia v rámci plánovanej doby ich využívania (cca 50 – 100 rokov). Príklady takýchto objektov sú tunely, mostné a cestné
konštrukcie, železničné konštrukcie a iné priemyselné konštrukcie. Za týchto podmienok dlhodobého zachovania projektovaných vlastností uvedených konštrukcií je možné analyzovať vplyv podmienene uvoľnených materiálov, použitých v takýchto konštrukciách, na obyvateľstvo a na životné prostredie, pri rešpektovaní všeobecných zásad odporúčaných medzinárodnými organizáciami pre túto oblasť.
Spracovanie a finálne ukladanie rádioaktívnych odpadov je finančne náročné a uvedená časť materiálov, ktorá sa nachádza v blízkosti limitu pre nepodmienené uvoľnenie do životného prostredia, môže význame ovplyvniť celkové náklady na vyraďovanie. V Slovenskej republike, vzhľadom na vyraďovanie jadrovej elektrárne A1 a na pripravované vyraďovanie jadrovej elektrárne V1, je toto aktuálna téma.
Metodika pre oblasť podmieneného uvoľňovania materiálov z vyraďovania jadrových zariadení bola prezentovaná a diskutovaná v dokumentoch medzinárodných organizácii ako je Medzinárodná agentúra pre atómovú energiu so sídlom vo Viedni, OECD/NEA, Európska komisia, vládne organizácie pre jadrovú energetiku v USA a ďalšie. Navrhovaný projekt je implementácia odporúčanej metodiky vo forme detailného analytického prístupu s cieľom vytvoriť nové konkrétne poznatky, ktoré bude možné použiť pri návrhu projektov priemyselných aplikácii s využitím podmienene uvoľnených materiálov z vyraďovania jadrových zariadení.
Doterajšie skúsenosti riešiteľa v predmetnej oblasti
Projekt je založený na doterajších skúsenostiach DECOM, a.s. v oblasti stanovovania a optimalizácie parametrov vyraďovania jadrových zariadení z prevádzky, nakladania s rádioaktívnymi odpadmi, vyhoretým jadrovým palivom na Slovensku a v zahraničí Európe a v celosvetovom meradle. DECOM, a.s. je zapojený do medzinárodných projektov Európskej Komisie, MAAE a OECD/NEA, pracovníci DECOM, a.s. sa zúčastňujú expertných misií MAAE. Na pracovisku bol vyvinutý pokročilý výpočtový prostriedok OMEGA so softvérovým riešením pre stanovovanie a optimalizáciu parametrov vyraďovania jadrových zariadení z prevádzky, boli vypracované kľúčové dokumenty pre vyraďovanie jadrových zariadení z prevádzky a dokumenty pre nakladanie s rádioaktívnymi odpadmi a s vyhoretým jadrovým palivom na Slovensku, niektoré dokumenty aj pre Maďarsko a Českú republiku. Výpočtový prostriedok OMEGA spolu s inventárnymi databázami jadrových zariadení bude použitý v riešení projektu.
Hlavné ciele projektu
Projekt rieši návrh, výskum a vývoj modelových scenárov spolu s príslušnými rádiologickými a ďalšími parametrami pre opätovné použitie podmienene uvoľnených materiálov z vyraďovania jadrových zariadení z prevádzky. Tieto materiály budú použité v stavebných, dopravných a iných priemyselných konštrukciách s dlhodobým určením. V modelových scenároch bude analyzovaný vplyv na personál, ktorý realizuje navrhované scenáre a vplyv na obyvateľstvo vyplývajúci z dlhodobého cieľového umiestnenia podmienene uvoľnených materiálov.
Pri tvorbe scenárov použitia podmienene uvoľnených materiálov v analyzovaných typoch konštrukcií budú brané do úvahy rôzne druhy kovových materiálov a recyklovaných stavebných materiálov z vyraďovania jadrových zariadení z prevádzky a rôzne rádionuklidové zloženia pre jednotlivé druhy materiálov.
Produktom systematickej analýzy bude súbor modelových scenárov a parametrov scenárov, ktoré súvisia so spôsobom zabudovania podmienene uvoľnených materiálov do analyzovaných konštrukcií a rádiologických parametrov podmienene uvoľnených materiálov, ktoré bude možné použiť pri návrhu konkrétnych realizačných projektov s takýmito materiálmi.
Popis čiastkových cieľov projektu podľa etáp:
Etapa 1:
Rešerš súčasnej situácie v oblasti podmieneného uvoľňovania materiálov, vypracovanie metodiky pre systematickú analýzu, vypracovanie rozsahu scenárov pre modelovanie podmienene uvoľnených materiálov, identifikácia vstupných údajov pre modely
Etapa 2:
Pre každý scenár s kovovými materiálmi: výpočet zdrojových členov materiálov, vypracovanie detailného postupu pre dosiahnutie cieľového stavu pre daný scenár, modelovanie čiastkových činností pre dosiahnutie cieľového stavu, modelovanie cieľového stavu pre použitie podmienene uvoľnených kovových materiálov, výpočet parametrov ožiarenia personálu, ktorý vykonáva navrhované činnosti a výpočet parametrov ožiarenia obyvateľstva
Etapa 3:
Pre každý scenár s nekovovými materiálmi: výpočet zdrojových členov materiálov, vypracovanie detailného postupu pre dosiahnutie cieľového stavu pre daný scenár, modelovanie čiastkových činností pre dosiahnutie cieľového stavu, modelovanie cieľového stavu pre
použitie podmienene uvoľnených nekovových materiálov, výpočet parametrov ožiarenia personálu, ktorý vykonáva navrhované činnosti a výpočet parametrov ožiarenia obyvateľstva
Etapa 4:
Zostava systematickej knižnice scenárov s údajmi o zdrojových členoch, o činnostiach vedúcich k dosiahnutiu cieľového stavu, údajmi o cieľovom stave počas doby trvania scenára a po ukončení scenára. Vypracovanie postupu pre implementáciu vytvorených údajov výskumu a vývoja v konkrétnych aplikáciách.
Financie:
|
Náklady projektu, [€] |
Celkovo |
2009 |
2010 |
2011 |
2112 |
|
Bežné náklady spolu |
1 240 228 |
62 380 |
397 828 |
396 624 |
383 396 |
|
Kapitálové výdavky |
49 000 |
0 |
49 000 |
0 |
0 |
|
Požadovaná výška dotácie pre projekt |
1 289 228 |
62 380 |
446 828 |
396 624 |
383 396 |
|
Výška vlastných prostriedkov žiadateľa |
342 000 |
16 000 |
115 000 |
105 000 |
106 000 |
|
Podiel vlastných prostriedkov [%] |
|
20,4 |
20,5 |
20,9 |
21,7 |
|
Sumárny rozpočet projektu |
1 631 228 |
78 380 |
561 828 |
501 624 |
489 396 |
Rozdelenie financií medzi hlavného riešiteľa a spoluriešiteľa:
|
Náklady projektu – riešiteľ, [€] |
Celkovo |
2009 |
2010 |
2011 |
2112 |
|
Bežné náklady spolu |
980 422 |
58 766 |
312 833 |
310 423 |
298 400 |
|
Kapitálové výdavky |
33 000 |
0 |
33 000 |
0 |
0 |
|
Požadovaná výška dotácie pre projekt |
1 013 422 |
58 766 |
345 833 |
310 423 |
298 400 |
|
Výška vlastných prostriedkov žiadateľa |
342 000 |
16 000 |
115 000 |
105 000 |
106 000 |
|
Sumárny rozpočet riešiteľa |
1 355 422 |
74 766 |
460 833 |
415 423 |
404 400 |
|
Náklady projektu – spoluriešiteľ, [€] |
Celkovo |
2009 |
2010 |
2011 |
2112 |
|
Bežné náklady spolu |
259 806 |
3 614 |
84 995 |
86 201 |
84 996 |
|
Kapitálové výdavky |
16 000 |
|
16 000 |
|
|
|
Požadovaná výška dotácie pre projekt |
275 806 |
3 614 |
100 995 |
86 201 |
84 996 |
|
Výška vlastných prostriedkov žiadateľa |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
Sumárny rozpočet spoluriešiteľa |
275 806 |
3 614 |
100 995 |
86 201 |
84 996 |
Časový harmonogram projektu:
|
Názov |
Začiatok |
Koniec |
|
1 – Rešerš, metodika, scenáre riešenia, vstupné údaje |
12/2009 |
10/2010 |
|
2 – Scenáre pre kovové materiály |
11/2010 |
10/2011 |
|
3 – Scenáre pre nekovové materiály |
11/2011 |
06/2012 |
|
4 – Systematická knižnica scenárov a údajov |
07/2012 |
11/2012 |
Plánované výstupy riešenia:
Cieľom projektu je návrh, výskum, vývoj a systematická analýza parametrov jednotlivých scenárov použitia podmienene uvoľnených. Do riešenia sú zahrnuté súvisiace legislatívne aspekty a aspekty vplyvu na životné prostredie. Nové poznatky budú obsahovať:
· údaje o materiáloch z vyraďovania, typy materiálov a ich rádiologické údaje;
· detailné scenáre nakladania s podmienene uvoľnenými materiálmi, spôsob realizácie scenárov, dlhodobé vlastnosti scenárov vrátane ich prevádzky, vlastnosti použitých podmienene uvoľnených materiálov na konci plánovanej životnosti scenárov;
· údaje o ožiarení personálu, ktorý nakladá s podmienene uvoľnenými materiálmi v rámci realizácie cieľových scenárov;
· údaje o ožiarení personálu v rámci prevádzky jednotlivých scenárov;
· údaje o ožiarení obyvateľstva v jednotlivých scenároch použitia podmienene uvoľnených materiálov, vrátane vplyvu vyplývajúceho z migrácie rádionuklidov z jednotlivých scenárov do životného prostredia.
Hlavným výstupom riešenia budú nové poznatky zostavené vo forme systematickej knižnice údajov podľa jednotlivých typov scenárov použitia podmienene uvoľnených materiálov. Knižnica bude mať charakter katalógových riešení spolu s údajmi, ktoré budú použiteľné v riešeniach pre projekty súvisiace s vyraďovaním jadrových zariadení.
Projekt prispeje k vzdelávaniu v oblasti jadrovej energetiky. V rámci spolupráce s Fakultou elektrotechniky a informatiky STU v Bratislave (spoluriešiteľská organizácia v projekte), bolo v posledných desiatich rokoch obhájených osem dizertačných prác z oblasti vyraďovania a mnohé diplomové a bakalárske práce. Niektoré čiastkové riešenia projektu sú predmetom troch súčasných dizertačných prác. Na riešenie projektu budú nadväzovať aj ďalšie diplomové a bakalárske práce.
V spoločenskej oblasti projekt prispeje k dokladovaniu, že aj posledná etapa životného cyklu jadrových elektrární, ktorou je ich vyraďovanie a nakladanie s materiálmi z vyraďovania je vykonateľná bezpečne vzhľadom na obyvateľstvo a životné prostredie a ekonomicky.
Predpokladané využite výsledkov:
Výsledky riešenia projektu budú použiteľné v nadväznosti na vyraďovania jadrových zariadení z prevádzky pri návrhu riešení pre opätovné použitie podmienene uvoľniteľných materiálov z vyraďovania. Opätovným využitím materiálov, ktoré by inak boli nenávratne vylúčené z recyklácie, sa vylepší ekonomická bilancia procesov vyraďovania jadrových zariadení z prevádzky.
Podľa súčasnej legislatívy pre nepodmienené uvoľňovanie materiálov do životného prostredia, potenciálne recyklovateľné materiály, ktoré sú ukladané v úložiskách rádioaktívnych odpadov ako rádioaktívny odpad, musia byť v konečnom dôsledku nahrádzané novo vyrobenými materiálmi. Cieľom projektu CONRELMAT je vytvoriť podmienky pre možnosť recyklácie takýchto materiálov.
Riešením projektu sa rozšíri vedomostná základňa v jadrovej energetike, vzniknú nové poznatky a metodiky, ktoré budú použiteľné pre aj pre ďalšie riešenia v jadrovej energetike a pre projekty súvisiace s vyraďovaním JZ.
Vytvorené nové poznatky budú použiteľné aj medzinárodnom rozsahu. Vytvoria sa podmienky pre rozšírenie možnosti spolupráce s medzinárodnými organizáciami ako je MAAE, Európska Komisia, OECD/NEA a s inými organizáciami a firmami pôsobiacimi v oblasti vyraďovania jadrových zariadení z prevádzky a nakladania s rádioaktívnymi odpadmi a s materiálmi z vyraďovania.
Hlavné realizované výstupy za rok 2009:
Stručná Charakteristika riešenia v roku 2009
Realizované výstup za rok 2009 sa vzťahujú na obdobie od začiatku riešenia do 31.3.2010, vzhľadom na krátkosť obdobia riešenia v roku 2009. Hlavným výsledkom v tomto období je vypracovanie metodiky riešenia, nakoľko projekt predstavuje komplexnú úlohu s niekoľkými špecifickými časťami, ktorých riešenie je potrebné zosúladiť. Jednotlivé časti projektu si vyžadujú prácu s viacerými špecifickými výpočtovými kódmi, z ktorých najdôležitejšie sú OMEGA, VISIPLAN (softvérový nástroj určený pre výpočet externého ožiarenia) a GOLDSIM (softvérový nástroj určený pre dynamické modelovanie systémov). V projekte ide o komplexné riešenie, ktoré je štruktúrované ako súbor vybraných scenárov nakladania s podmienene uvoľnenými materiálmi z vyraďovania jadrových zariadení z prevádzky. Pre jednotlivé scenáre riešenia je potrebná koordinácia v nasledovných oblastiach:
· identifikácia podmienene uvoľnených materiálov – tvorba údajov o materiáloch
z vyraďovania s využitím pokročilého výpočtového prostriedku OMEGA, ktorý generuje údaje o jednotlivých typoch materiálov a údaje o rádioaktivite pre jednotlivé položky podľa inventárnej databázy vyraďovaného jadrového zariadenia v rozlíšení podľa individuálnych rádionuklidov, pre rôzne scenáre vyraďovania a pre rôzne scenáre nakladania s rádioaktívnymi odpadmi;
· zostava detailných scenárov použitia podmienene uvoľnených materiálov – identifikácia jednotlivých krokov pracovného postupu pre dosiahnutie koncových stavov za účelom analýzy ožiarenia personálu, ktorý nakladá s uvedenými materiálmi až do ich použitia v cieľovom scenári;
· modelovanie a analýza činností v procese prípravy scenárov pomocou kódu VISIPLAN za účelom stanovenia ožiarenia personálu;
· analýza koncových stavov scenárov riešenia z hľadiska vplyvu na obyvateľstvo a na personál, ktorý sa vyskytuje v jednotlivých scenároch riešenia počas ich prevádzky; kód GOLDSIM s podporou kódu AMBER bude používaný na analýzu migrácie rádionuklidov
z jednotlivých scenárov do životného prostredia za účelom analýzy ožiarenia obyvateľstva z príjmu rádionuklidov a kód VISIPLAN bude použitý na analýzu externého ožiarenia obyvateľstva a personálu z konštrukcii jednotlivých scenárov.
Výsledky analýz činností v procese prípravy scenárov a výsledky analýz koncových stavov jednotlivých scenárov pomocou kódov GOLDSIM a VISIPLAN sú základom pre stanovenie maximálnej koncentrácie aktivity v podmienene uvoľnených materiáloch, čo je podmienka pre výpočet použiteľného množstva týchto materiálov z vyraďovania konkrétneho jadrového zariadenia ako výsledok výpočtu materiálových parametrov vyraďovania vo výpočtovom prostriedku OMEGA.
Schéma riešenia v rámci projektu
Projekt rieši návrh, výskum a vývoj modelových scenárov používania podmienene uvoľnených materiálov z vyraďovania jadrových zariadení z prevádzky a výpočtové stanovenie parametrov jednotlivých scenárov, ktoré budú potrebné pre technické riešenia jednotlivých scenárov. Plánované riešenie projektu je štruktúrované podľa jednotlivých scenárov používania podmienene uvoľnených materiálov, pričom jednotlivé scenáre sú riešené ako samostatné celky.
V modelových scenároch bude analyzovaný vplyv na personál, ktorý realizuje navrhované scenáre a vplyv modelových scenárov na obyvateľstvo pomocou simulácie migrácie rádionuklidov z cieľového umiestnenia podmienene uvoľnených materiálov z vyraďovania do životného prostredia. Vplyv bude stanovený výpočtom dávok z externého a interného ožiarenia pre jednotlivé profesie, ktoré realizujú daný scenár a dávok pre jedincov z kritických skupín obyvateľstva pre dané scenáre, vyplývajúce z cieľového umiestnenia podmienene uvoľnených materiálov v jednotlivých scenároch.
Pri tvorbe scenárov použitia podmienene uvoľnených materiálov v rôznych typoch stavebných a iných konštrukcií budú brané do úvahy dva základné typy materiálov (ocele a recyklované betóny), rôzne aktivitné koncentrácie týchto materiálov a rôzne rádionuklidové zloženia. Výstupom plánovanej systematickej analýzy v rámci projektu bude súbor modelových scenárov, ktoré budú obsahovať:
· charakteristiky jednotlivých scenárov;
· parametre materiálov vstupujúcich do jednotlivých scenárov;
· parametre čiastkových procesov, ktoré budú potrebné pre realizáciu jednotlivých scenárov;
· parametre koncových stavov jednotlivých scenárov z hľadiska ich vplyvu na obyvateľstvo a životné prostredie, ktoré súvisia so spôsobom zabudovania podmienene uvoľnených materiálov do analyzovaných konštrukcií;
· dokladovanie, že po likvidácii koncových stavov v jednotlivých scenároch vzniknú materiály iba nepodmienene uvoľniteľné do životného prostredia alebo materiály, ktoré bude možne uložiť na úložiskách pre rádioaktívne odpady s veľmi nízkou úrovňou rádioaktivity.
Paralelne k riešeniam podľa jednotlivých scenárov budú analyzované všeobecné aspekty, ktoré súvisia s podmieneným uvoľňovaním materiálov z vyraďovania jadrových zariadení z prevádzky, ako sú:
· legislatívne aspekty v rozsahu riešenia súvisiaceho s používaním podmienene uvoľnených materiálov;
· vplyv na životné prostredie z procesov realizácie koncových stavov pre jednotlivé scenáre a vplyv jednotlivých scenárov, vrátane ich likvidácie;
· porovnanie ožiarenia obyvateľstva v dôsledku vplyvov navrhovaných scenárov s inými zdrojmi ožiarenia ako je celkové pozadie a zdroje ožiarenia v dôsledku využívania všeobecných technických, lekárskych, dopravných a iných scenárov.
Predmetom riešenia v projekte sú opätovne použiteľné dominantné materiály z vyraďovania (ocele a betóny). Iné materiály s porovnateľným obsahom rádioaktivity (ako sú napríklad kontaminované zeminy), alebo malé množstvá špecifických materiálov (farebné kovy), nie sú predmetom projektu. Principiálna schéma riešenia projektu so zapracovaním výsledkov z roku 2010 je nasledovná:
Paralelné činnosti pre podporu riešených scenárov
- Legislatívne aspekty pre používanie podmienene uvoľnených materiálov z vyraďovania
- Vplyv na životné prostredie z procesu realizácie scenárov, prevádzky scenárov a z vyraďovania koncových stavov
- Porovnanie zdrojov ožiarenia pre obyvateľstvo
Legenda:
mSv(mikroSv)
– jednotka pre individuálnu efektívnu dávku (10-6 Sv)
manSv – jednotka pre kolektívnu efektívnu dávku
Scenáre riešenia
Scenáre riešenia boli zostavené na základe spôsobov používania podmienene uvoľnených materiálov a dvoch základných typov materiálov (kovy a betóny) nasledovne:
· prefabrikované a monolitné železobetónové mostné konštrukcie;
· cestné konštrukcie – železobetónové a oceľové konštrukcie, štrkové lôžka;
· tunelové železobetónové konštrukcie;
· železobetónové podzemné časti budov (základy stavieb);
· železobetónové vodné diela;
· železničné konštrukcie;
· všeobecné vonkajšie kovové konštrukcie;
· iné použitia ocelí, vrátane použitia v jadrovom priemysle.
Popis prínosov za rok 2009:
Hlavným cieľom činností v roku 2009 vrátane obdobia do 31.3.2010 (na začiatku I. etapy riešenia) bolo rozpracovať metodiku riešenia vzhľadom k tomu, že ide o komplexné riešenie s viacerými špecifickými časťami, ktoré je potrebné navzájom zosúladiť. Zároveň bolo potrebné vypracovať postup na zabezpečenie všetkých potrebných softvérov pre riešenie v rámci projektu, vrátane zaškolenia. Uvedené ciele boli splnené – bol vypracovaný postup riešenia, zameranie čiastkových riešení, identifikované vzájomné väzby medzi čiastkovými riešeniami a stanovené zodpovednosti za čiastkové riešenia. Boli podniknuté kroky na zabezpečenie potrebných softvérov, vrátane zaškolenia.
Ciele riešenia a dosiahnuté výsledky v roku 2010
Ciele riešenia na rok 2010
Predmetom riešenia v roku 2010 bola druhá časť etapy I. a prvá časť etapy II.
Ciele pre I. etapu (do 10/2010) boli nasledovné:
– dopracovanie rešerší z predmetnej oblasti: IAEA, OECD/NEA, NUREG (dokumenty dozorného orgánu v USA) a ďalšie,
– realizovať školenia pre prácu v kóde GOLDSIM,
– dopracovať rozsahy jednotlivých scenárov projektu,
– vytvoriť postupy pre tvorbu modelov pre analýzu činností pri tvorbe scenárov,
– vytvoriť postupy pre tvorbu modelov koncových stavov pre scenáre,
– dopracovať inventárne databázy a pripraviť modelové výpočtové prípady.
Ciele pre II. etapu (11/2010 – 10/2011) pre každý scenár s použitím podmienene uvoľnených materiálov boli nasledovné:
– vypracovanie detailných postupov pre dosiahnutie cieľových stavov,
– modelovanie čiastkových činností pre dosiahnutie cieľového stavu,
– modelovanie cieľových stavov,
– výpočet parametrov ožiarenia personálu, ktorý realizuje scenáre,
– výpočet parametrov ožiarenia obyvateľstva,
– výpočet zdrojových členov materiálov podľa inventárnych databáz.
Koncepcia projektu po spresnení riešenia v roku 2010
Koncepcia projektu je založená na tom, že súčasná legislatíva a taktiež aj medzinárodné odporúčania ICRP (International Commission on Radiological Protection) umožňujú opätovné použitie materiálov, ktoré nespĺňajú úrovne nepodmieneného uvoľnenia, za podmienok, že ich opätovné použitie je viazané na konkrétne riešenie, pre ktoré je dokladované, že vplyv na obyvateľstvo nepresiahne limity individuálnej a kolektívnej efektívnej dávky.
Všeobecne akceptovaný limit 10 mikroSv/rok pre individuálnu efektívnu dávku pre nepodmienene uvoľňovanie materiálov predstavuje limit triviálneho vplyvu na jedinca z obyvateľstva, kedy sa netreba zaoberať, ako sa nakladá s nepodmienene uvoľneným materiálom. Podľa záverov ICRP, pri podmienenom uvoľňovaní materiálov pri ich kontrolovanom použití v konkrétnych aplikáciách, je možné uvažovať limit individuálnej efektívnej dávky v rozmedzí 10-100 mikroSv/rok. Súčasne platí limit kolektívnej efektívnej dávky 1 man.Sv/rok pre danú aplikáciu.
Konkrétne riešenia s použitím podmienene uvoľnených materiálov vyžadujú značné rozsahy analýz a výpočtov pre dokladovanie individuálnej a kolektívnej efektívnej dávky. Musia byť zahrnuté všetky činnosti od bodu, keď daný materiál opustí kontrolované pásmo jadrového zariadenia ako sú spracovanie materiálu a výroba polotovarov, všetky činnosti pri realizácii konštrukcií s podmienene uvoľnenými materiálmi, analýza vplyvu na obyvateľstvo z realizovaných konštrukcií a analýza koncového stavu konštrukcií po ukončení ich životnosti. Analyzované musia byť taktiež všetky sprievodné činnosti ako sú transporty, skladovanie a ďalšie.
Pracovný postup v projekte je identifikácia a komplexná analýza všetkých činností potrebných pre realizáciu konštrukcií s podmienene uvoľnenými materiálmi
a všetkých súvisiacich činností a vplyvov s cieľom vytvoriť komplexnú sumu nových poznatkov, ktoré sa budú využívať v budúcich projektoch s využitím podmienene uvoľnených materiálov.
Na základe analýzy postupov (výpočet externého ožiarenia) pre realizáciu cieľových scenárov sú stanovené limitné hodnoty aktivity materiálov podľa jednotlivých rádionuklidov, ktoré určujú, ktoré inventárne materiálové položky vyraďovaného jadrového zariadenia je možné použiť v danom scenáre, ako je znázornené na horeuvedenej principiálnej schéme riešenia v projekte.
Nezávisle od výpočtu externého ožiarenia sa v každom scenári analyzuje migrácia rádionuklidov spôsobenej postupnou degradáciou materiálov cieľových konštrukcií. Súčasťou analýzy je výpočet interného ožiarenia jedincov z obyvateľstva z príjmu rádionuklidov. Výsledkom, obdobne ako v prvom prípade, je stanovenie limitných hodnôt aktivity pre jednotlivé rádionuklidy v materiáloch použiteľných pre scenáre.
Obidva postupy sú navzájom nezávislé. Pre výber materiálových inventárnych položiek sú určujúce prísnejšie aktivitné limity jedného z uvedených prístupov. Pre výber materiálových položiek je použitý výpočtový prostriedok OMEGA.
Výpočty aktivitných koncentrácií sa vykonávajú na úrovni jednotlivých rádionuklidov a celková limitná aktivita materiálov a nuklidové zloženie vybraných materiálových položiek sa stanovuje váhovaním cez jednotlivé nuklidy vo forme nuklidového vektora, postupom aký je bežný pri limitoch prijateľnosti pre úložiská rádioaktívnych odpadov alebo pri nepodmienenom uvoľňovaní materiálov. Riešenie sa môže opakovať v niekoľkých iteračných cykloch.
Dosiahnuté výsledky v roku 2010
Výsledky dosiahnuté v I. etape riešenia (01/2010 – 10/2010):
Boli dopracované rešerše z predmetnej oblasti. Určujúcim dokumentom pre riešenie
ICRP Publication 104, kde sú uvedené odporúčania pre oblasť podmienene uvoľnených materiálov.
Boli realizované dvojstupňové školenia pre prácu v kóde GOLDSIM. Prvý stupeň bol realizovaný na Katedre jadrovej fyziky
a techniky externým expertom v danej oblasti, druhý stupeň vo firme Quintessa (Anglicko) expertom s dlhoročnou skúsenosťou v oblasti. Súčasťou školenia bolo vytvorenie pilotného modelu, ktorý po úpravách bude použitý v projekte pre jednotlivé scenáre.
Bolo vypracovaný zoznam 15 scenárov, ktoré sú predmetom riešenia v projekte. Súčasťou scenárov je výroba hutníckych
polotovarov, ktoré budú použité pri realizácii jednotlivých scenárov. Pri výbere scenárov riešenia boli brané do úvahy scenáre, ktoré sa vyznačujú dlhodobou prevádzkou, robustnosťou konštrukcie a podmienene uvoľnené materiály sú umiestnené vo vnútri konštrukcií zhotovených z bežných materiálov („embeded“). V prípade konštrukcií, kde podmienene uvoľnené materiály sa nenachádzajú v uvedených podmienkach, má ísť o konštrukcie s obmedzeným prístupom obyvateľstva, ktoré je dobre predikovateľné. Scenáre boli zostavené ako typové riešenia. Počet scenárov vybraných pre riešenie je limitovaný aj počtom modelov, ktoré je potrebné vytvoriť v rámci riešenia, najmä modelov
v prostredí VISIPLAN.
–
Bol vypracovaný všeobecný postup pre tvorbu modelov. Nevyhnutným prvým krokom je zhromaždenie dostatočného rozsahu
informácií o činnostiach, ktoré sú predmetom jednotlivých scenárov. Potrebné informácie predstavujú dostatočne podrobný zoznam jednotlivých činností v danom scenári, priestorové usporiadania v scenáre, materiály a rádionuklidové zloženie podmienene uvoľnených materiálov, doby trvania činností, počty personálu, hranice pre obyvateľstvo a pod. Špecifické údaje pre modely boli získané najmä v spolupráci s externými odborníkmi. Na základe rozsahu scenárov bol vytvorený zoznam modelov pre modelovanie v prostredí VISIPLAN, pričom každý model je špecifický a použiteľný pre scenár, pre ktorý bol vytvorený.
–
Boli vypracované postupy pre tvorbu modelov koncových stavov pre scenáre. Termínom koncové stavy sa rozumejú dlhodobé konštrukcie realizované s použitím podmienene uvoľnených materiálov. Modely pre konštrukcie sú v prostredí GOLDSIM konzervatívne zjednodušené do koncepčných modelov, ktoré sa používajú na analýzu migrácie rádionuklidov z realizovaných konštrukcií v priebehu ich prevádzky a po ukončení ich prevádzky. Výber modelov GOLDSIM bol urobený na základe analýzy koncových stavov scenárov. Vstupné údaje pre modely, ktoré sú špecifické pre jednotlivé scenáre, ako sú rozmery, materiály, rádionuklidové zloženie podmienene uvoľnených materiálov, umiestnenie v horninovom prostredí sa preberajú
z jednotlivých scenárov. Špecifické údaje pre modely boli získané z dostupných
zdrojov a najmä v spolupráci s externými odborníkmi.
–
Boli dopracované inventárne databázy na základe dostupných údajov pre jadrové elektrárne v SR a boli pripravené výpočtové modelové prípady. Výpočtový prostriedok OMEGA v časti pre riadenie materiálového a aktivitného toku v procese vyraďovania bol doplnený o vetvy pre modelovanie podmieneného vyraďovania
Dosiahnuté výsledky sú uvedené v podrobnej správe k riešeniu za rok 2010.
Dokumentácia k jednotlivým scenárom obsahuje nasledovné časti:
–
Charakteristika scenáru
–
Výroba a skladovanie prvkov a komponentov pre jednotlivé scenáre
–
Transport a skladovanie polotovarov, prvkov a komponentov
–
Realizácia konštrukcií pre jednotlivé scenáre
–
Prevádzka, údržba a scenáre pre obyvateľstvo
–
Degradácia konštrukcií, migrácia nuklidov a vplyv na obyvateľstvo
–
Koncový stav konštrukcií, ukončenie scenára a dlhodobý vplyv na obyvateľstvo
Rozsah hore uvedených bodov je prispôsobený pre jednotlivé scenáre. Špecifickú štruktúru má scenár pre výrobu hutníckych polotovarov a komponentov z ocele.
Výsledky dosiahnuté v II. etape riešenia (11/2010 – 12/2010):
V hodnotenom období sa začala II. etapa riešenia (celkovo 2 mesiace v roku 2010), ktorej predmetom pre každý scenár je vypracovanie detailného postupu pre dosiahnutie cieľového stavu pre daný scenár, modelovanie čiastkových činností pre dosiahnutie cieľového
stavu, modelovanie cieľového stavu pre použitie podmienene uvoľnených kovových materiálov, výpočet parametrov ožiarenia personálu, ktorý vykonáva navrhované činnosti, výpočet parametrov ožiarenia obyvateľstva a výpočet zdrojových členov materiálov
V tejto časti sa v prvom kroku vykonali činnosti potrebné pre získanie detailných informácií pre riešenia v jednotlivých projektoch. Informácie sa získali od špecializovaných organizácií so skúsenosťami v predmetných oblastiach. Získané informácie sú použité pri vypracovaní detailných postupov v scenároch a analýze činností v scenároch. Jednotlivé scenáre sú v rôznej úrovni rozpracovanosti v závislosti od získaných informácií – šesť scenárov bolo rozpracovaných podrobne, pre ostatné bol vypracovaný postup. V riešení etapy sa pokračuje v roku 2011.
Dosiahnuté výsledky sú uvedené v podrobnej správe k riešeniu za rok 2010.
Publikačná činnosť
V rámci riešenia projektu CONRELMAT boli v období rokov 2009 a 2010 publikované nasledovné výstupy:
–
Vedecké práce v zahraničných karentovaných časopisoch – 2x;
–
Vedecké práce v domácich nekarentovaných časopisoch – 3x;
–
Publikované príspevky na zahraničných vedeckých konferenciách – 8x;
–
Publikované príspevky na domácich vedeckých konferenciách – 8x;
–
Práce zverejnené na internete – 2x.
Dosiahnuté výsledky v roku 2011
Výsledky dosiahnuté v pokračovaní II. etapy riešenia (1/2011 – 12/2011):
II. etapa bola riešená v plánovanom rozsahu scenárov opätovného použitia podmienene uvoľnených materiálov, ktorý bol navrhnutý v roku 2010. Pre riešené scenáre boli získané kvalifikované informácie od odborníkov v predmetných oblastiach. Získané informácie boli použité pre podrobné zostavy scenárov. Vzhľadom na špecifické problémy so zapojením odborníkov súvisiace s jadrovou tematikou, pre časť scenárov boli vstupné informácie získané až ku koncu roku 2011. Pre jeden scenár boli vstupné informácie nateraz získané z verejných zdrojov na internete a budú doplnené kvalifikovanými informáciami začiatkom roku 2012. Bol dodržaný postup riešenia v jednotlivých scenároch podľa predpokladov stanovených v riešení v roku 2010. Na základe získaných vstupných informácií bol vypracovaný vnútorný obsah scenárov potrebný pre analýzu externého a interného ožiarenia. Pri scenároch, pre ktoré boli vstupné informácie získané koncom roka 2011, budú zostávajúce detaily doriešené v rámci III. etapy riešenia, kde bol plánovaný predmet riešenia ukončený v roku 2011, čím sa uvoľnili riešiteľské kapacity.
Na základe informácií získaných v rámci získavania kvalifikovaných vstupných údajov pre jednotlivé scenáre boli navrhnuté rozšírenia pre niektoré scenáre s kovovými materiálmi. Rozšírenie riešenia súvisí najmä z aplikáciami podmienene uvoľnenej ocele v kontrolovaných pásmach jadrových zariadení, ktoré je orientované na podmienky v jadrovej energetike v SR. Boli navrhnuté riešenia, ktoré v rámci scenárov výroby niektorých polotovarov z kovových materiálov predpokladajú výrobu časti konštrukčných prvkov z podmienene uvoľnenej ocele v kontrolovaných pásmach jadrových zariadení, čo má významný vplyv z hľadiska limitov ožiarenia jednotlivcov.
Práca v paralelných pracovných skupinách vo väzbe na všetky scenáre riešenia pokračovala podľa predpokladov. V rámci modelovania v prostredí VISIPLAN boli vypracované základné výpočtové modely (celkovo 107), ktoré sú po čiastkových úpravách používané v jednotlivých scenároch. Pre vybrané scenáre boli v plnom rozsahu realizované pilotné výpočty. S ohľadom na časovú náročnosť tvorby modelov v prostredí VISIPLAN je externé ožiarenie v časti scenárov riešené s použitím modelov v prostredí Michroshield.
Pre riešenie v prostredí GOLDSIM bol vypracovaný univerzálny model s viacerými modulmi, ktorý sa používa pre všetky scenáre s kovovými aj nekovovými podmienene uvoľnenými materiálmi. Neoddeliteľnou súčasťou práce v modelovaní GOLDSIM je zhromažďovanie a analýza údajov pre jednotlivé časti modelu, ktoré sú potrebné pre správne funkcie modelu. Ide najmä o údaje pre migráciu rádionuklidov v rôznych prostrediach a údaje pre korózne procesy.
Boli doriešené nástroje pre stanovovanie množstiev podmienene uvoľniteľného materiálu podľa požiadaviek scenárov – špecifický modul vo výpočtovom prostriedku OMEGA, bola vykonaná analýza množstiev podmienene uvolniteľných materiálov podľa modelových databáz jadrových zariadení.
Legislatívny rámec súvisiaci s podmienene uvoľnenými materiálmi bol prepracovaný vo vybraných častiach v súvislosti s novými medzinárodnými dokumentmi a doplnený o komplexné numerické porovnanie s údajmi prezentovanými medzinárodnými organizáciami.
V oblasti vplyvu na životné prostredie boli vypracované podklady pre referenčné porovnanie s prípadom štandardnej výroby ocelí (bez recyklácie ocelí), to znamená, aký môže byť vplyv na životné prostredie, ak by oceľ použitá v hodnotených scenároch bola vyrobená z vyťažených surovín. Boli začaté práce na analýze vnímania jadrových aspektov verejnosťou, ktoré súvisia s riešeným projektom.
Dosiahnuté výsledky sú uvedené v podrobnej správe k riešeniu za rok 2011.
Výsledky dosiahnuté v začatej III. etape riešenia (11/2011 – 12/2011):
Predmet riešenia III. etapy (nekovové podmienene uvoľnené materiály) bol vyriešený v roku 2011 paralelne s úlohami pre II. etapu riešenia. Postup riešenia v rámci scenárov je jednotný pre všetky scenáre a je uvedený v časti za II. etapu riešenia vrátane prác v paralelných pracovných skupinách. Uvoľnené riešiteľské kapacity pre pokračovanie III. etapy riešenia plánované na rok 2012 budú použité pre doriešenie scenárov pre kovové podmienene uvoľnené materiály a na rozšírené časti scenárov s týmito materiálmi. Dosiahnuté výsledky sú uvedené v podrobnej správe k riešeniu za rok 2011.
Publikačná činnosť
V rámci riešenia projektu CONRELMAT boli v roku 2011 dosiahnuté nasledovné výstupy:
–
Vedecké práce publikované v zahraničných karentovaných časopisoch – 1x;
–
Vedecké práce publikované v zahraničných nekarentovaných časopisoch – 1x
–
Vedecké práce publikované v domácich nekarentovaných časopisoch – 4x;
–
Publikované príspevky na zahraničných vedeckých konferenciách – 3x;
–
Publikované príspevky na domácich vedeckých konferenciách – 11x;
–
Príspevky prijaté na zahraničné vedecké konferencie – 10x;
–
Obhájená 1 dizertačná práca;
–
Bakalárske práce – 2x;
–
Diplomové projekty 1 a 2 – 3x.