(Luận án) Nghiên cứu ứng dụng mô hình khu vực đánh giá phát tán và ảnh hưởng phóng xạ hạt nhân tới lãnh thổ việt nam từ các nguồn xuyên biên giới

BỘGIÁO DỤCVÀ ĐÀO TẠO BỘKHOAHỌCVÀCÔNGNGHỆ VIỆNNĂNGLƯỢNGNGUYÊNTỬVIỆTNAM KiềuNgọcDũng NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MƠ HÌNH KHU VỰC ĐÁNH GIÁPHÁT TÁN VÀ ẢNH HƯỞNG PHÓNG XẠ HẠT NHÂN TỚI LÃNHTHỔVIỆTNAMTỪCÁCNGUỒN XUYÊNBIÊNGIỚI Chuyên ngành: Vật lý Nguyên tử Hạt nhânMãsố:9440106 TÓMTẮT LUẬNÁNTIẾNSĨVẬT LÝ HÀNỘI-2022 Cơngtrìnhđượchồnthànhtại: Trung tâmĐàotạo Hạtnhân,Viện Nănglượng ngun tửViệtNam 140 Nguyễn Tuân,ThanhXuân,HàNội Ngườihướngdẫnkhoa học: TS.NguyễnHàoQuang Viện lượngnguyêntử ViệtNam TS.NguyễnVănHiệp ViệnVậtlýđịa cầu,ViệnHànlâmKhoahọc vàCơngnghệViệtNam MỞĐẦU Lýdochọnđềtài Chủđộngtrongcơngtácphịngngừa, ứngphósựcốhạtnhân, vìvậyviệcdựbáo,tínhtốnquỹđạo,mứcđộảnhhưởngđếnmơitrườngvàconngườicủacácđá mmâychứađồngvịphóngxạtừcácsựcốhạtnhânxuyênbiêngiớilàthựcsự cần thiết Để nâng cao hiệu trình dự báo, tính tốn phát tánphóng xạ “tầm gần” cần có nghiên cứu chi tiết, tồn diện ảnhhưởngcủa khuvực ảnhhưởngđếnq trìnhpháttántrongkhíquyểnnhư: - Điều kiện biên ban đầu (độ phân giải miền tính, liệu khí tượng, số hạngnguồnphátthải ); - Cácyếutốvivậtlýcủaqtrìnhpháttánchấtphóngxạtrongkhíquyển; - Độ nhạy độ tin cậy mơ hình vật lý – tốn q trình pháttánphóngxạ trongkhíquyển; Vì lý nói trên, đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hìnhkhuvựcđánhgiápháttánvàảnhhưởngphóngxạhạtnhântớilãnhthổViệtNamt ừcácnguồnxunbiêngiới” đượcNCSchọnđểthực Mụctiêu củaluậnán Mụcđíchnghiêncứumơhìnhđánhgiápháttánphóngxạtầmgần(khuvực)phùhợpvớiđiề ukiệnthựctếcủaViệtNamđượcthểhiệnbằngbốnmụctiêucụthểlà: - Tìm hiểu mơ hình tốn học phù hợp cho tốn đánh giá phát tán phóngxạ khuvực; - Tìm hiểu mơ hình khí tượng khu vực, yếu tố tác động, ảnh hưởng đếnđộchínhxác,chitiếtcủa điềukiệnkhítượngtrongquymơkhuvực; - KiểmchứngnănglựctínhtốnpháttánphóngxạtrongkhíquyểnthơngquatainạnNMĐ HNFukushima Daiichi; - Ứngdụngmơhìnhđãlựachọnđểđánhgiámứcđộảnhhưởngđếncáctỉnh,thànhphốkhu vựcmiềnBắcViệtNamkhixẩyrasựcốhạtnhânxunbiêngiớitừcác máyđiệnhạtnhânPhịngThành/TrungQuốc nhà Nộidungcầnthựchiện Vớimụctiêutổngqtnêutrên,luậnáncầngiảiquyếtcácnộidungsau: - Nghiêncứu,lựachọnmơhìnhkhuvực mơphỏng,đánhgiá pháttánphóngxạtrongkhíquyển(FLEXPART-WRF); - Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố khu vực như: địa hình, thảm thực vật,trường khí tượng khu vực, tham số vi vật lý khí quyển, ảnh hưởng đến độchínhxác,tincậycủamơhình; - Đánh giá độ tin cậy mơ hình qua kết kiểm chứng độ nhạy, tươngquancủakếtquảmơphỏngpháttánphóngxạtừsựcốFukushimavớicácgiátrịkết quan trắc thực tế trạm quan trắc Futaba, Nahara Nhật BảnbằngphươngphápsửdụnggiảnđồTaylor; - Áp dụng cấu hình phù hợp để mơ cố giả định nhà máyđiện hạt nhân Phòng Thành, Trung Quốc vào tháng năm 2020 ảnh hưởng đếnViệtNambaogồmmứcđộảnhhưởngđếnmôitrườngvàdânchúng(giátrịsuấtliều) trênkhuvực miềnBắc ViệtNam Ýnghĩakhoahọc củaluận án 4.1 Ýnghĩakhoahọc - Việc sử dụng mơ hình khu vực (Flexpart-WRF) đánh giá, dự báo pháttán phóng xạ tầm gần khí phù hợp cho kết có độ tươngquancaovớicác kếtquảquantrắc thựctế; - Lựa chọn cấu hình vi vật lý: địa hình, thảm thực vật, trường khí tượngkhuvực,thamsốvivậtlýtrongkhíquyển,phùhợp(từ48thửnghiệmtrongluậnán) cho mơhìnhkhítượngkhuvựcWRFvàchươngtrìnhmơphỏngđánhgiápháttánphóngxạtầmgần(FlexpartWRF); - Đánh giá mức độ ảnh hưởng đến môi trường, dân chúng tỉnh,thành phố khu vực miền Bắc Việt Nam trường hợp giả định xảy cốhạtnhânxuyênbiêngiới 4.2 Các kếtquảcụthể - Thực 48 thử nghiệm (bộ 24 cấu hình vi vật lý, 02 số hạng nguồn pháttánphóngxạ)đểđánhgiáđộnhạyvàtươngquancủamơhìnhkhuvựctrongmơphỏngđá nhgiá pháttánchấtphóngxạtrongkhíquyển Lựachọn - LựachọnmộtsốbộcấuhìnhđểápdụngchobàitốnmơphỏngđốivớikhuvựcmiềnBắc ViệtNam - Kết tính tốn mức độ ảnh hưởng đến Việt Nam từ cố hạt nhân giảđịnhtạiNMĐHNPhòngThành Giátrịthực tiễncủaluậnán Thông qua nội dung nghiên cứu luận án, sở để áp dụngcác cơng cụ tính tốn, mơ vào thực tế cơng tác hỗ trợ huy thammưu,đề xuấtvớiThủtrưởngBộQuốcphịng,LãnhđạoUỷbanQuốcgiaỨngphó cố thiên tai Tìm kiếm cứu nạn cơng tác ứng phó với cốhạtnhânxuyênbiêngiới Bốcụccủaluậnán Luận án gồm 136 trang, 12 bảng, 73 hình, 04 cơng trình công bố, 69 tài liệuthamkhảo, 8trangphụlục vàđược phânbổnhưsau: Mở đầu: 03 trang, giới thiệu tính cấp thiết, mục đích, đối tượng phạm vinghiêncứu,ýnghĩakhoahọcvàthựctiễncủaluậnán;Chương1:Đánhgiánguycơảnhhưởngt ừcácsựcốhạtnhânxunbiêngiớivàtìnhhìnhnghiêncứuđánhgiápháttánphóngxạtrongkhíq uyển(28trang);Chương2:Phươngphápnghiêncứu(32trang);Chương3:Kếtquảnghiêncứ uvàứngdụng (48trang);PhầnKếtluận kiến nghị (02 trang); Danh mục cơng trình cơng bố liên quan đếnluậnán,cáctàiliệuthamkhảovàphầnPhụlục CHƯƠNG1 CHƯƠNG 1.ĐÁNH GIÁ NGUY CƠ ẢNH HƯỞNG TỪ CÁC SỰC CỐHẠT NHÂN XUYÊN BIÊN GIỚI VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐÁNHGIÁPHÁTTÁNPHĨNGXẠTRONGKHÍQUYỂN 1.1 ĐánhgiánguycơảnhhưởngtừcácsựcốNMĐHNxunbiêngiới Việclựachọnvịtríđểxâydựng,bốtrícácNMĐHNphảibảođảmnhữngucầurấtcaovềan tồnvàđápứngcácvấnđềvềkinhtế,kỹthuật,xãhội,mơitrường,đặcbiệtlàphảigiảmthiểutácđ ộngkểcảkhixảyrasựcố.Theonhậnđịnhcủacácchungia điện hạt nhân quốc tế chương trình điệnhạt nhân Trung Quốc đượctriển khai nhanh số lượng tính đadạng cơng nghệ, làsaosaochépcáccơngnghệcósẵntrênthếgiới,khảnăngtựchủchưacao.Trongkhiđócơchếq uảnlýrủirovềanninh,antồnhạtnhâncịnhạnchế,tiềmẩnnguycơrủirocaokhivậnhành.Khix ảyrasựcố,cácNMĐHNsẽtácđộngtiêucựcđếnmộtkhuvựcrộnglớn,trongđócócảViệtNam,c ụthểnhưsau: - Trường hợp NMĐHN Phòng Thành xảy cố hạt nhân, khu vựcPhòng Thành, Khâm Châu, Bắc Hải tỉnh Quảng Tây/Trung Quốc phạm vibánkính30kmtínhtừtâmsựcốsẽbịphơinhiễmphóngxạvàảnhhưởngđểcácvùng, lãnhthổlâncận,theođó:nếusựcốxảyravàomùađơng,vớiđặcđiểmđịa hình vùng Đơng Bắc vùng trung du, đồi núi thấp, có nhiều cánh cungmởrộngvềphíabắcvàquytụởTamĐảo/VĩnhPhúc,kếthợpvớigiómùaĐơngBắc,chỉt rongkhoảngthờigian10đến12giờ,tồnbộkhuvựcĐơngBắcbộvàđồng sơng Hồng bị ảnh hưởng bụi phóng xạ Trong thời gian 02 – 03ngàycóthểảnhhưởngđếnphầnlớnmiềnBắcnướcta;Nếusựcốxảyravàomùa hè: hướng gió ngược lên phía Bắc, nên ảnh hưởng đến phần lớn tỉnhQuảngTâyvàmộtphầntỉnhHà Giang, CaoBằng/ViệtNam Đốivớinguồnnước:dođặcđiểmcủadịnghảilưu,nênchỉtrongkhoảngthờigian 24giờ,chấtphóngxạcóthểtheodịngchảyvenbờ,gâynhiễmxạkhuvực Bắc Hải, bán đảo Lơi Châu, phía bắc đảo Hải Nam/Trung Quốc tồn cáctỉnhvenbiểnmiềnBắc,miềnTrungnước ta - TrườnghợpNMĐHNXươngGiangvàDươngGiangxảyrasựcốhạtnhân:khu vực đảo HảiNamvàDưongGiang/tỉnhQuảngĐơngsẽtrựctiếpbịphơinhiễm phóng xạ ảnh hưởng đến khu vực lân cận Theo đó: xảy sựcố vào mùa đơng, gió mùa dịng hải lưu theo hướng Đơng Bắc – Tây Nam sẽđưabụiphóngxạgâynhiễmkhuvựcBắcHải,bánđảoLơiChâu,phíaBắc,TâyBắc đảo Hải Nam/TrungQuốccũngnhưquầnđảoHồngSavàcáctỉnhmiềnTrung nước ta; tình cố xảy vào mùa hè: gió dòng hải lưu theohướng Tây Bắc Tây Nam – Đơng Bắc đưa bụi phóng xạ gây nhiễm khuvựcBắcHải,bánđảoLơiChâu,phíaBắcHảiNam/TrungQuốcvàtồnbộVịnhBắcbộ, tỉnhvenbiểnmiềnBắc nước ta - Khixảyrathảmhoạhạtnhân(nổlịphảnứnghạtnhân) mứcđộảnhhưởngsẽlớnhơnrấtnhiềulần,gâyhuỷdiệtsựsốngcủaconngườivàmơitrườngt rongbánkính30kmvà để lạihậuquảđốivớimơitrườngđếnnhiềuthậpkỷsau 1.2 Cácnghiêncứuvềbàitốnmơphóngxạtrongkhíquyển Các học từ cố nhà máy điện hạt nhân Fukushima vào tháng năm2011 cho thấy tầm quan trọng đặc biệt việc quan trắc phóng xạ mơi trường,mơ phỏng,tính tốn đánh giá phát tán chất phóng xạ từ nhà máy điện hạtnhântrongcơngtácchuẩnbịvàứngphócácsựcốbứcxạvàhạtnhân.Rấtnhiềunhómnghiênc ứuvàcáctổchứctrênthếgiớiđãtiếnhànhnghiêncứuchunsâuvềlĩnhvựcmơphỏng,đánhgi ásựpháttáncủacácchấtphóngxạtrongkhíquyểntừcácsựcốNMĐHN 1.2.1 Cácnghiêncứutrênthếgiới Ngay trước xảy cố NMĐHN Fukushima, có nghiên cứuđánh giá khả phát tán tính tốn quỹ đạo di chuyển hạt (sol khí)trongkhíquyểnđượcthựchiện.Năm2006,nhómnghiêncứucủaFastvàcáccộngsự sử dụng kết mơ hình WRF mơ trường hồn tạitrungtâmMexico[1].Năm2011,Foyvàcộng sựnghiêncứusựvận chuyển lưu chuyểnhóacáchạtsolkhí(khíthải) ởkhuvựcđơthịMexicobằngviệcsửdụngmơ hình FLEXPART-WRF[2].NhómnghiêncứucủaZarauzvàPasken(2010)đãsửdụngmơhìnhWRFđểmơphỏngcáctrườngkhí tượng phục vụ tính tốnchocácmơhìnhpháttánkhíCALPUFFvàHYSPLITđểđánhgiásựpháttáncủacácchấtơ nhiễmtrongkhíquyển.NhómnghiêncứucủaAngevinevàcáccộngsự(2013) sử dụng mơ hình phát tán hạt Lagrangian FLEXPART nghiên cứu sựvậnchuyểnchấtơnhiễmtạikhuvựcCalifornia.NhómnghiêncứucủaMadalavàcộngsự( 2015)sửdụngmơhình FLEXPART- WRFđểmơphỏngsựpháttáncủaNOxtrongkhíquyểntrênkhuvựcđịahìnhphứctạpRanchi,Ấn Độ[6] a) NghiêncứuqtrìnhpháttánphóngxạtừsựcốNMĐHNFukushimatrênquymơđịa phương Năm2012,nhómnghiêncứucủaKatatavàcáccộngsựđãsửdụngmơhìnhpháttánhạtLagr angetrongphầnmềmGEARNđểmơphỏngđốivớichấtphóngxạlàI-131vàCs137trêndiệntích190km2xungquanhnhàmáyđiệnhạtnhânFukushimaDaiichi[7].TácgiảS rinivasvàcáccộngsự(2012)vềmơphỏngsựpháttáncácchấtphóngxạtrongkhíquyểnquymơkhuvựctừ cố nhà máy điện hạt nhânFukushimaDai- ichi[8].Ngồira,GS.Korsakissokvàcộngsựđãthựchiệncơngtrình“Nghiêncứuvàđánhgiáđộ nhạyqtrìnhpháttántrongkhíquyểnquyđịaphương rơi lắng bề mặt từ cố NMĐHN Fukushima” [61] Năm 2014,ChristoudiasvàcáccộngsựđãsửdụngmơhìnhEMAC(mơhìnhhồnlưuhóakhíquyển) vớiđộphângiải50kmđểđánhgiárủirotồncầuvềpháttánchấtphóngxạvàokhíquyểntừnhữ ngtainạnphóngxạcóthểxảyratrongtươnglai[9] b) Nghiêncứuqtrìnhpháttántrênquymơvùng NhómnghiêncứucủaGS.Teradavàcộngsựđãtiếnhànhnhiềumơhìnhphântíchtrênquy mơvùngvớimụcđíchđánhgiásốhạngnguồnvàcácqtrìnhpháttán, phân bổ liều chiếu số chất phóng xạ (I-131 Cs-137) [43], nhómnghiên cứuđãsửdụngmơhìnhpháttánhạtLagrangetrongphầnmềmGEARNđểtínhtốnsựpháttá ntrongkhíquyểncủacáchạtnhânphóngxạvàđánhgiálạisốhạngnguồnvàpháttáncủaI131vàCs-137từsựcốNMĐHNFukushimanăm 2011.nhónngiên cứucủaGS.H.HuangvàcộngsựtạiPeople’sPublicSecurityUniversityofChina,TrungQuố ccũngtiếnhànhcácnghiêncứutrênquymơvùngvớinộidung:“Mơhìnhhóavàphântíchđộnhạycủaqtrình vậnchuyển,rơilắng hạt nhân phóng xạ từ vụ tai nạn Fukushima Daiichi” công bố tạpchíAtmos.Chem.Phys.,năm2014.Nhómnghiêncứuđãsử dụngmơhình pháttánEuleriantrongphầnmềmWRFChemđánhgiáqtrìnhrơilắngkhơvàướtcủahaiđồngvịI-131vàCs-137[62] c) Nghiêncứuqtrìnhpháttántrênquymơkhuvực Cácnghiêncứupháttánchấtphóngxạquymơtồncầuđượcrấtnhiềunhómnghiêncứutrênt hếgiớitiếnhành,nghiêncứucủaGS.RolandDraxlervàđồngnghiệp(2015)tạinhiềuquốcgiatrê nthếgiớiđãsửdụngnhiềucácmơhìnhphântíchtồncầukhácnhauđểđánhgiámứcđộảnhhưởn gcủaphóngxạsaukhisựcốtạiNMĐHNFukushimaxảy [14].Nhómnghiên cứu Wai, K M., Peter, K N (2015) sử dụng mơhìnhpháttánhạtLagrangetrongphầnmềmHYSPLIT4đểđánhgiákhảnăngảnhhưởngcủac hấtphóngxạCs137pháttántừcácvụtainạngiảđịnh(tươngtựsựcốNMĐHNFukushima)tạicácđịađiểmnhàm áyđiệnhạtnhânởmiềnNamTrungQuốcvớicácđiềukiệnkhítượngbốnmùakhácnhau[10].Tá cgiảRakesh(2015)đãsửdụngmơhìnhFLEXPARTWRFmơphỏngqtrìnhpháttáncủachấtphóngxạtrongkhơngkhítrongtrườnghợpgiảđịnhtại nhàmáyđiệnhạtnhânởphíađơngnamnướcPháp[11].NhómnghiêncứucủaShekharvàcộngs ự(2020)đãnghiêncứuxâydựnghệthống“ỨngcứuKhẩncấpSựcốHạtnhânTrựctuyến”(Onlin eNuclearEmergencyResponseSystemONERS).Đâylàmột“HệthốngHỗtrợQuyếtđịnh”(DecisionSupportSystemsDSS)đượcpháttriểnđểquảnlýcáctrườnghợpkhẩncấpliênquanđếnsựcốhạtnhânchocácđịađ iểmNhàmáyĐiệnhạtnhâncủaẤnĐộ[13] 1.2.2 Cácnghiêncứutrongnước Từnhữngnăm19801990ViệnNghiêncứuhạtnhân,ViệnNănglượngnguyêntửViệtNamđãcócácnghiêncứuv ềlantruyềncácđámmâyphóngxạtừnhàmáyđiệnhạtnhân.VớisựcốvấnkhoahọccủaGiáosư