Вероятностно-стохастический метод оптимизации радиационного контроля окружающей среды АЭС тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

ОДЕСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПОЛ1ТЕХН1ЧНИЙ УН1ВЕРСИТЕТ

■ i О L' у, i à Г Г 1

J 1 t i V ; j u - о

Богорад Володимнр 1ванович

УДК 548.4

IMOBIPHICHO-СТОХАСТИЧНИЙ МЕТОД ОПТИМ13АЦИ РАД1АЦ1ЙНОГО КОНТРОЛЮ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА АЕС

01.04.01-ФЬика прнлад1В, елемен-riB i систем.

АВТОРЕФЕРАТ дисертацп на здобуття наукового ступени кандидата ф1зико-математичних наук

Одеса - 2000

Дисертащя е рукопис.

Робота виконана в Одеському державному пол1техшчному ушверсите Мшстерства освети i науки Укра'ши

Науковий кер1вник:

Офщшш опоненти:

доктор фвико-математичних наук, професор Русов Вггалш Данилович,

Одеський державний пoлiтexнiчний ушверсите завщувач кафедрою теоретично! та експериментальн( ядерноТ ф1зики.

доктор ф1зико-математичних наук, ст. н. с. Павлович Володимир Миколайович,

Науковий центр "1нституту ядерних дослщжень" HAH УкраТни, завщувач в1дцшом теоретично! ф1зики ядерних peaKTopiB.

Провщна установа:

доктор ф1зико-математичних наук, професор Глушков Олександр Васильевич, Одеський пдрометеорололчний шститут, завщува кафедрою обчислювально! 1 прикладно! математики.

Нацюнальний техшчний ушверситет Укра'ши "Кшвський полггехшчний ¡нститут" М1носвгги I науки Укра'ши, кафедра атомних електростанщй та шженерно! теплоф1зики.

Захист вщбудеться «24» листопада 2000 р. о 15.30 годиш на засщанш спещал1зовано! вчено! ради Д 41.052.06 в Одеському державному полггехшчному ушверситет1 за адресою: 650044, Одеса, пр. Шевченка, 1.

3 дисертащею можна ознайомитися в б1блютещ Одеського державного полггехшчного ушверситету за адресою: 650044, Одеса, пр. Шевченка, 1.

Автореферат розюланий «24» жовтня 2000 р.

Вчений секретар спещалповано! вчено! ради

Зеленцова Т.М.

1 ;

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Визначення загальноГ мети безпеки припускае, шо рашашйний контроль (РК) е одним з ключових моментов забезпечення безпеки ядерних енерго-установок. Тшьки через результата РК, можна робити висновки про фактично досягнутий р1вень безпеки на об'екто. Таи ошнки одержують за допомогою проведения итого 'комплекс}' розрахунгав дозових показниюв, що забезпечуе одержання шформацн про piвeнь опромшювання людей 1 параметри рад1ацшнси обстановки на об'екто та у навколишньому середовшщ з метою:

- пор1вняння одержаних результат]'в з основними дозовими л1литами (ОДЛ) та допустимими ровнями (ДР);

- розробки заход1в щодо зменшення рад1ашйного впливу до мшмального реально досяжного р1вня та переварки ефективносто 1х здшснення.

Щоб paдiaшйний контроль вщповшав сформульовашй мето, його регламент мае забезпечити повноту та достатшсть контролю. Пщ повнотою контролю розулпють наявшсть шформацп, необхшно1 для того, шоб з ¿мов1ршстю, не нижче задано!, визначити р1вш опромиповання людей та необхшш параметри рад1ашйно1 обстановки у будь-якш точш простору, що контролюеться, в будь-який момент часу. Пщ достатшстю контролю розумцоть лпшмум шформацп, яка забезпечуе задан}" повноту. Miнiмaлышй об'ем контролю, який забезпечуе потр1бну повноту, 1 буде мтмально необхщним або достатшм об'емом рад1ашйного контролю.

Якщо розглядати АЕС 1 п навколишне середовише, як об'ект РК, який являе собою просторово-часовий контшпум, тод! закон розподшу параметр1в рад1ашйно1 обстановки у ньому в загальному випадку - невшомий, оскшьки залежить в1д велико* кшькост1 фактор1в та постшно змшюеться в час], а задач1 контролю можлть виршуватися тшьки за рахунок сполучення результата дискретних у простор! 1 безперервно дискретних у час1 вимфювань з розрахунковими моделями, тод1 сформульована мета РК стае щеальною (досяжною тшьки при нескшченно великш к!Лькост1 вим!р1в). Це означае, що детермш1стичний тдхщ у цьому випадку для досягнення мета непридатний. Тому для коректного piшeння задач! необхщно введения ¡мов1рного опису пpoueciв.

Актуальшсть темп обумовлена вшсутшстю на украшських АЕС паукового обгрунтування системи розташування постов рад1ацшного

контролю з точки зору повноти та достатносп. НаЕедеш у шй робот] загальш принципи. ям зроолеш на п;дстав1 запропопэг.аного ¡моы'рнюно-стохастичного тдходу, дозволяють Бнзначити такшТ оосяг контролю для конкретного об'екту, а саме: внди та об'екги контролю, перелк параметр1в, шо контролюються, допустили та контрольш рIВ[[ 1, кшьккть точок контролю. М1сия IX оптимального розмщення. перюдичшеть втпрювань.

Зв'язок роботи з науковими програмамн планами, темами. Робота зв'язана з господов1рними науково-дослшшкк роботами, що виконувапись на протяз! 1996-1999 рр. Державним науково-техшчним центром з ядерно! та рад1ашйно! безпеки з ВО "Запор1зька АЕС" №01/188 "Розробка методичних рекомендацш по складанню регламенту рад!ацшного дозиметричного контролю на АЕС" (№ державно! реестраш! 0197И004028) \ 01/192-96 "Рекомендаци з вибору та обгрунтуванню мнимально необхщного об'ему рад!ашйного контролю (вшив та об'есттв) в рамках АСКРО" (№ державно! реестраш! 01970001074); з ВО «Чорнооильська .АЕС» Ки 01/228-96 "Рекомендаци по вибору та обгрунтуванню лпшмально необхшного об'ему рад!ашйного контролю (вшив \ обегав) в рамках АСКРО (автоматизована система контролю paдiaцifшoi обстановки) Ч.АЕС" (№ державно! реестраш! 01964^014488) та № 01/229-96 "Методичне кер1вництво по опттшаш! розмщення постов контролю е зош нагляду ЧАЕС та !х апаратному розв'язанню" (№ державно! реестраш! 0196\'014489).

Роль автора дисертацп у виконанш цих науково-дослиних роо1т полягала в розробш концепцп повноти 1 достатносто рад!ашйного контролю, складанш типового регламенту рад!ашйного контролю, створенш конаепш! систем« автоматизованого контролю навколишнього природного середовища в район! розташування ЗАЕС, розробш комплексу програмно-математичного забезпечення для визначення оптимального розташування точок контролю за навколишшм середовищем АЕС.

Мета 1 задач1 дослшження. Метою роботи е розробка ¿мов!ршсно-стохастичного метод}' огптпзаш! рад!ашйного контролю навколишнього середовиша атомних електростаншй.

Для реашзацп Ц1Е1 мети необхщно було виршити тага задача

- сформулювати та обгрунтувати ({лзичш принципи повноти та достатносто рад!ашйного контролю за объектом;

- розробити концепшю оргашзаш! регламенту РК навколишнього середовиша АЕС;

- розробити комплекс програмно-математичного забезпечення, що дозволяе одержувати оптимальне розташування тонок контролю за навколишн1м середовищем, виходячи з апрюрних даних про параметри викиду з АСС 1 розподи! метеоролопчних парам етр1в, що обумовлюютъ його транспорт в атмосфер!.

Об'ект досл1дження - системи радшцшно! безпеки атомиих електростанщй.

Предмет досп1дження - методи оптимизацп рад!ацшного контролю навколишнього середовиша АБС.

Методы дослгдження:

- математична статистика 1 теор1я !мов!рносп для розробки критерпв та метод! в ошнки иовноти рад1ацшного контролю навколишнього середовиша АЕС;

- Гаусова модель розс(яння забруднюючо! домшки в атмосфер! та система класифжаш! категорш стшкосп атмосфери Пасквила-Пфорда для розробки методу оптимального розташування пост! в контролю за аваршними викидами з урахуванням характерних особливостей розподшу метеоданих;

- споаб С.чнта-Хоскера для ошнки коеф1шентт дисперси ау, аг та метод оптимально! штерполяцп для отримання регулярно! атки значень концентраци з необхщним кроком та межами на основ! нерегулярно! сггки, що розраховуеться за допомогою модел! Гауса;

- ризик-ор!ентований анал!з "користь-шкода" для розробки ¿мов!р-носно-стохастичного методу огптапзацп рад1ашйного контролю;

Наукова новизна роботи. Наукова новизна роботи полягае у тому, що

1. Розроблений принципово новий !мов!рн!сно-стохастичний пшхщ до розв'язання задач оштпзацп РК, який базуеться на понятт! повноти ! дос-татност! ! визначае концепщю оргашзаци регламенту РК навколишнього середовиша АЕС. ;

2. На основ! запропонованого ¿мов!ршсно-стохастичного п!дходу до оттапзаш! РК вперше розроблено:

- метод розташування пост!в рад!ашйного контролю з урахуванням характерних особливостей розподшу метеоданих викиду з АЕС, що обу-мовлюють його транспорт в атмосфер!;

- метод опттаизацп обсягу контролю РК навколишнього середовища АЕС, який базуеться на ощнщ залежност! "користь-шкода".

3. Вперше сформульоваш та обгрунтоваш основн! принципи побудови ушверсально! системи контролю рад!ацшно! обстановки.

Практнчне значения о:,:;ркг.ш!л результата полягае в тому шо:

- (¡нзнчн! приншпти та ыетодолопя розробленного методу оптимпаци задач PK невколишнього сер?дов;:та АЕС можуть бути використаш для розв'язання широкого кола задач радюекологп, рад1ашйн01 физики та дозиметр п:

- розроблено комплекс програмно-математичного забезпечення для визначення оптимального розташування точок контролю за навколишшм сергдовищгм, впходячи с. anpiopniix даних про п^.р.чметри внкиду з AGC та розподщ метеоролопчннх парамгтр1в. що обумовлюють його транспорт у атмосфер!:

- результат» дисерташйно! роботи були використаш при po3pooai типового регламент}' рад!ашпного контролю для АЕС Украши i для ство-рення KOHuenuii систем» автоматизованого контролю навколишнього природного сереловиша в райош резташуваккя Запор1зько1 АЕС.

Особистий внесок здобувача. Bei результат!:, шо становлять основннй 3MicT дисерташ!, отримаш осооисто автором, а саме:

1. Розроблек?. кониепшл повнотк i дсстатност! paaiauiiii'.orc

КОНТРОЛЮ ВИХОДЯЧИ 3 ЙОГО ГОЛОВНО! меТН

2. Розроблгна теоретична модель отримання стохастичних показниив повнотн та достатност! рад!ашйного контролю.

3. Розроблено математичний алгоритм знаходження точок розташування пост1в контролю у простора що гарашують його достатшсть

4. Розроблена концеппш опттшацп радцашйного контролю на баз! методологи анал1зу «ризик-користь>>.

Апробашп результата дисерташ! Основш положеня i результата диссртацп доповйалися та обговорен! на Internationa! Symposium on Environmental Impact of Radioactive Releases (Vienna, Austria, 1995); International Conference "NPP's Safety and Protection'' (Odessa, Ukraine, 1997): Mi/кнародних конференшях «Международное сотрудничество - Чернобылю» (Сла-вутич, Украша, 1999. 2000), Мжнароднш конференш! «Науков!, техшч-Hi i сошальш аспекта закрягтя Чорнобильсько! АЕС» (Слав;>тич, Укргша. 2000).

Пуб.-икацп. OcHOBHi результата дисертаци викладен! у 8 публшатх. в том\' чнел! у 4 статгях у науковнх журналах, у 2 статтях у мaтepiaлax конференшй та у 2 тезах доповшей конференцш.

Структура днсерташТ. Диcepтaцiйнa робота складаеться i3 вступу, чотирьох розд1Л1в, висновюв, списку лiтepaтypи i додатка (акта про впровадження результатов робота). Загальний обсяг дисертацн - ¡18 е., включаючи 3 табл. i 14 рис.; список лп"ературних джерел М1ститъ 102 найменування цитовано! лггератури.

ОСНОВНИЙ 3MICTРОБОТИ

У BCTyni обгрунтована актуальшеть питань, яким присвячена дисер-ташя, поставлена мета роботи, сформульоваш положения, що виносяться на захист, i стисло викладений 3MicT роботи.

У першому роздии дисертацн наведений докладний опис та аналп шлях iß рашашйного впливу на навколишне середовище i перелж основних регламентуючих вимог.

Анал!з шлях!в впливу на навколишне середовище i населения вщ вики-д1в та скщив з АЕС у зош спостереження показав, що виб1р об'еюлв контролю мае проводитись таким чином, щоб забезпечити можливють визначення середшх за pin дозових навантажень на населения вщповщно до uiMxiB ix формування i мати можливють ош'нки поточно! радтшйно! обстановки. Перша задача розв'язуеться за допомогою Bciei' системи рад1ацшного контролю; друга - за допомогою автоматично! системи контролю рад1ацшно1 обстановки (АСКРО), яка е п шдсистемою.

При цьому необхщшеть в контроле за певним об'ектом для одержання середшх за piK доз опромшення визначаеться в першу черту його внеском в екв1валентну дозу кожно! з груп оргашв та в ефективну екв1валентну дозу.

Наведет результата розрахунив внескш дозових показшшв у сумарну доз\' за pi3HHAfH шляхами опромшення для реактору типу ВВЕР. Сшввщношення радюнуклш|'в в у викидах та скидах приймалось р!вшш проектному для одного з peaKTopiß иього типу.

На закшчення глави наведений anaiis вимог, шо регламентують вибф объектов контролю.

У другому роздш дисертацн визначаються критерн та методи ошнки повноти рад1ашйного контролю, гид якою розум1еться наявшеть 1нформацп достатньо! для того, щоб з iMOBipHicno, не нижче завдано!, визначити piBHi опромшення людей i необхщш параметри рад!ацшного стану у будь-якш точш простору, що контролюеться, в будь-який момент часу.

Дал! визначаеться критерш повноти контролю. Критерш повноти контролю - це представлена в чисельному вид1 умова, зд!йснення яко! забез-

печуе дсстгтшсть необхЬ-лс; шформацп \ дозволяе стагрджуваш, шо повнота конгропю е ргалЬовгною.

Наведсне вище кизнанення повноти контролю призводить до розв'я-зання зада'н про над1йшсть висновку про непереьншення (перевшцення) величинами. >цо реглам^нтуються, 1х граничнкх рша:в. Ошнюгатися на повноту може. як сам регламент рад1аишного контролю, так 1 р!зноматтш його компонент!:.

Крптерш побчотг. мае оутн швар1антним випосно параметр1в, якi анал!зуються. 1квар:?.нгн!сть рс-зуик пи собою тс. що як! б параметри рад1а-шиного стану чи р1БН1 опромшення люден не ошяговались на повноту шфор-мацп. вш однаково може бути застосований для будь-яких величин, шо розглядаютьс.я.

Нехай 0<Р,,<1;

а-,...аГ|- г.араметри , шо вширюються;

Ьь.Ьш - параметри, шо контролюються; :

КР. -контрольш р1вн1 параметр1в. шо вим1рюються;

Др. -допустим! р!вш параметр1в. шо контролюються.

У загально.му випадку. для того, щоб було зд1Йснено контроль за параметрами Ь;..ЬШ повиншвиконуватися неравное™ :

Ь, < Га,, а,.....ап;

.....^

Ьг <{. Га,,а......& )

171 -II Ьгг. -г..; пп! 1 л '

де .....)- функцп а5о функцюнали, ям залсжать б и парамет-

р!в ; .. що мають стохастичну природу 1 характеризують стан навколишнього середовища.

Якщо Р. - 1мов1ршсть того, шо Ь: < да при умов1!, шо а,< КР-к для ва>: к, то в наведенш постановш можна говорити про повноту контролю при >-мов1

Ро < Р, , VI

3 ¡ншого боку, можна говорити про вшсутшсть повноти контролю, якщо наведена нер!вшсть не досягнена.

Вся множнна параметр1в контролю, що анашзуються, може б\ти роз-бита на дв1 пшмножини. До першоУ з них вщносяться л параметри, по яким

засобами втпрювань можна з заданою ÎMOBipHicno констатувати факт пере-вишення чи неперевищення заданого контрольного р1вня на всьому npocTopi. шо контролюеться. До друго! вщносяться параметри, по яким неможливо констатувати факт неперевищення контрольного р1вня наявними засобами вим1рювання (наприклад, коли контрольний р!вень нижче за нижчу межу ви-мфювання вщповщного приладу).

Контрольш pÎBHÎ на кожен вид контролю для кожного з об'еютв контролю розраховуються незалежно. Розрахунки базуються на лшшнш безпоро-говш модел! залежност1 дози вщ величини активности що п обумовлюе.

Третий роздш дисертацп присвячено розробш ¡мовфносно-стохастич-ного методу опттпзащ! рад1ащйного контролю, методу оптимального розта-шування пост1в контролю за авар1йними викидами та визначенню принцит'в опттпзацп числа пост1в контролю на ochobî концепш! "ризик-користь".

У цьому роздш в термшах reopiï iMOBipHOcri викладеш пщходи до побудови емшричних функцш розподшу контролюемих параметр1в на баз! априорних знань про об'екти контролю та наведеш необхщш обгрунтування та роз'яснення. У прикладах, що наводяться, формулюеться пере.шк питань, яи виникають перед розрооником регламенту рад!ашйного контролю, та при-водяться ochobhî гипи можливих розподшв. Насамперед це розподш потуж-

hoctl викшпв.

На сьогодшшшй день хоча i немае проектних даних щодо anpiopHoro розподшу ¡MOBipHOCTi po3Mipy викиду, однак прийнято вважати (без теоретично! аргументаип), що викид ¡з венттруб АЕС розподшений по логарифм1чно нормальном}' закону. 1снуюч1 експлуатацшш даш показують великий розмах викиду в межах дозволених квот i дозволяють на пшстав1 статистичного анализу BnôipoK з великою часткою упевненост! пщтвердити ней закон.

В робот! були проанал!зоваш дан! добових BUMipie викиду шертних ра-д!оактивних газ1в Запор!зько! атомно! станцп та проведеш в!дпов!дн! статис-тичн! ощнки (рис.1). Тест по у} шдтвердив гшотезу пр'о нормальшсть розподшу логарифма величини потужност! викиду, тобто логнормальшсть розподшу самого викиду (рис. 2).

Логарифм1чнонормальний закон розподшу мае суто теоритичне пояснения. Дшсно, кшьюсть акт1в розщеплення N ядер в активнш зон! пропор-щйно величш1 ек де ¿-коефщ!ент розмноження. У свою чергу, викид продукта розщеплення О пропорцшний ïx виходу. Таким чином можно записати

1п(0) = ln(XxN) = ln(LÀ]ek ) = 1п(ил ) + к

лс /.; та -з;лпов:'дт коеф:ш'г:пи пропоруД:но::ть

Рис.] Досоза дшамгка викпду з ЗАЕС шертних рг.дюактивних ггз:е

—— А

/ ^ -

/XI

—-^— В и б ! Г о б 1

а с т с т и —ег— 3 г л а б г ю ч! ч а с т г т I!

г-

П ^ - .--.

частот!! ОСТ1

Рис.: ЩдьККТЬ рОЗПОД1Лу ЕПКПД1В 3! 3.\ЕС.

Таким чином, розподп логарифму викиду такий самий як розподи к'ог-ф:шекту розмнсження. який 31 свого боку залежить в и багатьох параметра 1 повинен мати нормальну функшю розподпу, тобто величина викиду мае логарнфмг'чно копматьнин розполи.

Виходячи 13 задач ! мети рад!ацшного контролю, викпадених у попе-редшх роздшах. основними контрольованими параметрами повинш бути по-тужшсть ефективноУ дози та приземш концентрат! дозобразуючих рашо-

НуКЛИД1В.

Потужнють експозицшно! дози в точщ £ на поверхш земл! в загаль-ному випадку виражаеться формулою

де л- 1 4 точки евклщового простору з координатами (л\, г* (.г?, д. 00: Ч^х) - концентрашя у-радюнукшда в точщ л- простору; ¡¡}) - функшя

послабления потоку иошзуючого випромшювання: поытряним середовищем для гх> о, грунтом для гх<0; В^- дозовий фактор накопичення у повари о. область штегрування, що в загальному випадку е весь просп'р.

Концентрашя у приземному шар! дор1внюе . Знак «+» озна-

чае. що береться концентрашя у пов!трг

Реально основний внесок у значения контрольованих параметр!в при неперервному викид! вносять концентраци радюактивних речовин у приземному шар] атмосфери й у поверхневому шар! грунту. У свою черту, остання, формуеться за рахунок забруднення того ж приземного шару повпря. У та-кий сгюаб мошторинг забруднення приземного шару е ключовим у вс1Й систем! рад!ацшного контролю навколишнього середовища г для того що б визначити бшьш деталью вимоги до повноти ! достатност! контролю в тер-мшах над!йност! виводу про не перевищення регламентованих р!вн!в, вима-гаються апрюрн! знания про розподш параметр ¿в, що вгопрюються у просто-р1 та час!.

Дал! у робол приведено практичш пщходи до побудови функци розподшу рад!ацшних параметр!в на мюцевост1, за умови, що надана !нформац!я про повторюваншсть категор!й стаб!льност! атмосфери. При цьому застосо-вано такий метод:

1. Виб!ркова функцш розподшу атмосферних параметр!в, вщ яких зале-жить контролюемий рад!ац!йний параметр, екстраполюеться неперервною функшею розподшу. При цьому е два альтернативних пщходи. Перший з них - безпосередне згладжування за допомогою методу найменших квадрат!в, другий - побудова неперервно!' функци розподшу, виходячи з теоретичних м!ркувань.

2. Виходячи з експериментальних даних, знаходяться параметр« розподшу викиду.

3. Будуеться результуюча функщя розподшу функцп вщ двох стохас-тичних величин. ;

У робото перел1чеш вище кроки зроблеш для Гаусово! модел1 атмосферно! дифузи та логарифлпчнонор.мального розподшу викиду.

Зпдно з Гаусовою моделлю атмосферное' д!фуз!Г розраховуеться ве.ти-чиеи, яка дор1вшое фактору мегсоролопчного розведення для кожно;' катего-р!1 стабшьност!. Для точки розташування поста контролю за фактичиимн даними повторюваносто категорш стабшьносто будуеться розподш фактору метеоролопчного розведення на протяз! року. Якщо С - фактор метеоролопчного розведення у точщ розташування поста контролю, то концентрашя будь якого радюнуклщу за визначенням фактору метеоролопчного розведення дор1внюе ОС, де б розраховуеться за формулою:

<^.,,00 =- — ЕХР

-О.. СТ. 21

2^

X ЕХР

2сг2_

■ ЕХР

1сг

значения х, т. г визначаються ¿з рис. 3. а <т„ <т; - параметри, яга залежать титьки вщ стану стабшьносто атмосфери.

Тобто загальний вид щшъносп розподшу рад1ацшних параметр1в задаеться формулою для щшьносто розподшу множення випадкових величин 1 мае бути

(Ь(--)-(/>;-1п(Ои)+1п(а-))2 —^= е 2а" : ск

гсг"\-2/Т

Застосування метода прошюстровано на рис.4. На цьому графшу подаш ¿мов!рносто перевищення р1вшв потужносто дози на вщсташ 1 кшометра вщ джерела викиду заввишки 100 м при деякш фактичнш повторюванносто категорш стабшьносто атмосфери. Якщо параметри прибору, що вю.прюе потуж-шсть дози, визначеш, то тод1 е можливють, з одного боку оцшити ефектив-юпть контролю, а з ¡ншого, - розробити його регламент з точки зору вимог до над!йносто результатов внъпрювань.

и

Рис 3 Геометр1я внкиду.

0.2

\ > \

12 3 4

Рмзскъ гтотужносп дози. мкР/р1к

о

Рис. 4 1мов1ршсть перевшденш р'^ня МЕД.

Для олержання можливосп штерпретацй результатов виаиру, тобто обгруитованого внсновку про зросодшя параметру иеоСхимо, шеб бузга>лдо-М1 таи основш та вхиш статистичш дат по кеш сук\ттносп вдап'рювань:

основы - середис значения, середньоквадратитие гидхнпення { значения крайшх члешв виб1рок по контрольним трупа втпрювань (тд контролышми трупами розулпеться один вим!р для "коротких" часових виб1рок 1 трупа ви-м]"р1 б - для "довгкх" часових виб(рок);

, вхщш - довжини контродьних виб1рок; величини дов1рчих ¿нтервал^в для середшх значень, середньоквадратичних вщхилень I значень крайшх чле-шв виб1рок по контрольним трупам втпрювань; значения дов1рчих 1мов1р-ностей для середшх значень, середньоквадратичних вщхилень 1 значень крайшх члешв виб1рок по контрольним трупам втирювань.

Лъ\ контрольш групп з сукупносто, що анал1зуеться, будуть визиачати р!зн! значения вилпрюваного параметру 31 заданою дов^рчою 1мов!ршстю, як-що середш значения, середньоквадратичш вщхилення або значения крайшх члешв виб1рок р1зних контрольних труп вщр1зняються на величину довфчого штервалу. При цьому анал1з коротких часових виб1рок дозволить щентифь кувати "швиды" змши рад1ащйного стану, а анагпз "довгих" - повшьш.

В дисертацн обгрунтоваш два основних режими робота системи поста контролю, а саме, пропонуеться два р!вня усереднення поточно! шформацп: 10-20 хвилин та 1 мкяць.

Показано, що кшьысть постов контролю залежитъ вщ нижньо! меж1 де-текгування прилад!в, що використовуються. Нижче, на рис. 5-6 наводяться крив! залежносто мЫмально-необхщного числа постов контролю вщ мшь мально! детектовано! актившсто (МДА) та !мов!ршсть виявлення на перших трьох постах викиду 1311. р!вного 10 проектним. За одиницю МДА прий-маеться величина МО"19 Ки/м*.

Запропонований метод оптимального розмшення постов, який базу-еться на данкх про повторюван!сть погодних умов, величин! викиду, на яку система повинна реагувати, ! чутливосто прилад!в. На рис. 7-8 представлена карта-схема постов оптимально! реестрацп викиду Ь11 з венттруби ! даху б}'д1вл1. Опттаизашйним параметром була !мов!ршсть реестрацп викиду системою постов контролю, розташованих в зон! спостереженяя АЕС.

На пщстав1 запропонованого алгоритму був створений комп'ютерний код. Розрахунки з використанням цього коду були проведен! для ПУАЕС.

При розрахунках використовувалися таи модел!:

- Гаусова модель розаяння забруднюючо! домшпси в атмосфер!;

- система класифкаци категор!й стойкосто атмосфери Пасквила-П-форда;

- споаб См!та-Хоскера оц!нки коеф!шентов дисперс!! су, сг2;

- метод оптимально! штерполяцй для отримання регулярно! стоки значень концентраци з необхщним кроком та межами на основ! нерегулярно! стоки, що розраховуеться за допомогою модел! Гауса.

Вхщними даними були:

- яелпчиш; постсрк:-:,'\пс1,' категорш criñKOcri атмосфер» i швнлкост! З!тр; л г.-,: sei>: rpa.iauiíí нап?я\нав вггру :

- з-мчеиип потужнсст! сгргдпьор!чного проектного вчкиду з вентгруби реак-тсру ПУАЕС:

- ¡мо5!рн»стъ peecTpauiï викилу Р(,

i-ú ntci

2-í. nt^r-1.3h''. D9C4

S , i? -3.1 В. 30 ( О -—

le-9

"1 i i ггг

13"

ít-

i35

A¡.ji

Рис 5 3?.лгжк;сть i v, с заноси Еиягленш знкиду для трьо?: nocTÍE вс *\'ДЛ '

1С"

к ¿л

К ДА;.;;;

3 г-

J

ie5

"ис с Залвкв'ст* CTn:v?_"b4C>i кЬькогп пост:? bí.i МДА '"'I

-10000 -¿ООО -40ОС -2000 0 2005 4000

Рис. 7 Оптимальне розташування посгпв рад1ацшного контролю Запор1зько1 АБС.

Рис. 8 Поверхня ¡мов1рносгп реестрацц 137С5 при обезточенш ЗАЕС при максимальному проектному землетрусь

IS

У четзер-.ому ротдЫ викладено шдх:д до оптшмзапи ра;пашЙ!!ого конфолю на nLiCT-iBÍ аналву "користь-шксда". Псстулюючи, шо кшцеьою мегою pajidi.uHüoro контролю е оцшка дозових навантажень на певьпк контингент oció, ьимога достатносп конфолю зводиться до вимоги надйшосп знсновку про непересишення контрольованими параметра:.!!! регламек-тоганих значено. Ця задача, в свою черг>-, призаодить до необхогюсп pos-робки регламенту рад1ацшно;'о контролю, що дозволяе отримузати статис-th4hí ouíhkh середшх значень величин, шо контролюються, з заданою точн;с-тю Проиес тдс-шцення tohiioctí ошнок може продэвжувагися до кеекчг:ен-нсст! i вимагатя все нобих i нових фшансових вкладень. При цьсму в сил}. ÍMOBÍpHÍCHOi природи формування дози невизначешсть в И ouiirui вс: ;к буде залишатися. Припустимо, що AD - це бажана точшсть ouíhkii дозозего показ-ника. Тод]' достатшсть контролю складаеться з виконання з ímobíohíctio PfAD) nepÍBHOCTi:

\ D- ~D < AD

де D - математичне очшування контрольовано'1 величини дози. D - ь;;б!ркове середне значения контрольовано!' величини дози.

Отже. величина дози, менша за AD - не контрольована.

Нехай S¡(AD) - вартють контролю задано'1 tohhoctí AD, a S^ADj -BapTicTb неконтрольованого ризику опромшення в доз! AD.

Природно припустите, що

- функшя £•;(•) - монотонно спадна (збитьшення точност! оцшкп збпь-шуе BapTicTb контролю);

- функцья 5í(e) - монотонно зростаюча (вартють неконтрольозаного ризику тим бшьша, чим бпьша величина неконтрольовако1 дози).

Розглянемо функщю витрат

S(AD,D) =S, (AD)-S2(AD)-Ss(D).

Бона складаггься Í3 вартост! контролю, вартосп ризику, обумовленого нгконтрольованою дозою, i вартют! ризику вщ опромшення в дозх Д5>(»)).

Так як функцш Sj(») не затежить вщ величини АО, для розв'язання задач]' оптюпзацп регламенту рад!ашйного контролю по AD достатка розгля-нути функшю

SofADj =S, (AD) -S; (AD)

i оптилпзувати ïï по AD. Значения величини ADo, в ягай функшя S0(*) досягае свого мш1муму, опти\пзуе вартость контролю.

Таким чином, якщо задана шна ризику, тод1 Mipoio ефективносто контролю, як самощл1, може б\ти цшовий екв1валент ризику, що не контро-люеться. В той же час, якщо говорите про контроль як вид дшльносто, результатом яко1 повинна бути реальна «чиста» користь, то витрати на його проведения повиню бути збалансоваш з «цшою ризику», який вщноситься до контрольованого впливу.

Запропонований шдхщ вказуе на один i3 шляхт розв'язання uieï задача Якщо виразити число nocTiB контролю через необхщну точшсть ошнки i врахувати вартость колективного ризику i вартость одного посту (включаючи його обслутовування), задача призводиться до розв'язання диференцшного р1вняння по знаходженню мшмуму функци, залежно! вщ вартосто контролю i вартосто, пов'язано) з невизначешстю контролю.

В робото наводиться загальний вид функци, що миплнзуе вартють контролю в наведешй више постанови!.

висновки

1. Вперше сформульовано поняття повноти рад1ацшного контролю i на його шдстав! розроблено принципово новий iMOBipHicHO-стохастичиий пщхщ до розв'язання задач опттизаци системи рад1ацшного контролю навколиш-нього середовища АЕС.

2. Обгрунтоваш ф!зичш принципи та методолопя визначення чисель-них критерпв повноти i достатносп контролю. При цьому окремо визначаеть-ся, що критерш повноти контролю i рекомендацц по розробщ методу по-будови регламенту не прив'язаш ni до конкретного об'екту контролю, Hi до режиму експлуатаци об'екту, тобто вони ушфжоваш вщносно об'ектов та ÎHBapiaHTHi вщносно параметр1в. Отже вони можуть бути реашзоваш для широкого спектру задач контролю, включаючи pi3Hi режими експлуатаци.

3. Розроблено метод розташування постов контролю з урахуванням ха-рактерних особливостей розподшу-метеоданих. Наведений в робото пщхщ до проблеми визначення об'ему контролю за оточуючим середовищем дозволяе оцшити мшмальний об'ем контролю, необхщний для висновку про непе-ревищення (перевищення) контрольного р!вня для об'екту, що контро-люеться. При цьому показано, що об'ем контролю за eMiciero радюнуклццв i зовшшш'м середовищем залежить вщ таких параметр1'в, як штервал значень

параметру, шо контролюс.ься, ступшь He¿3ürponnocTÍ забруднепнл етсчую-чого середовнща та значения контрольних i допусти;,:нх píbhíb.

Показано, шо об'екти i види контролю визначаються в сшввщношснш з можливостями апаратурно-методичного забезпечення контролю зпдно вимог до дов'!рчо! ímobíphoctí ошнки середнього значения параметр1в, шо контролюються.

4. Сформульоващ та• обгрунтоЕаш ochobhí принцип« побудоЕи yni-версально"! системи контролю рад{аш'йчо! обстановки, шо дозволили розро-бити чисельний алгоритм та вщповщннй комплекс програмно-математичного забезпечення, який дозволяе одержати оптимально розташуваннч тонок контролю за навколишшм середовищем, виходячи з апрюрних даних про пара-метри викиду з AGC та розподи метеоролопчних параметр)'з, шо обумов-люють йсго транспорт у атмосфер!.

5. Запропоновано BapiaHT методу onTHMÍ3auií рад1ащйного контролю з урахуванням анал1зу "користь-шкода.

СПИСОК ОШЪЛ1КОВАШ1Х АВТОРОМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДПСЕРТАЦП

1. Богорад В.И., Литвинская Т.В., Никонов Д.А. ALARA-оптимизация радиаиирнного контроля на основании стоимостных оценок // Ядерная и радиационная безопасность. - 199S.- Т. 1, вып.1. - С.164-170.

2. Богорад В.И., Литвинская Т.В., Никонов Д.А. Риск ориентированная стратегия организации радиационной защиты // Ядерная и радиационная безопасность, - 1998,- Т.1. вып.1. - С. 170-180.

3. Нагель Р.. Зифферт С., Богорад В.И., Коротенко В.М., Литвинская Т.В. Никонов Д.А Усиление аналитической базы Государственного научно-технического центра по ядерной и радиационной безопасности по проведению расчетов в области радиационной зашиты. Результаты проекта. /7 Ядерная и радиационная безопасность. - 1999.- Т.2, вып.З. - С. 115-126.

4. Богорад В.И., Никонов Д.А. К оптимизации доз персонала // Ядерная и радиационная безопасность. - 2000. - Т.З, вып.1.- С. 77- 79.

5. Богорад В.И., Белоусова П.Б., Чумак В.К. Радиашюнно-гигие-ническая оценка проекта строительства Южно-Украинского энергетического комплекса в составе ГЭС и АЭС. !' Обеспечение радиационной безопасности при эксплуатации АЭС. - Т. 5,- М.: Энергоатомиздат, 1983. - С. 127-132.

6. Bogorad V.l., Nikonov D.A. Optimization of radiation monitoring in the surveillance zone of a nuclear power plant /7 Proc. Intern. Symp. on Environmental

Impact of Radioactive, Releases.- Vienna (Austria).- 1995. - IAEA-SM-339, P.347-349.

7. Богорад В.I., Hi конов Д. А., ЛГгвшська T.B. та ш. Оцшка ефективносп систем MOHiTopnHry на приклад! системи ранього оповпцення "GAMMA-1"// Proc. Intern. Conf. on NPP'S Safety and Protection.- Odessa (Ukraine).- 1997,-P.59. :

8. Богорад В.I., Шконов Д.А., JliTBiHCbKa T.B. Проблемы радиационной защиты при реализации SEP на объекте "Укрытие" // Праш М!жн. конф. "HayKOBi, техшчш та сошальш аспекти закритгя Чорнобильсько! АБС». - К.: Укратоишдат,- 2000,- С. 76-77.

Богорад B.I. ¡мов'фшсно-стохастичний метод оптим'яаи})' рад'вцшного контролю навколишнього середовища АЕС. - Рукопис.

Дисерта^я на здобуття наукового ступеня кандидата ф1зико-математичних наук за спец1альн1стю 01.04.01 - ф1зика прилад1в, елемент'ш i систем. - Одеський державний пол1технчний ун1верситет, Одеса, 2000.

Сформульовано поняття повноти рад1ац1йного контролю i на його п'щсгав! розроблено принципово новий ¡мов1рн1сно-стохастичний; пщхщ до розв'язання задач оптим'|зацн системи рад1ацшного контролю навколишнього середовища АЕС.

Обгрунтоваж ф'|зичн1 принципи та методолопя визначення чисельних критерий повноти i достатносн контролю.

Розроблено метод розташування поспв контролю з урахуванням ха-рактерних особливостей розподшу метеоданих. Наведений в po6ori шдх'щ до проблеми визначення обсягу контролю за оточуючим середовищем дозволяв оцмити мжмальний обсяг контролю, необхщний для висновку про непе-ревищення (перевищення) контрольного р1вня для об'екту, що контролюеться.

Показано, що об'екти i види контролю визначаються в сгаввщношенн! з можливостями апаратурно-методичного забезпечення контролю згщно вимог до fl0Bip40i ¡MOBipHOCTi оцЫки середнього значения параметра, що контролюються.

Сформульоваж та обгрунтован'| основн1 принципи побудови ун1версально'| системи контролю рад1ац1йноТ обстановки для оптимального розташування точок контролю за навколишшм середовищем. Запропоновано варшнт методу оптимн зацн радшцмного контролю з урахуванням анал^у "користь-шкода.

Ключовi слова: системи рад1ац1йноТ безпеки, радгёцмний контроль, навколишне середовище, допустим! piBHi, радацмний вплив, опромшю-вання, ефективна екв|'валентна доза.

Bogorad V. I. The probabifistic-stochastic method of optimization of NPP's environment Radiation Monitoring. - Manuscript.

Thesis for candidate of sciences degree of physics and mathematics by speciality 01.04.01 - physics of devices, elements and systems.- Odessa State Polytechnic University, Odessa, 2000.

The concept of the completeness of radiation monitoring is formulated and used to develop of essential new probabilistic-stochastic approach to the optimization of environmental radiation monitoring.

The physics principies and methods for determining numerical crUer;3 of completeness and sulf ciencv are substantiated.

A method for arranging monitoring stations is developed with aS'-mca for the distribution of meteorological data. An approach presented allows us to eva'uate the minimum scope of environmental monitoring necessary to conclude that a reference level for the object being monitored is (not) exceeded.

It is shown that subjects and types of monitoring are determined wi'.h allowance for the hardware and method capabilities of the monitoring frcm the confidence probabilistic estimation of the average values of the parameters being monitored.

Basic principles are formulated and substantiated to construct a universal environmental radiation monitoring system with monitoring points optimally a-rnngod. A method for optimization of radiation monitoring based on cost-benefit analysis is proposed.

Key words: radiation monitoring, environment, reference levels, radiation impact, exposure, effective dose equivalent.

Богорад В.И. Вероятностно-стохастический метод оптимизации радиационного контроля окружающей среды АЭС,- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.01- физика приборов," элементов и систем. -Одесский государственный политехнический университет, Одесса, 2000.

Работа посвящена разработке физических принципов и методологии организации системы радиационного контроля на АЭС.

Впервые дачо определение полноты и достаточности радиационного контроля на АЭС и предложены методы определения численных критериев полноты и достаточности.

Приведенные рекомендации относятся к определению объема контроля для конкретного объекта, т.е. определяют подходы к выбору видов и объектез контроля. пепечкя контролируемых параметров, их допустимых и контрольных уровней, определению количества точек контроля, места их оптимального расположения, периодичности измерений.

На основе понятия полноты разработан принципиально новый вероятностно-стохастический подход к решению задач оптимизации контроля окружающей среды АЭС.

Проведен анализ существующих требований к построению регламента радиационного контроля и инсрраструктуры доз и определяющих фактороз их формирования для аварийной и нормальной эксплуатации. На основании этого анализа и разработанных в работе методических подходов выбраны приоритетные направления при составлении регламента контроля, удовлетворяющего условию полноты и достаточности.

Рассмотрена вероятностно-стохастическая формализация задач радиационного контроля окружающей среды и введены определения основных объектов контроля - регламентируемых, контролируемых и измеряемых параметров.

Предложен метод оценки полноты радиационного контроля, который заключается в анализе соответствующих контрольных уровней, доверительных интервалов и доверительных вероятностей. Этот анализ включает в себя как изучение основных статистических зависимостей между значениями отдельных параметров, так и функциональных связей между ними, а также оценки возможностей ап-паратурно-методического обеспечения в плане точности определения измеряемых величин и их погрешностей. Показано, что ключевым моментом при этом является вероятностный анализ надежности вывода о превышении (непревышении)

контролируемыми показателями своих регламентируемых значений, основанный как на физических законах распространения радиоактивности в окружающей среде и на объекте, так и на общих положениях теории вероятности и математической статистики.

Рассмотрена проблема использования априорных знаний об объекте для построения регламента, удовлетворяющего условию полноты и достаточности. Априорные знания об объекте контроля включают в себя характеристики источника выброса в окружающую среду и характеристики транспортирующих и накапливающих сред, а также расчетные модели, на основании которых можно сделать оценку уровней загрязнения контролируемых объектов. Предложен подход, позволяющий получать не только априорные оценки средних величин основных контролируемых показателей, но и их статистические характеристики, такие как доверительные интервалы и уровни значимости. Продемонстрировано как в терминах надежности вывода о не превышении контролируемыми параметрами своих регламентируемых значений на основании априорных знаний об объекте разработать регламент радиационного контроля удовлетворяющий условию полноты и достаточности. Приведены примеры, отражающие сущность имеющихся проблем при построении регламента радиационного контроля и позволяющие выявить ряд основных направлений для их решения.

Показано как учесть или нивелировать с помощью правильного выбора интервала осреднения значений периодические колебания измеряемых параметров радиационной обстановки относительно своих средних значений, обусловленных метеофакторами. А именно, по эмпирическим данным зависимости спектральной плотности колебаний основных метеопараметров (скорости ветра, температуры воздуха и индекса циркуляции) от частоты колебаний, выделяются три основные гармонические составляющие хода значений метеопараметров с амплитудами, соответствующими расположению максимумов спектральной плотности. Величины этих амплитуд инвариантны относительно вида метеопараметров. Максимум в области периодов около 1 мин соответствует движениям микромасштабных вихрей. 12-ти часовой период соответствует суточному ходу метеопараметров и максимум в области периодов =4 сут. соответствует периоду глобальной изменчивости атмосферы и во многом зависит от географического расположения объекта. Эти данные легли в основу метода идентификации быстрых и медленных колебаний радиационных параметров и поподходов к построению регламента радиационного контроля для определения аварийных выбросов с объекта.

Разработаны основные принципы построения универсальной системы радиационного контроля окружающей среды и соответствующий комплекс программно-математического обеспечения, которое позволяет получить оптимальное расположение точек контроля за окружающей средой, исходя из априорных данных о параметрах выброса с АЭС и распределении метеорологических параметров, которые обуславливают распространение выброса в атмосфере. Приведен ряд модельных расчетов.

Результаты работы внедрены на Запорожской атомной станции и использованы в качестве опорных при создании концепции построения автоматической системы контроля окружающей среды ЗАЭС.

Ключевые слова: системы радиационной безопасности, радиационный контроль, окружающая среда, допустимые уровни, радиационное воздействие, эффективная эквивалентная доза.