Thạc Sĩ Tính liều chiếu trong một số trường hợp sự cố nghiêm trọng đối với thiết bị chiếu xạ SVST-Co60/B

MỞ ĐẦU

Từ nhiều năm nay kỹ thuật hạt nhân, đặc biệt là công nghệ bức xạ trở thành phương pháp hữu ích trong công nghiệp, nông nghiệp và cả trong y học. Nó làm tăng hiệu quả, tăng năng suất, tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường sinh thái. Trong rất nhiều trường hợp, sử dụng công nghệ bức xạ được xem như là biện pháp tối ưu nhất. Ở một số nước công nghiệp phát triển, công nghệ bức xạ trở thành một ngành kinh tế thực sự với lợi nhuận hàng năm lên đến hàng trăm tỉ USD và mang lại hàng triệu việc làm [4].
Mặc dù công nghệ bức xạ được hình thành ở Việt Nam tương đối muộn nhưng những năm gần đây nó phát triển rất mạnh mẽ, với tốc độ tăng trưởng hằng năm lên tới 25% [4]. Công nghệ bức xạ được ứng dụng sâu rộng trong nông nghiệp, sinh học, công nghiệp và y học, nó góp phần vào sự phát triển chung của đất nước. Năm 1999, máy chiếu xạ nguồn Cobalt-60 công nghiệp đã được đưa vào vận hành tại Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ (VINAGAMMA). Thiết bị chiếu xạ này được vận hành và khai thác có hiệu quả, phục vụ tốt nhu cầu khử trùng các vật phẩm y tế, thanh trùng các mặt hàng khô và đông lạnh, phục vụ nhu cầu trong nước và xuất khẩu.
Đi đôi với việc phát triển các ứng dụng của bức xạ ion hóa và nghiên cứu phát triển các công nghệ chiếu xạ là việc bảo đảm vận hành an toàn các thiết bị này. Ngoài những đòi hỏi nghiêm khắc trong vận hành, thể hiện trong các quy trình, quy phạm, các nhà quản lý thiết bị chiếu xạ cần phải đưa ra các chỉ dẫn đáp ứng sự cố có thể xảy ra. Tính phân bố liều chiếu trong các trường hợp sự cố giả định, nhằm giảm thiểu những khó khăn có thể gặp phải trong quá trình khắc phục sự cố. Vì lý do đó mà tôi chọn đề tài: “Tính liều chiếu trong một số trường hợp sự cố nghiêm trọng đối với thiết bị chiếu xạ SVST-Co60/B”. Mặc dù thiết bị SVST Co-60/B được thiết kế là an toàn trong khâu vận hành, nhưng xác suất xảy ra sự cố vẫn có thể có, dù là rất nhỏ. Ở đây, đặt ra hai trường hợp sự cố giả định có thể xảy ra:
- Thanh nguồn bị rơi ra trên sàn nhà hoặc trên hành lang đường hàng.
- Giá nguồn bị kẹt.
Mục đích của đề tài là tính liều chiếu tại khu vực trung tâm chiếu xạ và tính liều dân cư ngoài khu vực trung tâm chiếu xạ khi có sự cố chiếu xạ xảy ra. Để làm việc này chúng tôi dùng chương trình MCNP để tính liều. Dựa trên các số liệu tính toán, chúng tôi sẽ đưa ra một số khuyến cáo và xây dựng phương án hành động, khắc phục sự cố, nhằm tránh bị động và đảm bảo an toàn.
Với mục đích như trên nội dung đề tài gồm 4 chương:
Chương 1. Tổng quan về tình hình thiết bị chiếu xạ và các sự cố chiếu xạ trên thế giới và ở Việt Nam.
Chương 2. Các tiêu chuẩn an toàn bức xạ.
Chương 3. Chương trình MCNP và mô tả thiết bị SVST-Co60/B.
Chương 4. Mô hình tính toán và kết quả.

MỤC LỤC

Danh mục hình vẽ
Danh mục bảng
MỞ ĐẦU 01
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH THIẾT BỊ CHIẾU XẠ VÀ CÁC
SỰ CỐ CHIẾU XẠ TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 03
1.1. Tình hình sử dụng thiết bị chiếu xạ trên thế giới 03
1.2. Các sự cố nghiêm trọng về thiết bị chiếu xạ dùng nguồn Co-60 trên thế giới 03
1.2.1. Sự cố ở thiết bị chiếu xạ Stimos, Italia, tháng 5 năm 1975 . 04
1.2.2. Sự cố ở Kjeller, Norway, 1982 . 04
1.2.3. Sự cố ở San Salvador, El Salvador, 1989 05
1.2.4. Sự cố Sor-Van Israel, tháng 6 năm 1990 . 07
1.2.5. Sự cố ở thiết bị chiếu xạ Nesvizk, Belarus, 1991 . 08
1.2.6. Kết luận về các sự cố 09
1.3. Các thiết bị chiếu xạ ở Việt Nam . 10
1.4. Các sự cố giả định có thể xảy ra trên thiết bị chiếu xạ SVST-Co60/B . 10
1.4.1. Đánh giá an toàn . 11
1.4.2. Hệ thống an toàn . 12
1.4.3. Các sự cố giả định có thể xảy ra trên thiết bị chiếu xạ SVST-Co60/B 15
CHƯƠNG 2: CÁC TIÊU CHUẨN AN TOÀN BỨC XẠ . 16
2.1. Các đơn vị, khái niệm trong an toàn bức xạ và liều lượng học . 16
2.1.1. Liều hấp thụ 16
2.1.2. Liều chiếu . 16
2.2. Các tiêu chuẩn an toàn bức xạ . 17
2.2.1. Lịch sử xây dựng các tiêu chuẩn an toàn bức xạ trên thế giới 17
2.2.1.1. Các khuyến cáo về an toàn bức xạ của ICRP . 18
2.2.1.2. Các tiêu chuẩn về an toàn bức xạ do IAEA ban hành 18
2.2.2. Các văn bản pháp lý về an toàn bức xạ của Việt Nam . 20
2.2.2.1. Lịch sử ban hành các văn bản pháp lý về an toàn bức xạ tại Việt Nam 20
2.2.2.2. Nội dung chính của Pháp lệnh an toàn và kiểm soát bức xạ 21
2.2.3. Các tiêu chuẩn miễn trừ 24
2.2.3.1. Các tiêu chí miễn trừ 25
2.2.3.2. Các nguồn bức xạ được miễn trừ và các mức miễn trừ . 25
2.2.4. Các giới hạn liều đối với chiếu xạ nghề nghiệp và chiếu xạ dân chúng 26
2.2.4.1. Chiếu xạ nghề nghiệp 26
2.2.4.2. Chiếu xạ dân chúng 27
2.2.5. Các mức liều cần can thiệp . 27
2.2.5.1. Các mức chiếu xạ cần phải có sự can thiệp trong mọi hoàn cảnh . 28
2.2.5.2. Hướng dẫn các mức can thiệp và hành động trong các tình huống chiếu xạ khẩn cấp . 29
CHƯƠNG 3: CHƯƠNG TRÌNH MCNP VÀ MÔ TẢ THIẾT BỊ SVST-Co60/B 30
3.1. Phương pháp Monte Carlo 30
3.1.1. Giới thiệu 30
3.1.2. Đặc trưng của phương pháp Monte – Carlo . 30
3.1.2.1. Định lý giới hạn trung tâm . 30
3.1.2.2. Luật số lớn . 30
3.1.2.3. Số ngẫu nhiên . 31
3.2. Chương trình MCNP 32
3.2.1. Giới thiệu 32
3.2.2. Các đặc trưng cơ bản của chương trình MCNP 34
3.2.2.1. Số liệu hạt nhân 34
3.2.2.2. Các đặc trưng về nguồn 34
3.2.2.3. Đánh giá sai số . 35
3.2.2.4. Giảm sai số 36
3.2.2.5. Kết quả bài toán . 37
3.2.3. Mô tả hình học trong MCNP . 37
3.2.3.1. Mô tả ô . 38
3.2.3.2. Mô tả mặt . 38
3.2.4. Cấu tạo một file input 40
3.3. Mô tả thiết bị chiếu xạ SVST- Co60/B 42
3.3.1. Mô tả chung 42
3.3.2. Mô tả chi tiết . 45
3.3.2.1. Tường buồng chiếu xạ 45
3.3.2.2. Nút bê tông 46
3.3.2.3. Nguồn chiếu xạ 46
CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH TÍNH TOÁN VÀ KẾT QUẢ 48
4.1. Mô hình tính toán .48
4.2. Phân bố liều khu vực trung tâm chiếu xạ khi có sự cố . 48
4.2.1. Phân bố liều trong trường hợp thanh nguồn rơi ra trên nền buồng chiếu xạ . 48
4.2.2. Phân bố liều trong trường hợp thanh nguồn rơi ra trên đường hàng . 49
4.2.3. Phân bố liều trong trường hợp kẹt nguồn tại vị trí chiếu xạ . 54
4.2.4. Phân bố liều tầng trên nhà nguồn trong trường hợp kẹt nguồn tại vị trí chiếu xạ . 55
4.2.4.1. Trường hợp không mở nắp bê tông 56
4.2.4.2. Trường hợp chỉ mở hai nắp bê tông phía trên 57
4.2.4.3. Trường hợp tháo 2 nắp phía trên và một nắp giữa phía dưới . 59
4.3. Phân bố liều khu vực dân cư xung quanh Trung tâm chiếu xạ – bài toán Skyshine 60
4.3.1. Mô tả bài toán Skyshine và áp dụng tính phân bố liều dân cư khi có sự cố . 60
4.3.2. Các kỹ thuật giảm sai số trong bài toán Skyshine 62
4.3.2.1. Dùng tally F5 tính thông lượng 62
4.3.2.2. Đơn giản hình học 64
4.3.2.3. Phân vùng không gian – độ quan trọng . 66
4.3.2.4. Sử dụng DXTRAN và các kỹ thuật giảm sai số khác 68
4.3.3. Kết quả bài toán Skyshine . 70
4.4. Các khuyến cáo và phương hướng khắc phục sự cố . 70
4.4.1. Khuyến cáo đối với quy trình, quy phạm hiện có và kết cấu thiết bị
chiếu xạ 70
4.4.2. Phương pháp khắc phục sự cố . 71
4.4.2.1. Nguyên tắc chung . 71
4.4.2.2. Phương pháp khắc phục sự cố khi kẹt nguồn 72
4.4.2.3. Phương pháp khắc phục sự cố khi thanh nguồn bị lôi ra
trên đường hàng . 75
KẾT LUẬN 77
Tài liệu tham khảo . 78
Phụ lục . 80