TÀO XUÂN KHÁNH
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Tào Xuân Khánh
VẬT LÝ KỸ THUẬT
ĐÁNH GIÁ PHÁT TÁN PHÓNG XẠ
TRONG MÔI TRƯỜNG KHÍ
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
VẬT LÝ KỸ THUẬT

2008 - 2010
Hà Nội – Năm 2010
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Tào Xuân Khánh
ĐÁNH GIÁ PHÁT TÁN PHÓNG XẠ TRONG MÔI TRƯỜNG KHÍ
Chuyên ngành : Kỹ thuật hạt nhân và Vật lý môi trường
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
VẬT LÝ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
1. TS Đặng Thanh Lương
2. TS. Nguyễn Hào Quang
Hà Nội – Năm 2010
2
MỤC LỤC
MỤC LỤC 3
LỜI CAM ĐOAN 5
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN 6
DANH MỤC BẢNG SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN 8

PHẦN MỞ ĐẦU 11
A. Lý do chọn đề tài 11
B. Lịch sử nghiên cứu 12
C. Mục đích nghiên cứu 14
D. Đối tượng nghiên cứu 14
E. Phạm vi nghiên cứu 14
F. Các luận điểm cơ bản và đóng góp mới 14
G. Phương pháp nghiên cứu 16
Chương 1 18
TỔNG QUAN VỀ ĐÁNH GIÁ PHÁT TÁN PHÓNG XẠ 18
TRONG KHÔNG KHÍ 18
1.1. Phát tán chất phóng xạ trong không khí 18
1.2. Mô hình phát tán phóng xạ trong môi trường khí 19
1.2. Hai phương pháp đánh giá phát tán phóng xạ phổ biến 22
1.2.1. Phương pháp sử dụng mô hình Gauss 22
1.2.2. Phương pháp sử dụng mô hình Lagrangian 23
1.3. Quy trình đánh giá phát tán phóng xạ trong môi trường khí 24
1.3.1. Các thông số đầu vào cơ bản của một chương trình đánh giá phát
tán phóng xạ 26
1.3.2. Chương trình điều tra khí tượng 27
Chương 2 29
GIỚI THIỆU MỘT SỐ PHẦN MỀM TÍNH TOÁN VÀ PHẦN MỀM SỬ
DỤNG TRONG LUẬN VĂN 29
2.1. Phần mềm Hyplit 30
2.1.1. Sử dụng phần mềm 30
3.1.2. Một số tệp tin dữ liệu khí tượng sử dụng trong mô hình 38
2.2. Chương trình IXP (International Exchange Program) 38
2.2.1. Sử dụng phần mềm 40
2.2.2. Kết quả đầu ra cho ta các thông tin sau 42
2.3. Phần mềm CAP88-PC 43

2.3.1. Sử dụng phần mềm 43
2.3.3. Kết quả đầu ra của CAP88-PC 48
Chương 3 49
ÁP DỤNG PHẦN MỀM ĐỂ ĐÁNH GIÁ PHÁT TÁN PHÓNG XẠ TRONG
49
3
MỘT BÀI TOÁN GIẢ ĐỊNH 49
3.1. Bài toán 1: Dự báo quỹ đạo (hướng) di chuyển của chất phóng xạ trong
không khí 49
3.2. Bài toán 2: Dự báo quỹ đạo di chuyển mây phóng xạ theo dạng lưới. 53
3.3. Bài toán 3: Đánh giá nồng độ phóng xạ trong không khí 54
3.4. Bài toán 4: Dự báo phát tán phóng xạ từ một khu vực khác ảnh hưởng
đến Việt Nam 57
3.5. Bài toán 5: Đánh giá suất liều chiếu xạ mặt đất, tổng lượng rơi lắng
phóng xạ, liều hiệu dụng trong sự cố phát tán phóng xạ trong không khí. .60
3.6. Bài toán 6: Đánh giá ảnh hưởng của phóng xạ trong môi trường khí
trong điều kiện phát thải liên tục chất phóng xạ hoạt độ thấp 65
3.7. So sánh với các phần mềm khác 72
Chương 4 80
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80
4.1. Kết luận 80
4.2. Kiến nghị 80
TÀI LIỆU THAM KHẢO 82
PHỤ LỤC 84
Phụ lục 1: Kết quả tính toán nồng độ chất phóng xạ áp dụng phần mềm
Hysplit 84
Phụ lục 2: Kết quả tính toán phát tán phóng xạ áp dụng chương trình IXP96
Phụ lục 3: Kết quả tính toán sử dụng phần mềm CAP88-PC 99
4
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Luận văn “Đánh giá phát tán phóng xạ trong môi trường
khí” là công trình nghiên cứu riêng của tôi.
Các số liệu trong luận văn được sử dụng trung thực. Kết quả nghiên cứu
được trình bay trong luận văn chưa từng được công bố tại bất kỳ công trình nào
khác.
Tôi xin chân thành cảm ơn các giảng viên trường Đại học Bách Khoa Hà nội
đã truyền đạt cho tôi kiến thức trong thời gian học ở trường.
Tôi xin chân thành cảm ơn Cục An toàn bức xạ và hạt nhân đã tạo điều kiện
cho tôi trong quá trình làm luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Đặng Thanh Lương và TS. Nguyễn Hào
Quang đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành tốt luận văn này.
Hà nội, ngày 18 tháng 4 năm 2011
Tác giả luận văn
Tào Xuân Khánh
5
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
Hình 1.1: Ví dụ về các quá trình chủ yếu ảnh hưởng đến sự vận chuyển của
nhân phóng xạ phát thải trong môi trường khí
19
Hình 1.2 : Sơ đồ quy trình tính toán phát tán phóng xạ trong môi trường khí 25
Hình 2.1: Giao diện ngoài của Phần mềm 31
Hình 2.2: Menu chính 31
Hình 2.3: Nhập thông số đầu vào qua lệnh Setup Run 31
Hình 2.4: Giao diện nhập thông số đầu vào 32
Hình 2.5: Nhập vị trí phát thải (trong ví dụ là 3 vị trí) 32
Hình 2.6: Chạy chương trình tính quỹ đạo 32
Hình 2.7: Thiết lập hiển thị kết quả 33
Hình 2.8: Ví dụ về kết quả tính toán quỹ đạo 33
Hình 2.9: Nhập thông số đầu vào qua lệnh Setup Run 34
Hình 2.10: Giao diện nhập thông số đầu vào 34

Hình 2.11: Giao diện thiết lập các thông tin về chất ô nhiễm, lưới nồng độ, rơi
lắng
34
Hình 2.12: Giao diện thiết lập các thông số về chất ô nhiễm 35
Hình 2.13: Giao diện thiết lập các thông số về lưới nồng độ 35
Hình 2.14: Giao diện thiết lập thông số về rơi lắng 36
Hình 2.15: Chạy chương trình tính nồng độ 36
Hình 2.16: Màn hình thiết lập hiển thị 37
Hình 2.17: Ví dụ về kết quả tính toán nồng độ 37
Hình 2.18: Giao diện 1 khi chạy phần mềm CAP88-PC 44
Hình 2.19: Giao diện 2 khi chạy phần mềm CAP88-PC 44
Hình 2.20: Tab cung cấp dữ liệu về nguồn phát thải 45
Hình 2.21: Tab lựa chọn cách chạy CAP88-PC 45
Hình 2.22: Tab cung cấp dữ liệu khí tượng 46
Hình 2.23: Tab cung cấp thông số vật lý về nguồn thải 47
Hình 2.24: Tab cung cấp thông tin về sản xuất nông nghiệp 47
Hình 2.25: Tab cung cấp thông tin về đồng vị phóng xạ phát thải 48
Hình 3.1: Kết quả tính toán quỹ đạo di chuyển theo dạng lưới 54
Hình 3.2: Phát tán phóng xạ từ ngày 8/4 đến 9/4/2011 57
Hình 3.3: Phát tán phóng xạ từ ngày 9/4 đến 10/4/2011 58
Hình 3.4: Phát tán phóng xạ từ ngày 10/4 đến 11/4/2011 58
Hình 3.5: Phát tán phóng xạ từ ngày 11/4 đến 12/4/2011 59
Hình 3.6: Phát tán phóng xạ từ ngày 12/4 đến 13/4/2011 59
Hình 3.7: Phân bố liều theo khoảng cách và hướng 68
Hình 3.8: Tính toán quỹ đạo từ Nga 73
Hình 3.9: Tính toán quỹ đạo từ Nhật Bản 74
Hình 3.10: Tính toán quỹ đạo từ Trung Quốc 75
Hình 3.11: Tính toán quỹ đạo từ Hysplit 76
6
Hình 3.12: Kết quả tính toán nồng độ (từ 4/4 đến 5/4/2011) 77

Hình 3.13: Kết quả tính toán nồng độ (từ 5/4 đến 6/4/2011) 78
Hình 3.14: Kết quả tính toán nồng độ (từ 6/4 đến 7/4/2011) 79
7
DANH MỤC BẢNG SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
Bảng 1.1: Phân loại độ ổn định khí quyển theo Pasquil-Gifford 23
Bảng 2.1: Một số tệp tin dữ liệu khí tượng sử dụng trong mô hình 38
Bảng 2.2: Giao diện nhập thông số đầu vào của mô hình phát tán theo ống
khói
41
Bảng 3.1: Kết quả tính toán 2 quỹ đạo trong 12 tháng (năm 2010) 50
Bảng 3.2: Kết quả tính toán suất liều chiếu xạ ở mặt đất
đối với đồng vị phóng xạ Cs-137 (ngày 1/4/2011)
62
Bảng 3.3: Kết quả tính toán tổng lượng rơi lắng phóng xạ
đối với đồng vị phóng xạ Cs-137 (1/4/2011)
63
Bảng 3.4: Kết quả tính toán tương đương liều hiệu dụng
đối với đồng vị phóng xạ Cs-137 (1/4/2011)
64
Bảng 3.5: Tốc độ trung bình và tần suất gió theo 16 hướng và ứng với cấp
ổn định khí quyển A theo sự phân lớp của Pasquil
66
Bảng 3.6 : Thông số về các đồng vị phóng xạ phát thải trong năm 67
Bảng 3.7: Số liệu về nông nghiệp 68
Bảng 3.8: Liều tương đương trong các cơ quan (mrem/năm) 69
Bảng 3.9: Tóm tắt liều hiệu dụng thông qua các con đường xâm nhập
(mrem/năm)
69
Bảng 3.10: Tóm tắt liều hiệu dụng gây ra bởi các đồng vị phóng xạ
(mrem/năm)

70
Bảng 3.11: Các nguy cơ ung thư 70
Bảng 3.12: Nguy cơ ung thư từ các nguồn khác nhau 71
Bảng 3.13: Nguy cơ gây ung thư của các đồng vị phóng xạ 71
Bảng PL1.1: Kết quả tính toán nồng độ phát tán (1/1/2010) 84
Bảng PL1.2: Kết quả tính toán nồng độ phát tán (1/2/2010) 85
Bảng PL1.3: Kết quả tính toán nồng độ phát tán (1/3/2010) 86
Bảng PL1.4: Kết quả tính toán nồng độ phát tán (1/4/2010) 87
Bảng PL1.5: Kết quả tính toán nồng độ phát tán (1/5/2010) 88
Bảng PL1.6: Kết quả tính toán nồng độ phát tán (1/6/2010) 89
Bảng PL1.7: Kết quả tính toán nồng độ phát tán (1/7/2010) 90
Bảng PL1.8: Kết quả tính toán nồng độ phát tán (1/8/2010) 91
Bảng PL1.9: Kết quả tính toán nồng độ phát tán (1/9/2010) 92
Bảng PL1.10: Kết quả tính toán nồng độ phát tán (1/10/2010) 93
Bảng PL1.11: Kết quả tính toán nồng độ phát tán (1/11/2010) 94
Bảng PL1.12: Kết quả tính toán nồng độ phát tán (1/12/2010) 95
Bảng PL2.1: Kết quả tính toán suất liều chiếu xạ ở mặt đất
đối với đồng vị phóng xạ I-131 (1/4/2011)
96
Bảng PL2.2: Kết quả tính toán tổng lượng rơi lắng phóng xạ
đối với đồng vị phóng xạ I-131 (1/4/2011)
97
Bảng PL2.3: Kết quả tính toán tương đương liều hiệu dụng 98
8
đối với đồng vị phóng xạ v
Bảng PL3.1: Liều hiệu dụng cá nhân (cho tất cả các đồng vị phóng xạ và các
con đường xâm nhập (mrem/năm)
99
Bảng PL3.2: Nguy cơ tử vong (số người chết) – tính cho tất cả các đồng vị
phóng xạ và các con đường xâm nhập

99
Bảng PL3.3: Nồng độ nhân phóng xạ tại khoảng cách 300 m 100
Bảng PL3.4: Nồng độ nhân phóng xạ tại khoảng cách 700 m 100
Bảng PL3.5: Nồng độ nhân phóng xạ tại khoảng cách 2000 m 101
Bảng PL3.6: Nồng độ nhân phóng xạ tại khoảng cách 5630 m 101
Bảng PL3.7: Nồng độ nhân phóng xạ tại khoảng cách 8050 m 102
Bảng PL3.8: Nồng độ nhân phóng xạ tại khoảng cách 10000 m 102
Bảng PL3.9: Nồng độ nhân phóng xạ tại khoảng cách 20000 m 103
Bảng PL3.10: Nồng độ nhân phóng xạ tại khoảng cách 33200 m 103
Bảng PL3.11: Nồng độ nhân phóng xạ tại khoảng cách 50000 m 104
Bảng PL3.12: Nồng độ nhân phóng xạ tại khoảng cách 80000 m 104
Bảng PL3.13 : Phân bố nồng độ tương đối của lớp không khí gần mặt đất
của Kr-85(giây/m
3
)
105
Bảng PL3.14 : Phân bố nồng độ tương đối của lớp không khí gần mặt đất
của I-131(giây/m
3
)
105
Bảng PL3.15: Phân bố nồng độ tương đối của lớp không khí gần mặt đất
của I-133 (giây/m
3
)
106
Bảng PL3.16 : Phân bố nồng độ tương đối của lớp không khí gần mặt đất
của Co-60 (giây/m
3
)

106
Bảng PL3.17: Phân bố nồng độ tương đối của lớp không khí gần mặt đất
của Co-58 (giây/m
3
)
107
Bảng PL3.18: Phân bố nồng độ tương đối của lớp không khí gần mặt đất
của Mn-54 (giây/m
3
)
107
Bảng PL3.19: Phân bố nồng độ tương đối của lớp không khí gần mặt đất
của Fe-59 (giây/m
3
)
108
Bảng PL3.20: Phân bố nồng độ tương đối của lớp không khí gần mặt đất
của Sr-89 (giây/m
3
)
108
Bảng PL3.21: Phân bố nồng độ tương đối của lớp không khí gần mặt đất
của Sr-90 (giây/m
3
)
109
Bảng PL3.22: Phân bố nồng độ tương đối của lớp không khí gần mặt đất
của Cs-134 (giây/m
3
)

109
Bảng PL3.23: Phân bố nồng độ tương đối của lớp không khí gần mặt đất
của Cs-137 (giây/m
3
)
110
Bảng PL3.24: Phân bố nồng độ tương đối của lớp không khí gần mặt đất của
C-14 (giây/m
3
)
110
9
Bảng PL3.25: Phân bố nồng độ tương đối của lớp không khí gần mặt đất của
H-3 (giây/m
3
)
111
10
PHẦN MỞ ĐẦU
A. Lý do chọn đề tài
Trên thế giới đã xảy ra nhiều sự cố bức xạ và hạt nhân gây hậu quả rất
nghiêm trọng liên quan đến lò phản ứng hạt nhân và các cơ sở hạt nhân.
Tai nạn Windscale tháng 10/1957 tại Windscale (nay là Sellafield), Cumbia
(Phía bắc nước Anh). Các đồng vị phóng xạ như Xe-133, I-131, Po-210, Cs-137 đã
phát thải trong thời gian 21 giờ với hoạt độ rất lớn và gây ảnh hưởng cho một khu
vực rộng 580 km
2
(50 x 15 km).
Tại nạn Three Mile Island liên quan đến lò phản ứng PWR xảy ra tháng
3/1979 tại Harriburg, Pennsylvania, Mỹ. Phát tán phóng xạ Xe-133 và I-131 rất lớn.

Chiếu xạ chủ yếu là các mây phóng xạ. Gió tốc độ thấp và hướng thay đổi đã sinh ra
sự phát tán rất phức tạp tại khu vực có sự cố. Quyết định sơ tán hơn 100000 người
bao gồm bà mẹ mang thay và trẻ em.
Tai nạn Chernobyl là tai nạn nghiêm trọng nhất đến nay xảy ra ngày
26/4/1986 tại tổ số 4 của Chernobyl, các Kiew 100km về phía Bắc, thủ đô của
Ukraine. Chất phóng xạ phát tán trong 10 ngày và có nhiều đồng vị phóng xạ Xe-
133, I-131, Po-210, Cs-137, Sr-90, Pu-239. Nhiệt độ cao tại điểm phát thải làm
nâng độ cao hiệu dụng của mây phóng xạ (khoảng 1000 m). Phóng xạ đã di chuyển
rất xa. Các con đường chiếu xạ chủ yếu từ mây phóng xạ, hít thở I-131 và bị chiếu
xạ từ mặt đất bị nhiễm bẩn phóng xạ. Trong vòng nhiều ngày, mây phóng xạ lan tỏa
toàn châu Âu và bán cầu Bắc. Rơi lắng I-131 và Cs-137 cũng gây ra nhiễm bẩn
phóng xạ lớn cho thực phẩm. Rất nhiều người phải sơ tán và diện tích phải tẩy xạ
lên đến 7000 km
2
[1].
Tai nạn ở nhà máy Fukushima tháng 3/2011 cũng là một tai nạn nghiêm
trọng và gây rất nhiều quan tâm của cộng đồng thế giới và Việt Nam.
Trong các sự cố này, Nhật Bản và nhiều nước đã có những tính toán và dự
báo về ảnh hưởng của mây phóng xạ từ Fukushima đến các khu vực khác của Nhật
Bản và ảnh hưởng đến các nước khác. Kết quả của các dự báo này giúp cho Nhật
Bản và các nước có những quyết sách thích hợp trong tình huống sự cố.
11
Việt Nam chuẩn bị xây dựng nhà máy điện hạt nhân tại Ninh Thuận [16], các
quy định của pháp luật cũng đã nhấn mạnh đến các mục tiêu đảm bảo an toàn trong
điều kiện vận hành bình thường và trong trường hợp xảy ra sự cố, phải đảm bảo
phải đảm bảo mức chiếu xạ trong và ngoài nhà máy dưới mức giới hạn cho phép và
ở mức thấp nhất có thể đạt được một cách hợp lý trong điều kiện vận hành bình
thường và đảm bảo giảm thiểu mức độ ảnh hưởng của chiếu xạ trong trường hợp
xảy ra sự cố.
Một trong những phương pháp để đánh giá và dự báo được ảnh hưởng của

phóng xạ thoát ra từ nhà máy điện hạt nhân là sử dụng các phần mềm tính toán phát
tán phóng xạ trong không khí.
Đánh giá phát tán phóng xạ trong môi trường khí là một vấn đề không mới
và đã được nhiều tổ chức quốc tế, nhiều nước xây dựng và phát triển. Nhưng Việt
Nam chúng ta chưa tập trung nghiên cứu vào những vấn đề này. Tác giả chọn đề tài
này để bước đầu tìm hiểu quy trình đánh giá phát tán phóng xạ trong môi trường
khí, sử dụng các phần mềm tính toán phát tán để có thể dự báo và đánh giá các ảnh
hưởng của phóng xạ trong không khí và tạo tiền đề cho những nghiên cứu sâu hơn,
có tính thực tiễn cao hơn phục vụ công việc mà tác giả đang làm tại nơi công tác và
phần nào hỗ trợ công tác quản lý trong lĩnh vực năng lượng nguyên tử.
B. Lịch sử nghiên cứu
* Trên thế giới:
IAEA đã ban hành Bộ quy tắc ứng xử về An toàn Nhà máy điện hạt nhân:
Lựa chọn địa điểm, Safety Series 50-C-S trong đó đưa ra các yêu cầu về việc xem
xét tác động của nhà máy điện hạt nhân đối với vùng bao quanh và tính toán phân
bố dân cư trong khu vực đặt nhà máy.
Sau đó IAEA đã nghiên cứu và cho ra đời ấn phẩm Hướng dẫn an toàn số
NS-G-3.2 “Phát tán chất phóng xạ trong môi trường không khí và nước và Tính
toán phân bố dân cư trong đánh giá địa điểm cho nhà máy điện hạt nhân”[5]. Hướng
dẫn này đưa ra các khuyến cáo để đáp ứng được các yêu cầu trong Bộ quy tắc dựa
trên cơ sở hiểu biết về cơ chế phát tán chất thải phóng xạ vào môi trường không khí
12
và nước. Các đặc trưng của địa điểm và vấn đề an toàn được đưa ra trong Hướng
dẫn này.
Kết quả của việc đánh giá phát tán sẽ được xem xét dựa trên tình trạng phân
bố dân cư, tỉ lệ tăng trưởng dân cư dự kiến, đặc trưng địa lý riêng, khả năng của
mạng lưới giao thông, công nghiệp, nông nghiệp và các hoạt động giải trí trong
vùng lân cận nhà máy điện hạt nhân.
IAEA và các nước như Mỹ, Nga, Trung Quốc, Úc, Châu Âu,…đã sử dụng
các phần mềm tính toán phát tán phục vụ cho việc đánh giá tác động của bức xạ

trong các điều kiện bình thường và sự cố (Hysplit, IXP, CAP88PC, PAVAN,
XOQDOQ,…).
* Việt Nam:
Luật Năng lượng nguyên tử (NLNT) đã được Quốc hội nước Cộng hoà xã
hội chủ nghĩa Việt Nam khóa XII, kỳ họp thứ 3 thông qua ngày 3/6/2008 và có hiệu
lực thi hành từ ngày 1/1/2009. Trong đó, tại Điều 82 đã phân loại các nhóm tình
huống sự cố, sự phát tán của phóng xạ đối với môi trường và ảnh hưởng của phóng
xạ với con người. Điều 83 quy định các mức sự cố và mức độ phát tán chất phóng
xạ và quy định các kế hoạch ứng phó sự cố phải bao gồm dự kiến các tình huống sự
cố xảy ra; hạn chế sự cố lan rộng, cô lập khu vực nguy hiểm và kiểm soát an toàn.
Trong thời gian tới Bộ Khoa học và Công nghệ sẽ thông qua Thông tư hướng
dẫn đánh giá an toàn hạt nhân đối với địa điểm nhà máy điện hạt nhân yêu cầu tuân
thủ các điều kiện cụ thể nhằm giảm thiểu ảnh hưởng của bức xạ đối với cộng đồng
dân cư.
Như vậy các yêu cầu quản lý đã đặt ra yêu cầu tương đối cụ thể về việc đánh
giá và kiểm soát phóng xạ trong cả điều kiện hoạt động an toàn và các tình huống
sự cố. Tuy nhiên, vấn đề đánh giá phát tán phóng xạ trong môi trường khí đến nay
vẫn chưa được nghiên cứu cụ thể cho trường hợp nhà máy điện hạt nhân ở Việt
Nam.
13
C. Mục đích nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu đầu tiên của đề tài là hiểu được các khái niệm cơ bản
về phát tán phóng xạ trong không khí, các phương pháp sử dụng mô hình toán để
tính toán phát tán phóng xạ. Mục đích nghiên cứu thứ hai là nghiên cứu sử dụng
một số phần mềm tính toán để phân tích và đánh giá phát tán phóng xạ trong môi
trường khí trong một số tình huống giả thiết gần với thực tế để hiểu rõ về phần mềm
và tính ứng dụng của các phần mềm.
D. Đối tượng nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu phương pháp đánh giá phát tán và quy trình cơ bản đánh
giá phát tán phóng xạ trong môi trường khí. Ngoài ra, tác giả cũng nghiên cứu một

số chương trình tính toán phán tán trong trường hợp hoạt động của nhà máy điện hạt
nhân trong điều kiện hoạt động bình thường và trong trường hợp sự cố.
E. Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu của luận văn là phương pháp và quy trình đánh giá phát
tán phóng xạ; sử dụng 3 phần mềm/chương trình (sau đây gọi là phần mềm) tính
toán để minh chứng quy trình và đưa ra các khả năng tính toán của phần mềm theo
dữ liệu đầu vào có sự liên hệ với thực tế.
F. Các luận điểm cơ bản và đóng góp mới
Ngày 24/6/2010, Thủ tướng Chính phủ đã ra Quyết định số 957/QĐ-TTg về
việc phê duyệt Quy hoạch tổng thể phát triển, ứng dụng năng lượng nguyên tử vì
mục đích hòa bình đến năm 2020 (gọi tắt là Quy hoạch tổng thể) [16]. Quyết định
này thay thế cho Quyết định số 114/2007/QĐ-TTg ngày 23 tháng 7 năm 2007 của
Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Kế hoạch tổng thể thực hiện Chiến lược ứng dụng
năng lượng nguyên tử vì mục đích hòa bình đến năm 2020. Các Quyết định này đã
chỉ rõ quan điểm của nước ta trong việc đầu tư phát triển ứng dụng trong lĩnh vực
năng lượng nguyên tử và tiến đến hình thành ngành công nghiệp hạt nhân. Bên cạnh
đó cũng cần thực hiện việc đảm bảo an toàn, an ninh theo tiêu chuẩn quốc tế cho
các hoạt động trong lĩnh vực năng lượng nguyên tử, đặc biệt trong xây dựng và vận
hành nhà máy điện hạt nhân.
14
Luật Năng lượng nguyên tử số 18/2008/QH12 [10] và một số văn bản dưới
Luật như Nghị định 70/2001/NĐ-CP [14] đã đưa ra các quy định đối với nhà máy
điện hạt nhân nhằm đảm bảo các điều kiện an toàn, an ninh từ lựa chọn, phê duyệt
địa điểm, thiết kế, xây dựng, lắp đặt, vận hành, chấm dứt hoạt động.
Nghị định số 70/2001/NĐ-CP của Thủ tướng Chính phủ quy định chi tiết và
hướng dẫn thi hành một số điều của Luật Năng lượng nguyên tử về Nhà máy điện
hạt nhân. Chương II của Nghị định này nêu rõ các mục tiêu đảm bảo an toàn trong
điều kiện vận hành bình thường và trong trường hợp xảy ra sự cố, phải đảm bảo
phải đảm bảo mức chiếu xạ trong và ngoài nhà máy dưới mức giới hạn cho phép và
ở mức thấp nhất có thể đạt được một cách hợp lý trong điều kiện vận hành bình

thường và đảm bảo giảm thiểu mức độ ảnh hưởng của chiếu xạ trong trường hợp
xảy ra sự cố.
Trong quá trình khảo sát địa điểm xây dựng nhà máy điện hạt nhân cần phải
đánh giá được ảnh hưởng của bức xạ đối với cộng đồng dân cư, bao gồm một số nội
dung như:
- Phân bố, mật độ dân cư và dự báo biến động dân số trong khu vực;
- Cách thức lan truyền, phát tán vật liệu phóng xạ trong không khí và nước
trên cơ sở các thông số khí tượng (hướng và tốc độ gió, sự nhiễu động không
khí, độ ẩm, lượng mưa, bức xạ mặt trời), thủy văn (đặc điểm sông, suối,
nước mặt và nước ngầm), đặc điểm địa hình (núi cao, thung lũng) và ảnh
hưởng của các công trình xây dựng lớn;
- Phông bức xạ và liều chiếu xạ đối với cộng đồng dân cư địa phương;
- Nguy cơ tác động bức xạ đối với dân chúng làm cơ sở cho kế hoạch ứng phó
sự cố; lưu ý quy hoạch sử dụng đất, nguồn nước và lương thực thực phẩm tại
địa phương;
- Điều kiện xây dựng hệ thống giao thông cho kế hoạch sơ tán, khả năng cung
ứng lương thực, thực phẩm và hạ tầng cơ sở sinh hoạt cho dân chúng tại khu
vực sơ tán;
15
- Điều kiện, địa điểm thiết lập trung tâm ứng phó khẩn cấp bên ngoài nhà máy
điện hạt nhân;
- Sự phù hợp của địa điểm liên quan đến tiềm năng phát triển kinh tế - xã hội
của khu vực (thương mại, công nghiệp, du lịch) và nguy cơ gia tăng rủi ro do
tác động của nhà máy điện hạt nhân đối với khu vực cũng như các hoạt động
trong khu vực lên nhà máy.
Quy định này đặt ra một nhiệm vụ cho cả tổ chức có nhà máy điện hạt nhân
và cơ quản quản lý, trong việc lựa chọn địa điểm nhà máy điện hạt nhân cần phải
xem xét tất cả các đặc trưng tại khu vực bị tác động bởi nhà máy và tính khả thi của
các biện pháp can thiệp ngoài khu vực, bao gồm hành động ứng phó khẩn cấp và
hành động bảo vệ phòng ngừa. Ngoài ra, trong việc đánh giá ảnh hưởng của bức xạ

đối với cộng đồng dân cư thì việc đánh giá phát tán của phóng xạ từ nhà máy điện
hạt nhân, đặc biệt là phát tán trong môi trường khí là một yêu cầu cần phải thực
hiện để minh chứng việc tuân thủ quy định của pháp luật về đảm bảo an toàn.
Việc nghiên cứu xây dựng quy trình đánh giá phát tán cho chúng ta điều kiện
tìm hiểu về các bước để đánh giá được phát tán phóng xạ từ dữ liệu khí tượng, dữ
liệu địa hình, dữ liệu nguồn thải,…và từng bước xây dựng được bộ dữ liệu riêng tại
khu vực có nhà máy điện hạt nhân cần quan tâm hoặc khu vực khác của Việt Nam.
Hiện nay sự cố từ nhà máy điện Fukushima I (Nhật Bản) thu hút sự quan tâm
của nhiều nước, trong đó có Việt Nam. Những thông tin dự báo và đánh giá phát tán
phóng xạ từ Nhật Bản sẽ tạo điều kiện cho cơ quan pháp quy của Việt Nam ra
những quyết sách kịp thời. Các phần mềm tính toán phát tán phóng xạ như trong
Luận văn này có thể giúp đánh giá được ảnh hưởng của mây phóng xạ từ một nơi
khác ảnh hưởng đến Việt Nam.
G. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu các tài liệu trong nước và quốc tế. Trong đó bao
gồm các văn bản pháp quy của Việt Nam quy định đối với nhà máy điện hạt nhân
nhằm đảm bảo các điều kiện an toàn, an ninh từ lựa chọn, phê duyệt địa điểm, thiết
kế, xây dựng, lắp đặt, vận hành, chấm dứt hoạt động. Các tài liệu nước ngoài chủ
16
yếu được thu thập từ nguồn tài liệu của Cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế
(IAEA), phần mềm đánh giá phát tán phóng xạ phổ biến của Mỹ.
Phương pháp sử dụng các phần mềm tính toán đánh giá phát tán phóng xạ để
tính toán một số trường hợp giả thiết nhưng gần với thực tế. Trong luận văn này, tác
giả nghiên cứu sử dụng 3 phần mềm:
- Phần mềm Hysplit
- Phần mềm IXP
- Phần mềm CAP88-PC
Phương pháp so sánh, đánh giá kết quả sử dụng phần mềm với các tài liệu
tham khảo thực tế liên quan. Tác giả đã thu thập được một số thông tin liên quan
đến phát tán phóng xạ của nhà máy điện Fukushima từ nguồn tin của IAEA và Nhật

Bản để so sánh, đánh giá.
17
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ ĐÁNH GIÁ PHÁT TÁN PHÓNG XẠ
TRONG KHÔNG KHÍ
1.1. Phát tán chất phóng xạ trong không khí
Khí hoặc bụi khí phóng xạ đi vào không khí sẽ trải qua 2 quá trình: vận
chuyển và khuếch tán do tính chất vật lý và những yếu tố của không khí bên ngoài
mà nó phát thải vào.
Dòng chất thải đi vào trong không khí với vận tốc và nhiệt độ xác định và
thường khác với vận tốc và nhiệt độ của không khí môi trường. Chuyển động của
dòng khí có các thành phần thẳng đứng do ảnh hưởng của vận tốc thẳng đứng và sự
chênh lệch nhiệt độ. Điều này làm nâng dòng thải, gọi là “nâng luồng” và thay đổi
chiều cao hiệu dụng của điểm phát thải. Đường đi của luồng thải bị ảnh hưởng bởi
sự thay đổi các vật trở ngại như tòa nhà các các kết cấu khác.
Khi sử dụng các mô hình tính toán phát tán chất phóng xạ cần phải quan tâm
đến ảnh hưởng của các quá trình vật lý sau:
- Phân rã phóng xạ và sinh ra các sản phẩm con cháu;
- Rơi lắng ướt;
- Tuyết (trong đó hơi hoặc son khí bị quét bởi giọt nước hoặc bông tuyết trong
đám mây và rơi xuống khi mưa)
- Mưa rào (trong đó hơi hoặc son khí bị quét dưới các đám mây bởi mưa rơi);
- Sương mù (trong đó hơi hoặc son khí bị quét bởi giọt nước trong sương mù);
- Rơi lắng khô: Sự đóng cặn của son khí hoặc sự lắng do trọng lực (đối với các
hạt có đường khí lớn hơn 10 µm);
- Sự va chạm của son khí và sự hút bám của hơi và khí trên các vật cản trở
theo hướng gió;
- Sự hình thành và liên kết của các son khí;
- Chất rơi lắng lại tách ra khỏi bề mặt vật chất quay trở lại môi trường.
Các hiệu ứng này có thể được giải thích bằng toán học, và chúng sẽ được

xem xét trong các mô hình tính toán cho các mục đích quản lý.
18
Các mô hình tính toán phát tán không khí phải phù hợp với các yêu cầu quản
lý và nên tính đến các đặc trưng riêng của địa điểm và/hoặc nhà máy điện hạt nhân
nếu có thể thực hiện được.
Yêu cầu đầu ra của các mô hình phát tán [5]:
- Nồng độ chuẩn hoá trong thời gian phát tán ngắn (trong vài giờ) và các giá
trị rơi lắng nhằm đánh giá xác suất xảy ra sự kiện nồng độ chuẩn hoá cao và mức
nhiễm bẩn phóng xạ do sự cố.
- Nồng độ chuẩn hoá tích hợp trong thời gian phát tán dài (lên đến 1 tháng)
và giá trị rơi lắng đối với hoạt động bình thường.
- Nồng độ chuẩn hoá trong thời gian phát tán dài (lên đến 1 năm) và giá trị
rơi lắng đối với hoạt động bình thường.
Các mô hình phát tán có thể tính toán nồng độ cho trường hợp phát thải bình
thường và trường hợp sự cố.
Hình 1.1: Ví dụ về các quá trình chủ yếu ảnh hưởng đến sự vận chuyển của nhân
phóng xạ phát thải trong môi trường khí
1.2. Mô hình phát tán phóng xạ trong môi trường khí
Khi mô tả quá trình phát tán của các chất ô nhiễm trong không khí bằng các
mô hình toán học thì mức độ ô nhiễm không khí thường được đặc trưng bởi giá trị
trung bình của nồng độ chất ô nhiễm phân bố theo không gian và thời gian.
19
Trong trường hợp tổng quát, giá trị này được mô tả theo phương trình sau:
χβχα
χχχχχχχ
−+







∂
∂
∂
∂
+








∂
∂
∂
∂
+






∂
∂
∂
∂

=
∂
∂
+
∂
∂
+
∂
∂
+
∂
∂
z
K
zy
K
yx
K
xz
V
y
V
x
V
t
zyxzyx
(1)
Trong đó:
χ: nồng độ trung bình của chất ô nhiễm (mg/m
3

hoặc Bq/m
3
)
x, y, z : các thành phần tọa độ theo 3 trục Ox, Oy, Oz
t: thời gian
K
x
, K
y
, K
z
: các thành phần của hệ số phát tán rối theo 3 trục Ox, Oy, Oz
V
x
, V
y
: các thành phần của tốc độ gió theo phương nằm ngang
V
z
: tốc độ thẳng đứng
α: hệ số liên kết (tính đến sự liên kết của của chất ô nhiễm với các phần tử
khác của môi trường không khí)
β: hệ số biến chất (tính đến sự biến đổi của chất ô nhiễm thành các chất khác
do các quá trình phản ứng hóa học xảy ra trên đường lan truyền)
Phương trình (1) là phương trình vi phân cơ bản mô tả quá trình lan truyền
của các chất ô nhiễm trong môi trường không khí. Tuy nhiên phương trình này rất
phức tạp và không khép kín.
Trên thực tế để giải phương trình này người ta phải tiến hành đơn giản hóa
trên cơ sở thừa nhận một số điều kiện gần đúng (bằng cách đưa ra các giả thiết phù
hợp với từng điều kiện cụ thể), kết hợp với các điều kiện biên và điều kiện ban đầu

để tìm nghiệm của phương trình, đó chính là phân bố nồng độ chất ô nhiễm theo
không gian và thời gian.
Có 5 phương pháp sử dụng mô hình khác nhau trong đánh giá phát tán phóng
xạ hiện nay là:
- Phương pháp sử dụng mô hình hộp (Box model): mô hình hộp là mô hình
đơn giản nhất trong các loại mô hình ở đây. Mô hình này giả thiết không khí
lắng (airshed - nghĩa là một lượng nhất định của không khí khí quyển trong
một khu vực địa lý) trong hình dạng của hộp. Mô hình này cũng giả định
không khí ô nhiễm trong hộp phân bố đồng nhất và sử dụng giả thiết này để
20
đánh giá nồng độ trung bình chất ô nhiễm ở bất cứ đâu trong phạm vi
airshed. Mặc dù là rất hữu ích nhưng khả năng của mô hình này bị giới hạn
nhiều khi dự báo phát tán của không khí ô nhiễm qua một airshed bởi vì giả
thiết phân bố ô nhiễm là đồng nhất thì quá đơn giản.
- Phương pháp sử dụng mô hình Gauss (Gaussian Model): mô hình Gauss là
mô hình lâu đời nhất và có lẽ là mô hình được sử dụng phổ biến nhất. Mô
hình này giả thiết phát tán không khí ô nhiễm có phân bố Gauss, có nghĩa là
phân bố chất ô nhiễm có phân bố xác suất bình thường. Mô hình Gauss
thường được sử dụng trong phát tán luồng không khí ô nhiễm liên tục, nổi
phát ra từ các nguồn mặt đất hoặc nguồn có độ cao. Mô hình Gauss cũng có
thể được sử dụng để dự báo phát tán các luồng khí ô nhiễm không liên tục.
- Phương pháp sử dụng mô hình Lagrangian (Lagrangian Model): Mô hình
phát tán toán học Lagrangian theo các kiện luồng ô nhiễm (gọi là các hạt)
như là các kiện di chuyển trong không khí và chúng mô hình hóa chuyển
động của các kiện như là quá trình bước ngẫu nhiên. Mô hình Lagrangian có
thể tính toán phát tán ô nhiễm bằng cách tính toán thống kê các quỹ đạo của
một số lớn các kiện chất ô nhiễm.
- Phương pháp sử dụng mô hình Euler (Eulerian Model): Mô hình phát tán
Euler tương tự mô hình Lagrangian trong đó nó cũng theo dõi chuyển động
của một số lượng lớn các kiện chất ô nhiễm khi chúng di chuyển từ vị trí ban

đầu. Sự khác biệt quan trọng nhất giữa 2 mô hình là mô hình Euler sử dụng
lưới Đề các 3 chiều cố định như là một khung tham chiếu chứ không phải là
khung tham chiếu di động.
- Mô hình khí dày đặc (Dense gas model): Mô hình khí dày đặc là mô hình mô
phỏng phát tán của luồng khí dày đặc (tức là luồn chất ô nhiễm nặng hơn
không khí).
21
1.2. Hai phương pháp đánh giá phát tán phóng xạ phổ biến
1.2.1. Phương pháp sử dụng mô hình Gauss
Mô hình lan truyền chất ô nhiễm của Gauss ngoài việc áp dụng để đánh giá
cho các nguồn điểm có độ cao h (như ống khói của các nhà máy) thì cũng được áp
dụng đối với nguồn điểm ở mặt đất (không có độ cao h và đặt ở gốc tọa độ).
Phương trình thu được sau khi rút gọn các tham số của phương trình vi phân
(1) trong lời giải của Gauss là:







∂
∂
∂
∂
+









∂
∂
∂
∂
=
∂
∂
z
K
zy
K
yx
V
zyx
χχχ
(2)
Sử dụng các điều kiện biên và điều kiện ban đầu, Gauss tìm được nghiệm của
phương trình (2) đối với nguồn điểm liên tục có độ cao hiệu dụng H đặt tại gốc tọa
độ như sau:

( ) ( )

















+
−+








−
−









−=
2
2
2
2
2
2
2
exp
2
exp.
2
exp.
2
),,(
zzy
zy
HzHzy
U
Q
zyx
σσσ
σσπ
χ
(3)
Trong đó:
χ (x, y, z): nồng độ trung bình của chất ô nhiễm (mg/m
3
hoặc Bq/m

3
)
U: tốc độ gió trung bình tại độ cao hiệu dụng (H) của ống khói
σ
y
, σ
z
: các hệ số phát tán Gauss
Đặt z = 0 trong công thức (3) ta có công thức xác định nồng độ chất ô nhiễm
gần mặt đất sau:








−








−=
2
2

2
2
2
exp.
2
exp.

)0,,(
zyzy
Hy
U
Q
yx
σσσσπ
χ
(4)
Với các công thức (3) và (4) khi sử dụng độ ổn định của khí quyển, người ta
thường sử dụng bảng phân loại của Pasquil theo 6 mức: A, B, C, D, E, F (Bảng 2.1).
22
Bảng 1.1: Phân loại độ ổn định khí quyển theo Pasquil-Gifford
Tốc độ gió
ở độ cao
10m
U (m/s)
Tổng lượng bức xạ (T) kW/m
2
Bức xạ thực (Q) kW/m
2
T>0,6 0,6>T>0,3 0,3>T
>0,15

0,15>
T
Q>-
0,02
-0,02>Q>
-0,04
-0,04>Q
U<2
A A – B (B) B D D - -
2 <U<3 A – B (B) B C D D E F
3<U<4 B B – C (C) C D D D E
4<U<6 C C – D (D) D D D D D
U<6 C D D D D D D
A: Bất ổn định mạnh B: Bất ổn định trung bình
C: Bất ổn định nhẹ D: Cân bằng
E: Ổn định nhẹ F: Ổn định trung bình
1.2.2. Phương pháp sử dụng mô hình Lagrangian
Hệ tọa độ Lagrangian xem xét vị trí của một hạt (x, y, z) tại thời gian t tương
ứng với vị trí ban đầu của chúng. Trong hệ Lagrangian, trường nồng độ và dòng
hỗn loạn được định nghĩa bởi các số liệu thống kê của một tập hợp kiện chất khí
được đánh dấu (marked fluid parcels) và phân bố cường độ và không gian. Tiếp cận
này là phù hợp khi khuếch tán phân tử trong một kiện chất khí không đáng kể so với
khuếch tán trong không khí hỗn loạn. Nồng độ của một đại lượng vô hướng có thể
được định nghĩa tại một địa điểm cụ thể và sau một thời gian di chuyển đã cho sử
dụng nguyên tắc chồng chập.
Từ các nguyên tắc đầu tiên, nồng độ được định nghĩa đơn giản như là số của
các kiện chất khí (n) được quan sát trong một thể tích đã cho (V) tại địa điểm vector
(r) và thời gian (t).
23


( , )
( , )
n r t
C r t
V
=
(5)

Để đánh giá nồng độ vật chất theo thời gian và không gian, cần đưa vào khái
niệm của hàm mật độ xác xuất có điều kiện chung, P(r,t|r
o
,t
o
). Hàm này định nghĩa
xác suất mà kiện chất lỏng phát thải từ một điểm trong không gian (ro) và thời gian
(to) sẽ được quan sát tại 1 điểm và thời gian (r, t). Trong trường hợp phát tán theo
phương thẳng đứng, nồng độ được xem xét tại điểm z và thời gian t là:

0 0, 0 0 0
0 0
( , ) ( , | , ) ( )
t z
o
c z t P z t z t S z t dz dt=
∫∫
(6)
1.3. Quy trình đánh giá phát tán phóng xạ trong môi trường khí
Quy trình đánh giá phát tán phóng xạ có thể được chia thành 5 giai đoạn cơ
bản sau (Hình 2.2):
24

Hình 1.2 : Sơ đồ quy trình tính toán phát tán phóng xạ trong môi trường khí
Xác định thông số nguồn thải
Nghiên cứu phần mềm tính toán phát
tán phóng xạ trong môi trường khí
Điều tra dữ liệu khí tượng
Xác định số liệu về các đồng vị
phóng xạ
Đưa dữ liệu vào chương trình tính
toán. Chạy chương trình
Xác định các thông số
đầu vào
Kết quả đầu ra
Tổng hợp dữ liệu đầu vào
Điều tra số liệu
địa hình, vật chắn
Xác định số liệu về tốc độ suy yếu
chất phóng xạ trong khí quyển
- Nồng độ chuẩn hoá tích hợp trong thời gian phát tán dài (lên đến 1
tháng) và giá trị rơi lắng đối với hoạt động bình thường.
Nồng độ chuẩn hoá trong thời gian phát tán ngắn (trong vài giờ) và
các giá trị rơi lắng nhằm đánh giá xác suất xảy ra sự kiện nồng độ
chuẩn hoá cao và mức nhiễm bẩn phóng xạ do sự cố.
3
2
1
4
5
Lựa chọn phần mềm
tính toán
Nồng độ chuẩn hoá trong thời gian phát tán dài (lên đến 1 năm) và

giá trị rơi lắng đối với hoạt động bình thường.
25