Tính toán lan truyền phóng xạ trên lãnh thổ việt nam từ sự cố hạt nhân giả định cấp độ ines 7

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYỄN ĐĂNG MINH

TÍNH TỐN LAN TRUYỀN PHĨNG XẠ
TRÊN LÃNH THỔ VIỆT NAM TỪ SỰ CỐ HẠT NHÂN
GIẢ ĐỊNH CẤP ĐỘ INES-7

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2020


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYỄN ĐĂNG MINH

TÍNH TỐN LAN TRUYỀN PHĨNG XẠ
TRÊN LÃNH THỔ VIỆT NAM TỪ SỰ CỐ HẠT NHÂN
GIẢ ĐỊNH CẤP ĐỘ INES-7

Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử và hạt nhân
Mã số: 8440130.04

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. Bùi Văn Loát

Hà Nội - 2020


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt hai năm học tập tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đến
nay, tơi đã hồn thành luận văn tốt nghiệp cao học. Để hoàn thành được chương
trình cao học và hồn thiện luận văn này, tơi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ
và góp ý nhiệt tình của các q thầy cơ ở trường; lãnh đạo, đồng nghiệp cơ quan
và gia đình; bạn bè.
Trước hết tôi xin chân thành cảm ơn đến Ban Giám hiệu và quý thầy cô
trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã tạo điều kiện để tôi học tập và hồn thành
khóa học. Đặc biệt là các thầy cơ đã tận tình chỉ bảo tơi trong suốt thời gian học
tập tại trường. Nhờ sự chỉ bảo của các thầy cô trong bộ môn Vật lý hạt nhân mà tôi
ngày càng thu nhận được nhiều kiến thức bổ ích trong chuyên môn và hiểu biết
nhiều vấn đề hơn.
Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Bùi Văn Loát – người thầy kính
mến đã dành nhiều tâm huyết chỉ bảo ân cần, quan tâm sâu sắc và chỉ dạy cho tơi
tận tình trong suốt q trình học tập và làm luận văn, giúp tơi hồn thành khóa
luận này.
Xin được gửi lời cảm ơn đến lãnh đạo Viện Hóa học Mơi trường Quân sự,
lãnh đạo Trạm Quan trắc Cảnh báo Môi trường Độc – Xạ miền Bắc và tập thể anh
chị trong cơ quan đã tạo điều kiện cho tơi có thời gian học tập đầy đủ. Xin cảm ơn
ban chủ nhiệm đề tài: “Nghiên cứu, tính tốn lan truyền phóng xạ trong mơi
trường khơng khí và hiện đại hóa Trạm tính tốn phân tích Phóng xạ - Hóa học
(PACT-1)” đã hỗ trợ, cung cấp số liệu trong đề tài để tơi hồn thành luận văn đầy
đủ.
Cuối cùng tơi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã ln động viên,
khích lệ tơi trong suốt q trình học tập.
Mặc dù đã cố gắng nhiều nhưng luận văn còn nhiều thiếu sót, kính mong
q thầy cơ, bạn đọc đóng góp ý kiến q báu để tơi hồn chỉnh luận văn được

chu đáo hơn.
Xin chân thành cảm ơn ./.
Hà Nội, ngày… tháng… năm…
HỌC VIÊN


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .......................................................................................3
1.1. Phát tán chất phóng xạ vào mơi trường khơng khí sau các tai nạn hạt nhân ......3
1.2. Phương trình vi phân của quá trình khuếch tán ..................................................4
1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khuếch tán ơ nhiễm khơng khí..................5
1.4. Tổng quan về các nhà máy điện hạt nhân khu vực Đông Á và thành phần
nguồn phóng xạ trong nhà máy điện hạt nhân ...........................................................9
1.5. Số hạng nguồn phát thải theo thang sự cố hạt nhân ..........................................13
CHƯƠNG 2. ĐÁNH GIÁ PHÁT TÁN PHÓNG XẠ TRONG KHƠNG KHÍ ....20
2.1. Mơ hình phát tán phóng xạ trong khơng khí .....................................................20
2.2. Quy trình đánh giá phát tán phóng xạ trong khơng khí ....................................26
2.3. Chương trình mơ phỏng khí tượng WRF ..........................................................27
2.4. Chương trình mơ phỏng phát tán phóng xạ FLEXPART-WRF .......................33
2.5. Chạy phần mềm, trích xuất dữ liệu và đánh giá thống kê mơ hình ..................37
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...........................................................42
3.1. Kết quả chạy WRF ............................................................................................42
3.2. Một số ví dụ đánh giá tính tối ưu của các mơ hình thơng qua giản đồ Taylor. 43
3.3. Kết quả chạy mô phỏng FLEXPART-WRF .....................................................55
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................66
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................68


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Các trường biến thiên nhiệt độ khơng khí theo chiều cao trên mặt đất . .......... 6

Hình 1.2. Lớp nghịch nhiệt sát mặt đất và lớp nghịch nhiệt trên cao . ............................. 7
Hình 1.3. Tỷ lệ cơng nghệ các lị phản ứng hạt nhân khu vực Đơng Á . .......................... 9
Hình 1.4. Bản đồ các nhà máy ĐHN khu vực Đơng Á . ................................................... 9
Hình 1.5. Nhà máy điện hạt nhân Phòng Thành trong giai đoạn I ................................. 11
Hình 1.6. Phân bố mảnh vỡ phân hạch của 233U, 235U và 239Pu. ..................................... 12
Hình 1.7: Sản phầm 131I và 137Cs từ phản ứng phân hạch hạt nhân của 235U và sơ
đồ phân rã β- của 137Cs và 131I. ........................................................................................ 13
Hình 1.8. Các cấp sự cố và tai nạn hạt nhân theo thang đo INES của IAEA . ............... 15
Hình 2.1. Ví dụ về các q trình chủ yếu ảnh hưởng đến sự vận chuyển của nhân
phóng xạ phát thải trong khơng khí. ............................................................................... 21
Hình 2.2. Mơ tả chùm phát tán Gaussian . ...................................................................... 23
Hình 2.3. Sơ đồ các thành phần của GoldEnvSim. ......................................................... 27
Hình 2.4. Sơ đồ tương tác vật lý ..................................................................................... 31
Hình 2.5. Lưới Akarawa-C theo khơng gian của mơ hình WRF. ................................... 32
Hình 2.6. Cấu trúc lưới lồng với tỷ lệ 3:1 ....................................................................... 32
Hình 2.7. Sơ đồ mơ hình FLEXPART-WRF .................................................................. 34
Hình 2.8. Phép chiếu bảo giác Lambert và Phép chiếu Mercator ................................... 34
Hình 2.9. Phép chiếu lập thể cực..................................................................................... 35
Hình 2.10. Giao diện tính năng thiết lập mơ phỏng nhanh của phần mềm
GoldEnvSim .................................................................................................................... 37
Hình 2.11. IDV được tích hợp vào GoldEnvSim để đọc dữ liệu đầu ra WRF. .............. 39
Hình 2.12. Trường nhiệt độ được mô phỏng ở độ cao 2m so với mặt đất ...................... 39
Hình 2.13. Biểu diễn sơ đồ Taylor . ................................................................................ 40
Hình 2.14. Mối quan hệ hình học giữa hệ số tương quan R, hiệu độ lệch toàn
phương trung bình E’, độ lệch chuẩn σf và σr của trường thử nghiệm và trường
tham chiếu tương ứng ..................................................................................................... 41
Hình 3.1. Thống kê số liệu thông số nhiệt độ tháng 1 tại Trạm Hà Đơng và kết quả
mơ phỏng thí nghiệm 25, thí nghiệm 1 ........................................................................... 44
Hình 3.2. Giản đồ Taylor đánh giá kết quả nhiệt độ tháng 1 tại Trạm Hà Đông ............ 44

Hình 3.3. Thống kê số liệu thơng số độ ẩm tháng 7 tại Trạm Vinh và kết quả mơ
phỏng thí nghiệm 25, thí nghiệm 5 ................................................................................. 46
Hình 3.4. Độ ẩm tháng 7 – Vinh ..................................................................................... 47
Hình 3.5. Áp suất tháng 4 tại Trạm Bãi Cháy và kết quả mô phỏng thí nghiệm 25,
thí nghiệm 10................................................................................................................... 48
Hình 3.6. Giản đồ Taylor đánh giá kết quả áp suất tháng 4 tại Trạm Bãi Cháy ............. 49
Hình 3.7. Thống kê số liệu thơng số tốc độ gió tháng 10 tại Trạm Bãi Cháy và kết
quả mơ phỏng thí nghiệm 25, thí nghiệm 16 .................................................................. 51
Hình 3.8. Giản đồ Taylor đánh giá kết quả tốc độ gió tháng 10 tại Trạm Bãi Cháy ...... 51
Hình 3.9: Thống kê số liệu thơng số lượng mưa tháng 7 tại Trạm Lai Châu và kết
quả mô phỏng thí nghiệm 25, thí nghiệm 22 .................................................................. 53
Hình 3.10: Thống kê số liệu thông số lượng mưa tháng 4 tại Trạm Hà Đơng và kết
quả mơ phỏng thí nghiệm 25, thí nghiệm 24 .................................................................. 53
Hình 3.11: Giản đồ Taylor đánh giá kết quả lượng mưa tháng 7 tại Trạm Lai Châu ..... 54
Hình 3.12: Giản đồ Taylor đánh giá kết quả lượng mưa tháng 4 tại Trạm Hà Đông ..... 54
Hình 3.13: Nồng độ 131I tại thời điểm 01h24 và 02h48 ngày 15/01/2019 ...................... 56
Hình 3.14: Nồng độ 131I tại thời điểm 06h24 và 11h12 ngày 15/01/2019 ...................... 57
Hình 3.15: Nồng độ 131I tại thời điểm 13h36 và 21h36 ngày 15/01/2019 ...................... 57
Hình 3.16: Nồng độ 131I tại thời điểm 15h00 và 11h36 ngày 16/01/2019 ...................... 58
Hình 3.17: Nồng độ 137Cs tại thời điểm 01h36 và 04h312 ngày 15/01/2019 ................. 58
Hình 3.18: Nồng độ 137Cs tại thời điểm 10h00 và 11h48 ngày 15/01/2019 ................... 59
Hình 3.19: Nồng độ 137Cs tại thời điểm 18h48 và 22h24 ngày 15/01/2019 ................... 59
Hình 3.20: Nồng độ 137Cs tại thời điểm 10h36 và 13h48 ngày 16/01/2019 ................... 60
Hình 3.21: Rơi lắng khơ của 137Cs và 131I sau 1h ở 4 tháng khác nhau trong năm ......... 61
Hình 3.22: Rơi lắng khơ của 137Cs và 131I sau 3h ở 4 tháng khác nhau trong năm ......... 62
Hình 3.23: Rơi lắng khơ của 137Cs và 131I sau 6h ở 4 tháng khác nhau trong năm ......... 63
Hình 3.24: Rơi lắng khô của 137Cs và 131I sau 30h ở 4 tháng khác nhau trong năm ....... 64
Hình 3.25: Rơi lắng khô của 137Cs và 131I sau 30h ở 4 tháng khác nhau trong năm ....... 65

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Các thông số của thiết kế lò CPR-1000 . ........................................................ 10
Bảng 1.2. Thành phần các đồng vị phóng xạ trong khí thải của lị phản ứng PWR theo UNSCEAR 2000 .................................................................................................... 14
Bảng 1.3. Hoạt độ tích trữ của các đồng vị phóng xạ sinh ra trong vùng hoạt . ............. 16
Bảng 1.4. Hệ số CRF khi vùng hoạt nóng chảy . ............................................................ 17
Bảng 1.5. Số hạng nguồn của sự cố cấp độ 7. ................................................................. 18
Bảng 2.1. Các ứng dụng được đề xuất của mơ hình số cho mơ hình phân tán khí
quyển .............................................................................................................................. 25
Bảng 2.2. Một số tùy chọn mơ hình vi vật lý trong WRF ............................................... 29
Bảng 2.3. Một số tùy chọn tham số hóa đối lưu mây tích trong mơ hình WRF ............. 29
Bảng 2.4. Tùy chọn bề mặt đất trong WRF .................................................................... 30
Bảng 2.5. Biến cần thiết để chạy FLEXPART-WRF ..................................................... 35
Bảng 2.6. Lựa chọn các sơ đồ thí nghiệm ....................................................................... 38
Bảng 3.1. Các sơ đồ tối ưu cho quá trình chạy WRF trên lãnh thổ Việt Nam................ 42
Bảng 3.2. Các mốc thời gian so sánh kết quả ................................................................. 43
Bảng 3.3. Giá trị các thông số thống kê với thông số nhiệt độ ....................................... 45
Bảng 3.4. Giá trị các thông số thống kê với thông số độ ẩm .......................................... 47
Bảng 3.5. Giá trị các thông số thống kê với thông số áp suất ......................................... 49
Bảng 3.6. Giá trị các thông số thống kê với thơng số tốc độ gió .................................... 51
Bảng 3.7: Giá trị các thông số thống kê với thông số lượng mưa .................................. 54


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt
IAEA

Tên Tiếng Anh

Tên Tiếng Việt

International Atomic Energy Cơ quan năng lượng nguyên tử
Agency

INES
GFS
ECMWF

quốc tế

International

Nuclear

Event Thang phân loại Sự kiện Hạt nhân

Scale

Quốc Tế

Global Forecast System

Hệ thống Dự báo Toàn cầu

European Centre for Medium- Trung tâm dự báo thời tiết tầm
Range Weather Forecasts

NCEP

National

Centers

Environmental Prediction
NCAR

National

Center

Atmospheric Research
WRF

Weather

Research

Forecasting
WPS

The

WRF

trung Châu Âu
for Trung tâm Dự báo Môi trường
Quốc Gia Hoa Kỳ
for Trung tâm Nghiên cứu Khí quyển
Quốc Gia Hoa Kỳ
and Mơ hình Nghiên cứu và Dự báo

Thời tiết

Preprocessing chương trình mơ phỏng dữ liệu

System

ban đầu

WRF - ARW Weather Research and Forecast Mơ hình Nghiên cứu và Dự báo
model - Advanced Research Thời tiết - Nghiên cứu Nâng cao
WRF
PBL

Planetery Boundary Layer

Lớp biên hành tinh


MỞ ĐẦU
Bất chấp những mối đe dọa tiềm tàng của các thảm họa hạt nhân, dù tin hay
không, các nhà máy điện hạt nhân vẫn mọc lên từng ngày và cung cấp khoảng 5,7%
sản lượng năng lượng trên thế giới và 13% sản lượng điện toàn cầu. Với khoảng
hơn 430 nhà máy điện hạt nhân trên thế giới hiện nay, nguy cơ về thảm họa hạt
nhân có thể xảy ra bất kì lúc nào. Một sự cố nhỏ có thể được kiềm chế, nhưng một
khi thảm họa thực sự xảy ra, hậu quả khơng thể đốn trước được.
Thảm hoạ ngun tử Chernobyl xảy ra vào ngày 26-4-1986 khi nhà máy điện
nguyên tử Chernobyl ở Pripyat, Ukraine (khi ấy còn là một phần Liên bang Xô viết)
bị nổ. Đây được coi là vụ tai nạn hạt nhân trầm trọng nhất trong lịch sử. Do khơng
có tường chắn, đám mây bụi phóng xạ tung lên từ nhà máy lan rộng ra nhiều vùng
phía tây Liên Xơ, Đơng và Tây Âu, Scandinavia, Anh và thậm chí là miền đơng của

Mỹ. Nhiều vùng rộng lớn thuộc Ukraina, Belarus và Nga bị ô nhiễm nghiêm trọng,
dẫn tới việc phải sơ tán và tái định cư cho hơn 336.000 người. Khoảng 60% đám
mây phóng xạ đã rơi xuống Belarus trong thời gian xảy ra sự cố. Theo bản báo cáo
năm 2006 của TORCH, một nửa lượng phóng xạ đã rơi xuống bên ngồi lãnh thổ ba
nước cộng hồ Xơ viết.
Sự kiện thảm họa hạt nhân Fukushima là một chuỗi những sai sót và lỗi kĩ
thuật và thiết bị, lị phản ứng nóng chảy và thải ra các chất phóng xạ lớn trong mơi
trường. Thảm họa này xảy ra ngay sau thảm họa động đất và sóng thần Sendai năm
2011. Đây là trận động đất và sóng thần lớn nhất trong lịch sử Nhật Bản trong vòng
hơn một trăm năm qua. Trong khi đó, hai lị phản ứng số 1 và 3 xảy ra sự cố tại Nhà
máy ĐHN Fukushima I thuộc loại lò thế hệ cũ (đời đầu thế hệ thứ II); được thiết kế
với khả năng chống động đất ở mức thấp hơn cường độ động đất đã xảy ra. Một vụ
nổ hydro đã phá hủy tầng trên của tòa nhà chứa lò phản ứng số một và làm tám
công nhân bị thương.
Năm 2016, Trung Quốc bắt đầu đưa vào vận hành ba nhà máy hạt nhân gần
với Việt Nam bao gồm nhà máy Phòng Thành ở tỉnh Quảng Tây, cách thành phố
Móng Cái (Quảng Ninh) 50km và cách thành phố Hà Nội khoảng 500km; nhà máy
Trường Giang (Quảng Đông) cách biên giới Việt Nam 200km và nhà máy Sương
Giang (đảo Hải Nam) cách đảo Bạch Long Vĩ (Hải Phòng) hơn 100km.
1


Hà Nội là một trong số các tỉnh thành phía Bắc Việt Nam sẽ chịu ảnh hưởng
nghiêm trọng nếu một trong ba nhà máy điện hạt nhân của Trung Quốc bị rị rỉ
phóng xạ. Ngay từ khi bắt đầu hoạt động vào năm 2016, ba nhà máy điện hạt nhân
của Trung Quốc đã khiến nhiều chuyên gia về năng lượng lên tiếng bày tỏ quan
ngại và địi hỏi phải có hệ thống mạng lưới quan trắc và cảnh báo phóng xạ sớm vì
nguy cơ mơi trường Việt Nam bị đầu độc bởi các nhà máy này. Một trong những
phương pháp để đánh giá và dự báo được ảnh hưởng của phóng xạ thốt ra từ nhà
máy điện hạt nhân là sử dụng cơng cụ tính tốn phát tán phóng xạ trong khơng khí.

Từ đó đưa ra các kịch bản ứng phó nếu có sự cố hạt nhân xảy ra.
Tác giả lựa chọn đề tài “Tính tốn lan truyền phóng xạ trên lãnh thổ Việt
Nam từ sự cố hạt nhân giả định cấp độ INES-7” để để đánh giá phát tán của các
đồng vị phóng xạ khi nhà máy điện hạt nhân Phòng Thành của Trung Quốc xảy ra
tai nạn hạt nhân cấp độ 7 tương ứng với một số điều kiện thời tiết đặc trưng của
Việt Nam. Các nội dung chính của luận văn:
 Tìm hiểu cơng nghệ nhà máy điện hạt nhân Phòng Thành - Trung Quốc; số
hạng nguồn phát thải từ nhà máy điện hạt nhân khi hoạt động bình thường và
khi xảy ra sự cố cấp độ INES-7;
 Một số mơ hình phát tán và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phát tán;
 Sử dụng phần mềm GoldEvnSim để mơ phỏng q trình phát tán của 2 đồng
vị phóng xạ nhân tạo là 137Cs và 131I trong mơi trường khơng khí.
Luận văn được trình bày qua 3 chương với nội dung chính của các chương như sau:
Chương 1. Tổng quan
Chương 2. Đánh giá phát tán phóng xạ trong khơng khí
Chương 3. Kết quả và thảo luận

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Phát tán chất phóng xạ vào mơi trường khơng khí sau các tai nạn hạt nhân
1.1.1. Phát tán phóng xạ vào mơi trường
“Tai nạn hạt nhân và phóng xạ hay thảm họa hạt nhân được cơ quan năng
lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) định nghĩa là: một sự kiện dẫn đến hậu quả đáng
kể cho con người, mơi trường hoặc cơ sở; ví dụ bao gồm các hiệu ứng gây chết cho
các cá nhân, phóng thích phóng xạ lớn ra mơi trường hoặc làm tan chảy lõi lò phản
ứng”.
Ngay sau vụ nổ hạt nhân hay các tai nạn hạt nhân nghiêm trọng xảy ra, bụi
phóng xạ phát tán vào mơi trường khơng khí và sau đó sẽ rơi lắng xuống bề mặt trái

đất. Việc phát tán chất phóng xạ vào mơi trường phụ thuộc vào cường độ vụ nổ, cấp
độ tai nạn, nhiên liệu cho vụ nổ, cho lò phản ứng … và ảnh hưởng lớn đến sự phát
tán là các điều kiện khí tượng nơi khu vực xảy ra sự cố. Hướng vận chuyển và sự
phân bố theo chiều gió của bụi phóng xạ phụ thuộc vào tốc độ và hướng gió, trong
khi mức độ phát tán phụ thuộc vào sự phân tầng khí quyển, nhiễu loạn khơng
khí….Các hạt có kích thước nhỏ hơn µm được phát tán vào tầng bình lưu (hoặc cao
hơn) và gây nên ơ nhiễm phóng xạ khắp tồn cầu. Các hạt có kích thước từ 50 đến
10µm hoặc có thể nhỏ hơn được giới hạn trong tầng đối lưu và gây ơ nhiễm trong
một khu vực nhất định có thể hàng trăm đến hàng nghìn kilomet. Cịn các hạt có
kích thước lớn hơn được phát tán ngay gần tâm vụ nổ, thường vài km đến vài chục
km. Rơi lắng khu vực xảy ra trong khoảng thời gian vài ngày, trong khi đó rơi lắng
tồn cầu xảy ra trong nhiều tuần, nhiều tháng, thậm chí nhiều năm sau một vụ nổ.
Như vậy, đối với rơi lắng khu vực chỉ liên quan đến một vụ nổ hay một tai nạn hạt
nhân nào đó được xác định, cịn rơi lắng tồn cầu là kết quả trộn lẫn của các hạt
trong tầng bình lưu có thể là sản phẩm của nhiều vụ nổ hạt nhân xảy ra trong quá
khứ.
1.1.2. Tác động của chất phóng xạ đối với môi trường và con người
Sự khác nhau cơ bản giữa bức xạ hạt nhân và các bức xạ thường gặp khác
như ánh sáng, nhiệt … là năng lượng cao của bức xạ hạt nhân. Nhờ đó, bức xạ hạt
nhân có thể gây ra hiện tượng ion hóa. Mật độ ion hóa phụ thuộc vào loại bức xạ,
năng lượng bức xạ và bản chất của vật chất. Tia anpha có năng lượng nhỏ hơn tia
3


bêta nhưng lại có khả năng ion hóa mạnh hơn. Mật độ ion hóa của tia gamma và tia
Rơnghen gây ra tương đối nhỏ, nhưng độ thâm nhập lại lớn hơn, nên chúng không
những tác dụng lên các tế bào ở lớp ngồi mà cịn có khả năng tác dụng lên các tế
bào ở sâu trong cơ thể. Hiện tượng ion hóa có thể dẫn đến những biến đổi phân tử
và tạo ra các liên kết hóa học có thể làm hỏng các chất nhiễm sắc thể, biến đổi cấu
trúc cũng như chức năng của tế bào. Trong cơ thể người, những biến đổi này là

những nguyên nhân chính gây ra các bệnh lâm sàng như bệnh bức xạ, bệnh đục
thủy tinh thể, bệnh ung thư…
Ảnh hưởng của bức xạ ion hóa lên cơ thể sống rất phức tạp, nhưng tất cả đều
bắt đầu bằng một quá trình vật lý thuần túy. Đó là q trình hấp thụ năng lượng của
bức xạ. Quá trình này chỉ xảy ra trong khoảnh khắc (10-12 -10-16 s) nhưng có thể để
lại trong cơ thể sống những mầm móng của các biến đổi sinh học sâu sắc. Mức độ
tác động của bức xạ đối với cơ thể phụ thuộc vào liều lượng bức xạ được hấp thụ,
loại bức xạ, đặc điểm riêng của cơ thể bị chiếu xạ và điều kiện tồn tại của cơ thể sau
khi bị chiếu xạ [5].
1.2. Phương trình vi phân của q trình khuếch tán
Khi mơ tả bằng tốn học, q trình khuếch tán các chất ơ nhiễm trong khơng
khí thường được đặc trưng bởi trị số hàm lượng chất ô nhiễm phân bố trong không
gian và biến đổi theo thời gian. Các trị số này phụ thuộc vào vận tốc gió trung bình
trong khoảng thời gian tính. Dưới tác dụng của gió tự nhiên, các luồng khí phụt lên
từ miệng ống thải sẽ bị uốn cong theo chiều gió thổi. Chất ơ nhiễm dần dần được
khuếch tán rộng ra và được gọi là vệt khí thải. Phương trình vi phân của q trình
khuếch tán chất ơ nhiễm dạng khí và dạng son khí trong khí quyển được dùng làm
cơ sở cho mọi cơng thức tốn học biểu diễn quá trình này là xuất phát từ phương
trình cổ điển về dẫn nhiệt trong vật rắn.
Trong trường hợp dịng khí chảy rối, phương trình biểu diễn hàm lượng chất
ơ nhiễm tại một điểm có tọa độ x, y, z có dạng như sau [7]:
∂C
∂τ

=

∂
∂x

( kx

∂C
∂x

) + ( ky

Trong đó:
C- là hàm lượng chất ô nhiễm [g/m3];
τ- là thời gian [s];
4

∂C
∂y

) + ( kz

∂C
∂z

)

(1.1)


kx, ky, kz –là hệ số khuếch tán rối theo phương x, y, z, tương ứng.
Để diễn giải phương trình vi phân trên, theo phương pháp Lagrange, đầu tiên
ta chọn điểm quan sát di động theo chiều của luồng khí thải. Từ điểm này, người
quan sát có cảm giác mặt đất chuyển động về phía ngược lại chiều gió.
1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình khuếch tán ơ nhiễm khơng khí
1.3.1. Ảnh hưởng của nhóm khí tượng đối với quá trình khuếch tán

Một số đặc trưng cơ bản của khí hậu Việt Nam
Chế độ gió: Trong mùa đơng, trên những trạm đảo không bị chịu ảnh hưởng bởi địa
hình thì tần suất của hướng gió thịnh hành đạt rất cao có thể lên tới 60 - 70%, trong
khi đó những trạm trong đất liền là những vùng thung lũng, nơi khuất gió, tần suất
của hướng gió thịnh hành thấp chỉ cịn 10-20% thậm chí nhỏ hơn 10%. Đối với khu
vực Tây Bắc và một số khu vực vùng núi phía Bắc, gió mùa Đơng Bắc thường phải
di chuyển đến đây dọc theo các thung lũng như sông Đà, sơng Lơ ngược nên hướng
gió thịnh hành thường chuyển thành hướng gió Đơng Nam. Về mùa hè, mặc dù gió
mùa Tây Nam dù đã phát triển dày hơn so với gió mùa đơng, chúng cơ bản đã
khống chế lớp khí quyển tầng thấp nhưng do tác động của địa hình và hồn lưu nên
trên tồn lãnh thổ, gió bề mặt cũng đổi hướng khá nhiều. Tốc độ gió lớn trên 37,2
m/s (cấp 12) có thể xảy ra trên hầu khắp các vùng đồng bằng ven biển Việt Nam.
Chế độ nhiệt: Do ảnh hưởng của khơng khí lạnh cực đới, nên nhiệt độ trung bình
năm cũng có xu hướng tăng dần từ Bắc vào Nam, từ Đông sang Tây và theo quy
luật chung là giảm dần từ thấp lên cao. Đại bộ phận lãnh thổ Việt Nam nhiệt độ
trung bình năm trên các vùng thấp đều vượt 22⁰C, từ Bắc Trung Bộ trở vào nhiệt độ
trung bình năm lớn hơn 24⁰C và vượt 26⁰C ở Nam Bộ. Vùng có nhiệt độ trung bình
năm dưới 14⁰C chỉ tồn tại chủ yếu trên dãy núi Hoàng Liên Sơn, từ độ cao khoảng
2000m trở lên. Phân bố biên độ nhiệt trong năm cũng khác nhau khá lớn giữa hai
miền Bắc và Nam.
Chế độ mưa: Ngoại trừ ven biển Trung Bộ, lượng mưa cực tiểu hằng năm thường
rơi vào mùa đông (tháng 1 hoặc tháng 2), sau đó tăng dần. Lượng mưa bắt đầu tăng
mạnh khi gió mùa hè bắt đầu ảnh hưởng tới Việt Nam. Đến khi gió mùa Tây Nam
bột phát và chiếm ưu thế, lượng mưa cũng tăng lên và duy trì ở mức cao cho đến
khi gió mùa Tây Nam suy yếu hẳn, nhường lại cho gió mùa Đơng Bắc (tháng 9,
5


tháng 10). Trọng tâm của mùa mưa thường xảy ra vào mùa hè, tháng có lượng mưa
cực đại biến động từ tháng 6-7 ở Tây Bắc, tháng 7-8 ở vùng núi phía Bắc và đồng

bằng Bắc Bộ, tháng 8-9 ở Nam Bộ và Tây Nguyên, đến tháng 11-12 lượng mưa
giảm nhanh. Trên cả nước, lượng mưa hằng năm đạt khá lớn, đại bộ phận các khu
vực đều có tổng lượng mưa năm từ 1600 - 2000mm. Tuy nhiên lượng mưa phân bố
khơng đều, có nơi tổng lượng mưa năm chỉ 794 mm (Ninh Thuận) và nơi có tổng
lượng mưa năm cao nhất lên tới 4802mm (Hà Giang).
Ảnh hưởng của nhiệt độ: Nhiệt độ khơng khí có ảnh hưởng tới sự phân bố hàm
lượng chất ơ nhiễm. Tính năng hấp thụ và bức xạ nhiệt của mặt đất có ảnh hưởng
đến sự phân bố nhiệt độ khơng khí theo chiều cao, thường thì càng lên cao nhiệt độ
khơng khí càng giảm. Gradient nhiệt độ theo chiều đứng là khoảng 0,5-1oC/100 m.
Trị số này thay đổi phụ thuộc vào địa hình vùng khảo sát. Nếu trạng thái nhiệt của
khơng khí có đặc tính ngược lại, tức là nhiệt độ ở trên cao lớn hơn ở dưới thì được
gọi là sự “nghịch nhiệt”. Sự nghịch nhiệt này làm suy yếu sự trao đổi đối lưu, làm
giảm sự khuếch tán chất ô nhiễm và làm tăng hàm lượng của chúng trong khơng khí
gần mặt đất [1]. Các trường hợp biến thiên nhiệt độ không khí theo chiều cao trên
mặt đất được trình bày trên hình 1.1 [7].

Hình 1.1. Các trường biến thiên nhiệt độ khơng khí theo chiều cao trên mặt đất [7].
Khi có nghịch nhiệt, khơng khí trở nên rất ổn định và cản trở mọi chuyển
động thẳng đứng của từng bộ phận khơng khí do lực nổi gây ra. Độ ổn định do
nghịch nhiệt tạo ra còn làm hạn chế sự trao đổi năng lượng gió của lớp khơng khí
6


sát mặt đất với gió ở các lớp khí quyển trên cao và do đó làm cản trở q trình
khuếch tán các chất ô nhiễm theo cả phương đứng lẫn phương ngang.
Trên cùng một địa điểm vào cùng một thời gian có thể có hai lớp nghịch nhiệt
cùng song song tồn tại: một lớp ở sát mặt đất đến độ cao 100-200 m và một lớp ở độ
cao từ 900-1000 m như được trình bày ở hình 1.2.

Hình 1.2. Lớp nghịch nhiệt sát mặt đất và lớp nghịch nhiệt trên cao [7].

Ảnh hưởng của gió: Gió hình thành từ các dịng chuyển động rối của khơng khí
trên mặt đất, đây là yếu tố khí tượng có ảnh hưởng lớn tới sự lan truyền các chất ơ
nhiễm. Gió khơng phải là dịng chảy ổn định, hướng và tốc độ của nó ln ln thay
đổi. Vì thế, cần có đầy đủ số liệu về tần suất gió, vận tốc gió theo từng hướng, từng
mùa trong cả năm của vùng cần khảo sát. Vận tốc gió phụ thuộc vào chênh lệch áp
suất khí quyển. Sự phân bố hàm lượng chất ô nhiễm phụ thuộc vào các đặc trưng
của gió nên hàm lượng của nó sẽ ln ln biến đổi theo thời gian và theo khoảng
cách. Đối với tầng khí quyển sát mặt đất thì tốc độ gió ban ngày lớn hơn, ngược lại
ở trên cao thì ban đêm lại có tốc độ lớn hơn.
Nhờ có gió, chất ơ nhiễm được khuếch tán rộng ra làm cho nồng độ chất ô
nhiễm giảm xuống rất nhiều so với ban đầu. Gió là nhân tố đặc biệt quan trọng
trong việc khuếch tán bụi và hơi hóa chất nặng hơn khơng khí. Gió có thể khuếch
tán chất ơ nhiễm, làm giảm nồng độ ban đầu vì nó thường gây các dịng chảy rối
của khơng khí sát mặt đất. Khác với các dòng chảy tầng xuất hiện khi gió yếu, dịng
chảy rối của khơng khí được đặc trưng bằng việc xáo trộn các phần tử khí ở các lớp
sát cạnh nhau. Do các xáo trộn này, các phần tử chất ô nhiễm cũng được nhanh
7


chóng di chuyển sang các lớp khơng khí lân cận. Kết quả là sự khuếch tán chất ô
nhiễm mạnh mẽ hơn, hiệu quả hơn [1].
Chuyển động của khơng khí gần mặt đất chịu tác động của lực ma sát bề
mặt làm cho vận tốc gió ở sát mặt đất có thể xem là bằng không và càng lên cao vận
tốc gió càng lớn dần, lúc đầu tăng nhanh về sau chậm dần [7].
Quy luật thay đổi theo chiều cao của vận tốc gió được thể hiện bằng biểu
thức sau [7]:
u(z) = φu(z1) với φ = ln

z+z0
z0

(ln

z1 +z0 −1
)
z0

(1.2)

Trong đó:
u(z): vận tốc gió ở độ cao z, [m/s];
u(z1 ): vận tốc gió đã biết ở độ cao z1 [m/s];
z0: độ cao mà ở đó vận tốc gió được xem bằng 0, [m].
z, z1: lần lượt là độ cao cần tính vận tốc và độ cao có vận tốc đã biết, [m].
Ảnh hưởng của độ ẩm và mưa: Mưa có tác dụng rửa sạch mơi trường khí. Hạt
mưa kéo theo hạt bụi, hấp thu một số chất ô nhiễm và rơi xuống đất. Do đó, ở các
vùng khơng khí có chứa chất ô nhiễm nhiều, nước mưa cũng mang theo chất ô
nhiễm làm ảnh hưởng tới mơi trường đất và nước phía dưới. Trong cơn mưa, lớp
khơng khí trên cao trút các hạt nước xuống thành mưa nên có xu hướng nóng lên,
ngược lại nước mưa rơi xuống mặt đất sẽ bốc hơi, thu nhiệt của mặt đất và lớp
khơng khí sát mặt đất nên có thể xảy ra hiện tượng nghịch nhiệt, khơng có lợi cho
việc khuếch tán chất ơ nhiễm vào khơng khí [4].
1.3.2. Ảnh hưởng của địa hình đối với q trình khuếch tán
Trường hợp địa hình khơng bằng phẳng, lúc đó trên đường lan truyền luồng
khí thải gặp vật cản có dạng như núi đồi, vực sâu, thung lũng, v.v… trường vận tốc
gió sẽ bị thay đổi, độ rối của khí quyển bị ảnh hưởng và do đó luồng khí thải sẽ bị
biến dạng, kéo theo là sự phân bố hàm lượng chất ơ nhiễm trong luồng khí thải cũng
như trên mặt đất bị thay đổi. Các công trình, nhà cửa cũng có ảnh hưởng đến q
trình khuếch tán: Trong khu công nghiệp, sự chuyển động của không khí cùng với
các phần tử bụi và hơi khí chứa trong nó khác ở các vùng trống trải. Nhà cửa, cơng

trình sẽ làm thay đổi trường vận tốc của khơng khí. Nhìn chung, ảnh hưởng của địa
hình đối với q trình khuếch tán chất ơ nhiễm là rất đa dạng và phức tạp, không thể
8


áp dụng một lý thuyết tổng quát nào bao trùm hết mọi hình thái vật cản và tình
huống có thể xảy ra mà chỉ giới hạn trong một số trường hợp đơn giản và cần dựa
vào nghiên cứu thực nghiệm cho từng trường hợp cụ thể là chủ yếu [1, 7].
1.4. Tổng quan về các nhà máy điện hạt nhân khu vực Đơng Á và thành phần
nguồn phóng xạ trong nhà máy điện hạt nhân
1.4.1. Giới thiệu chung
Việt Nam nằm trong khu vực Đông Nam Á, nơi tiếp giáp khu vực Đơng Á
hiện có 04 quốc gia và lãnh thổ có nhà máy điện hạt nhân đang hoạt động bao gồm:
Trung Quốc, Đài Loan, Nhật Bản và Hàn Quốc (Hình 1.4). Tổng số có 48 NMĐHN
với 157 tổ máy, trong đó có 116 tổ máy đang hoạt động, 20 tổ máy đang xây dựng
và 21 tổ máy đã ngừng hoạt động. Cơng nghệ lị phản ứng sử dụng trong các
NMĐHN của các nước trong khu vực Đông Á gồm BWR, GCR, PWR, HWLWR,
PHWR, FBR, HTGR. Trong đó kiểu lị phản ứng PWR và BWR chiếm tỉ lệ lớn
tương ứng là 66,9% và 26,1% như trong hình 1.3.

Hình 1.3. Tỷ lệ cơng nghệ các lị phản ứng hạt nhân khu vực Đơng Á [17].

Hình 1.4. Bản đồ các nhà máy ĐHN khu vực Đông Á [17].
9


1.4.2. Nhà máy điện hạt nhân Phòng Thành, Trung Quốc
Nhà máy điện hạt nhân Phịng Thành nằm ở phía đơng bán đảo Qisha, thành
phố Phòng Thành, cách biên giới nước ta (tỉnh Quảng Ninh) khoảng 50km. Đây là
dự án điện hạt nhân đầu tiên ở miền nam Trung Quốc. Dự án bao gồm việc xây

dựng sáu lò phản ứng hạt nhân, với tổng công suất 6 GW, theo từng giai đoạn, các
tổ máy số 1 và số 2 thuộc giai đoạn I. Giai đoạn I của dự án bao gồm việc xây dựng
hai lị phản ứng cơng suất 1000 MW (e) mỗi tổ máy, dựa trên cơng nghệ lị phản
ứng nước áp lực thế hệ II: lò CPR-1000. Việc nạp nhiên liệu cho tổ máy số 1 đã
được hoàn thành vào tháng 9 năm 2015, lò phản ứng đạt tới hạn và kết nối điện lưới
vào tháng 10-2015. Tổ máy số 1 được vận hành thương mại vào tháng 1-2016 và tổ
máy số 2 là vào tháng 7-2016. CPR-1000 là một phiên bản nâng cấp của thiết kế lò
PWR 900 MW (e) của Pháp với mã hiệu M310. Các thông số của thiết kế lò CPR1000 được cho chi tiết ở bảng dưới đây:
Bảng 1.1. Các thông số của thiết kế lị CPR-1000 [13].
Thơng số chung

Bình sinh hơi

Kiểu lị phản ứng

PWR 3 nhánh

Phần sơ cấp

Thời gian vận hành

40 (+20) năm

Số ống trao đổi nhiệt

4.474

Thiết kế chống động đất

0,2g

Đường kính ngồi/độ dày

19,05mm/1,09mm

Cơng suất điện

1.080 MW

Vật liệu ống

Inconel 690

Chu kì thay đảo nhiên liệu

18 tháng

Diện tích trao đổi nhiệt

5.430 m2

Hệ số cơng suất thiết kế

87%

Phần thứ cấp

Hiệu suất nhà máy

35%

Tốc độ dòng hơi

1.613 kg/s

Chế độ vận hành

Theo tải

Áp suất hơi lối ra

6,71 MPa

Nhiệt độ hơi

283 ⁰C

Hệ thống tải nhiệt
Công suất nhiệt

2905 MM (t)

Áp suất vận hành

15,5 MPa

Hệ phun cao áp

Nhiệt độ nước lối vào thùng lò

292,4 ⁰C

Số nhánh

3

Nhiệt độ nước lối ra thùng lò

327,6 ⁰C

Áp suất/nhiệt độ

21,2Mpa/120⁰C

Tốc độ dòng phun (Thiết

34/160 m3/h

Hệ thống an tồn ECCS

Vùng hoạt lị phản ứng

kế/cực đại)

Bó nhiên liệu

17x17AFA 3G

Hệ phun thấp áp

2

Số thanh nhiên liệu/bó

264

Áp suất/nhiệt độ

2,2Mpa/150⁰C

10


Tổng số bó nhiên liệu trong

157

850 m3/h

Tốc độ dịng phun

vùng hoạt
Chiều cao vùng hoạt

365,3 cm

Độ giàu nhiên liệu

4,5 %

Áp suất/nhiệt độ thiết kế

0,52Mpa/145 ⁰C

Mật độ cơng suất tuyến tính

186 W/cm

Đường kính trong/

37m/

Chiều cao

56m

Nhà lị

trung bình
Thừa số đỉnh cơng suất

2,25

Thể tích

49.400 m3

Độ sâu cháy nhiên liệu

52 GWd/T

Bơm phun nhà lò

2

Số chùm thanh điều khiển

61

Tốc độ dòng phun

850 m3/h

CPR-1000 được xếp vào loại lò thế hệ lò II+ được trang bị hệ đo lường và
điều khiển (I&C) số hóa và tuổi thọ thiết kế là 40 năm và có thể kéo dài lên 60 năm
nhờ những nỗ lực làm giảm tạp chất (như đồng, lưu huỳnh, phostpho) trong vật liệu
thùng lò phản ứng (RPV).

Hình 1.5. Nhà máy điện hạt nhân Phịng Thành trong giai đoạn I (Wikipedia)
Hai lò phản ứng giai đoạn II sẽ có cơng suất lắp đặt 1170 MW (e) mỗi lò.
Dự án lên kế hoạch lắp đặt các lò phản ứng HPR1000 (Hualong-1), lò phản ứng thế
hệ III. Thiết kế Hualong-1 hay HPR1000 với vùng hoạt gồm 177 bó nhiên liệu dài
3,66m, khoảng thời gian thay đảo thanh nhiên liệu từ 18-24 tháng, với 72 bó thay
nạp có độ giàu nhiên liệu 4,45%. Nó có ba nhánh tải nhiệt, boongke lị kép và hệ
thống an tồn chủ động với một số phân tử thụ động và thiết kế 60 năm. Phiên bản
này của CGN có cơng suất 3.150 MW (t), 1.150 MW (e). Độ sâu cháy nhiên liệu
trung bình đạt 45 GWd/T. Khả năng chịu động đất là 300 Gal (0,3g) [6].
11

1.4.3. Thành phần nguồn phóng xạ trong nhà máy điện hạt nhân
Hầu hết các nhà máy điện hạt nhân trên thế giới đều sử dụng phản ứng phân
hạch dây chuyền để sản xuất điện, các nhiên liệu phổ biến được sử dụng là
Uranium. Tại khu vực Đông Á, hai công nghệ lị phản ứng chính được sử dụng là
BWR và PWR. Nhiên liệu được sử dụng là các viên gốm uranium oxide (UO2). Sản
phẩm của quá trình phân hạch là các đồng vị phóng xạ có hoạt độ cao (Hình 1.6)
[17, 31].

Hình 1.6. Phân bố mảnh vỡ phân hạch của 233U, 2355 và 239Pu [31].
Các sản phẩm phân hạch đa số là các đồng vị phóng xạ có chu kì bán rã nhỏ,
trong đó có hai đồng vị sống lâu được quan tâm nhiều trong nghiên cứu môi trường
là

137

Cs (30 năm) và

29

Sr (29 năm). Ngồi ra cịn có đồng vị chu kì bán rã ngắn

nhưng cũng rất được quan tâm đó là

131

I (8 ngày) và 133Xe (5 ngày). Đồng vị 131I là

mối quan tâm chính trong bất kì đồng vị phóng xạ nào từ một vụ tai nạn hạt nhân vì
nó dễ bay hơi và có tính phóng xạ cao, có chu kì bán rã là 8 ngày. Nó là mối quan
tâm cho cơ thể con người đối với chiếu xạ trong.

137

Cs và 90Sr là đồng vị phóng xạ

nguy hiểm nhất đối với môi trường về mặt ảnh hưởng lâu dài của chúng. Chu kì bán
rã trung bình khoảng 30 năm của chúng cho thấy chúng khơng chỉ có tính phóng xạ
cao mà chúng cịn có chu kì bán rã đủ để tồn tại hàng trăm năm trong môi trường.
Chúng nằm ở lớp đất trên cùng (tầm khoảng 10cm) và có thể xâm nhập vào cơ thể
con người thơng qua chuỗi thức ăn.

131

I có thể cho liều ban đầu cao hơn nhưng do

chu kì bán rã ngắn nên nó sẽ sớm biến mất. Theo thống kê trung bình,
12

131

I và 137Cs


chiếm tương ứng khoảng 3% và 6% tổng sản phẩm phân hạch. Và đặc biệt,
137

131

I và

Cs có tỉ lệ hấp thụ qua đường tiêu hóa đều là 100% [15].

Hình 1.7: Sản phầm 131I và 137Cs từ phản ứng phân hạch hạt nhân của 235U và sơ đồ
phân rã β- của 137Cs và 131I [31].
1.5. Số hạng nguồn phát thải theo thang sự cố hạt nhân
1.5.1. Định nghĩa số hạng nguồn phát thải
Vấn đề được quan tâm nhất trong trường hợp xảy ra sự cố nghiêm trọng tại
một nhà máy điện hạt nhân chính là mức độ và hàm lượng phóng xạ, thường được
gọi với cái tên là số hạng nguồn, phát thải từ nhà máy ra mơi trường bên ngồi.
Việc nghiên cứu và phân tích bài tốn số hạng nguồn có ý nghĩa quan trọng trong
cơng tác phịng chống và ứng phó sự cố hạt nhân. Số hạng nguồn có thể được định
nghĩa là mức độ, hình thức, cách thức phát thải và các dạng hợp chất hóa học và vật
chất phát thải từ các nguồn phóng xạ bên trong và bên ngồi vỏ thùng lị phản ứng.
Lượng số hạng nguồn được tạo ra phụ thuộc vào nồng độ chất phân hạch, thời gian
hoạt động và chu kỳ, công suất hoạt động và diễn biến sự cố [24]…. Số hạng nguồn
có thể được giải phóng từ nhiên liệu hạt nhân trong quá trình gia nhiệt, các nguyên
13


vật liệu trong vùng hoạt hoặc từ các phản ứng của các chất nóng chảy vùng hoạt với
các thành phần vật liệu bê tơng khoang nhà lị (Cavity) trong các trường hợp xảy ra
sự cố. Số hạng nguồn của đồng vị phát thải ra mơi trường khơng khí được tính tốn
theo cơng thức sau:
Số hạng nguồn i
= FPI i × mức cơng suất (MWe) × CRF i × (∏nj=1 RDF(i,j) ) × EFi

(1.3)

Trong đó:
 i là loại nhân phóng xạ, n là tổng số cơ chế làm suy giảm.

 FPI i là hoạt độ của nguyên tố phóng xạ loại i tích trữ trong vùng hoạt
hoặc trong nước làm mát. (Ci/MWe).
 CRF i =

Lượng đồng vị loại i phát thải từ vùng hoạt
Lượng đồng vị loại i tồn dư trong vùng hoạt

.

 RDFi =
Lượng đồng vị loại i có sẵn cho phát thải sau khi tiến hành các cơ chế làm giảm
Lượng đồng vị loại i có sẵn cho phát thải trước thi tiến hành các cơ chế làm giảm

 EFi =

Lượng đồng vị loại i phát thải ra ngoài mơi trường
Lượng đồng vị loại i có sẵn cho phát thải

Các tham số này đều được cung cấp trong tài liệu NUREG1228.
1.5.2. Trường hợp nhà máy điện hạt nhân hoạt động bình thường
Trong điều kiện nhà máy điện hạt nhân hoạt động bình thường, sử dụng các
thơng tin về thành phần đồng vị phát thải và suất phát thải cho trong bảng sau để
làm dữ liệu đầu vào cho việc tính tốn mơ phỏng.
Bảng 1.2. Thành phần các đồng vị phóng xạ trong khí thải của lị phản ứng PWR theo UNSCEAR 2000 [18]
Đồng vị

Bq/MWe năm

Đồng vị

Bq/MWe năm

H-3

7.800E+09

I-132

4.440E+05

C-14

2.220E+08

I-133

2.479E+06

Ar-41

2.100E+09

I-134

9.250E+04

Kr-85

2.500E+10

I-135

2.072E+06

Kr-88

2.000E+09

Sr-90

1.813E+06

Xe-133

4.690E+11

Ru-103

1.813E+06

Xe-135

2.600E+10

Ru-106

1.813E+06

14

I-129

1.813E+06

Cs-134

2.200E+06

I-131

1.947E+06

Cs-137

2.200E+06

1.5.3. Trường hợp xảy ra sự cố hạt nhân
Nhằm giúp công chúng hiểu rõ hơn về các mức độ nguy hiểm của sự cố/tai
nạn hạt nhân, Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) đã sử dụng thang
phân loại sự kiện hạt nhân Quốc Tế (International Nuclear Event Scale – INES) để
đánh giá mức độ của một sự cố hoặc tai nạn hạt nhân. Trong thang INES, các sự cố
hạt nhân được đánh số theo mức độ mất an toàn tăng dần, bắt đầu từ 0 đến 7. Phân
loại theo thang INES được áp dụng cho mọi cơ sở hạt nhân, từ nhà máy điện hạt
nhân tới cơ sở xử lý nhiên liệu, bao gồm các cấp độ như sau:

Hình 1.8. Các cấp sự cố và tai nạn hạt nhân theo thang đo INES của IAEA [32].
Trên thế giới đã từng xảy ra hai tai nạn nhà máy điện hạt nhân được đánh giá
ở mức độ 7 đó là tai nạn tại nhà máy điện hạt nhân Chernobyl ở Liên Xô cũ năm
1986 và tai nạn nhà máy điện hạt nhân Fukushima ở Nhật Bản vào tháng 3 năm

2011.
IAEA đã tổng kết về các sự cố nhẹ, cấp độ 1-3, xảy ra đối với các nhà máy
điện hạt nhân trên thế giới. Nguyên nhân của các sự cố này thường xuất phát từ các
lỗi không trầm trọng của các thiết bị, và chúng đã được phát hiện và khắc phục kịp
thời trước khi có thể gây ra các hậu quả tiếp theo mà có thể là khởi đầu của các tai
nạn. Về nguyên tắc, các sự cố này chưa gây phát tán phóng xạ, đặc biệt là các sản
phẩm phân hạch, tác động đến môi trường và sức khỏe con người. Do vậy, số liệu
phát thải chất phóng xạ trong trường hợp xảy ra sự cố cấp độ 1 đến 3 được xem xét
giống như trường hợp nhà máy điện hạt nhân hoạt động bình thường. [32].
15


Đối với các sự cố/tai nạn từ cấp 4 tới cấp 7, số hạng nguồn phát thải ra mơi
trường ngồi sẽ căn cứ vào từng cấp độ hư hại theo thang INES, dựa trên tài liệu
hướng dẫn NUREG 1228 của Ủy Ban Pháp Quy Hạt Nhân Hoa Kỳ, việc xác định
này được thực hiện như sau [29]:


Bước đầu tiên để xác định số hạng nguồn đó là thiết lập nguồn gốc phát thải
hoặc khả năng phát thải và đặc điểm của nó. Việc này được thực hiện bằng cách
sử dụng thông tin về các thông số của nhà máy, các thiết bị đo đạc bức xạ, hoặc
bằng việc lấy mẫu. Các thơng số của nhà máy là hữu ích nhất trong việc xác
định mức độ thiệt hại của vùng hoạt, trong khi đó các thiết bị đo đạc bức xạ hữu
ích nhất trong việc định vị nguồn gốc của các nhân phóng xạ và sau đó theo dõi
sự phát thải từ nguồn thông qua nhà máy hoặc ra môi trường bên ngồi.



Bước tiếp theo đó là xác định lượng sản phẩm phân hạch phát tán từ nhiên liệu
tới vùng hoạt, từ vùng hoạt tới khơng gian nhà lị, và từ nhà lị tới mơi trường

ngồi. Tham số hoạt độ tích trữ của các đồng vị phóng xạ FPI i được cho trong
bảng sau:

Bảng 1.3. Hoạt độ tích trữ của các đồng vị phóng xạ sinh ra trong vùng hoạt [29].
Lượng tích
Đồng vị

trữ

Lượng tích
Đồng vị

trữ

(Ci/MWe)
85

Lượng tích
Đồng vị

(Ci/MWe)

trữ
(Ci/MWe)

560

129m

5300

133

85m

Kr

24000

131m

Te

13000

133m

Xe

6000

87

Kr

47000

132

Te

120000

135

Xe

34000

88

Kr

68000

127

Sb

6100

138

Xe

170000

129

Sb

33000

134

Cs

7500

Kr

Te

Xe

170000

89

Sr

94000

90

Sr

3700

131

I

85000

136

Cs

3000

91

Sr

110000

132

I

120000

137

Cs

4700

Y

120000

133

I

170000

140

Ba

160000

Mo

160000

134

I

190000

140

135

I

150000

144

Xe

1000

239

91
99

103

Ru

110000

106

Ru

25000

131m

16

La

160000

Ce

85000

Np

1.64×106


Sự cố cấp độ 7
Tai nạn rất nghiêm trọng (Major accident), vùng hoạt bị nóng chảy và các
lớp bảo vệ bị hư hại rất nghiêm trọng. Giả sử lò phản ứng đang hoạt động tại công
suất 1000MWe, sự cố mất nước tải nhiệt vùng hoạt (LOCA) xảy ra với nguyên
nhân do nứt ống trong hệ thống tải nhiệt vùng hoạt (Reactor Coolant System –
RCS). Hệ quả của sự kiện này dẫn đến hiện tượng mất nước vùng hoạt, đồng thời hệ
thống làm ngập thùng lị bị hỏng khơng hoạt động, hệ quả xảy ra là nhiệt độ nhiên
liệu tăng lên nhanh chóng, đạt ngưỡng 4500oF và nóng chảy hồn tồn nhiên liệu
trong thùng lị. Vậy, với trường hợp nóng chảy vùng hoạt, hệ số Core Release
Fraction (CRF) tương ứng sẽ như sau:
Bảng 1.4. Hệ số CRF khi vùng hoạt nóng chảy [29].
Loại đồng vị

Hệ số CRF khi vùng hoạt nóng chảy

Xe, Kr, Cs, I

1.0

Sb

0.02

Te

0.3

Ba

0.2

Sr

0.07

Mo

0.1

Ru

0.007

La, Y, Ce, Np

1×10-4

Đối với sự cố này, giả sử bao gồm mất điện cả hệ thống (station black out),
các ắc-quy dự phịng cũng khơng hoạt đơng. Bên cạnh đó, xảy ra tai nạn bypass và
nhà lị bị hư hại đáng kể, do mất điện nên hệ thống phun nhà lị khơng hoạt động.
Do đó hệ số Reduction Fraction (RDF) sẽ bao gồm: RDF1 = 0.4 (do tai nạn bypass)
và RDF2 = 0.04 (nhà lò bị hỏng nghiêm trọng, hệ thống phun nhà lị khơng hoạt
động, phóng xạ được giam giữ 30 phút trong nhà lò).
Do thùng lị bị nóng chảy sẽ sinh ra một lượng đáng kể khí H2, theo thời gian
tích tụ, lượng khí H2 này sẽ là nguyên nhân chính gây ra nổ nhà lị, khi đó hệ số
Escape Fraction (EF) = 1.0.
Do vậy, số hạng nguồn trong sự cố này được tính như bảng dưới đây:
17