طراحی، پیاده‌سازی و راستی آزمایی کد IRPUFF برای انتشار محلی آلودگی هسته‌ای

آق, عبدالباسط; زنگیان, مهدی; آقایی, مهدی

طراحی، پیاده‌سازی و راستی آزمایی کد IRPUFF برای انتشار محلی آلودگی هسته‌ای

نوع مقاله : مهندسی هسته ای

نویسندگان

¹ دانشجوی ، دانشگاه شهید بهشتی ، تهران ، ایران

² استادیار ، دانشگاه شهید بهشتی ، تهران ، ایران

³ دانشیار ، دانشگاه شهید بهشتی ، تهران ، ایران

چکیده

مسئله‌ی ایمنی یکی از اولویت‌های تحقیقات در به‌کارگیری دانش هسته‌ای است و نشت مواد رادیواکتیو در حین کارکرد عادی و یا هنگام بروز حادثه از تأسیسات هسته‌ای جزء مهم‌ترین مباحث مربوط به این حوزه محسوب می‌شود. مدل‌سازی نحوه پخش و گسترش مواد رادیواکتیو نشت کرده به جو با پیش‌بینی الگوهای پخش کمک می‌کند تا علاوه بر انتخاب محل مناسب برای احداث تأسیسات هسته‌ای در صورت بروز حادثه کمترین آسیب به محیط‌زیست و انسان وارد شود. برای مدل‌سازی نحوه پخش مواد رادیواکتیو به اطلاعات گوناگونی مانند میزان مواد آزادشده و مشخصات آن، شرایط جوی و عوارض زمین پیرامون تأسیسات هسته‌ای نیاز است. در این پژوهش روش محاسبات، طراحی و پیاده‌سازی کد IRPUFF برای شبیه‌سازی پخش اتمسفری مواد رادیواکتیو به روش پاف، توضیح داده‌شده است. برای راستی آزمایی، پخش مواد در حادثه فوکوشیما موردمطالعه قرارگرفته و نتایج با کدهای مرسوم مانند CALPUFF و HYSPLIT و همچنین داده‌های محیطی مقایسه شده است. شبیه‌سازی‌های انجام‌شده نشان می‌دهد که کد IRPUFF توانایی شبیه‌سازی نشت محیطی مواد رادیواکتیو را دارا بوده و نتایج حاصل از آن به‌خوبی با کدهای مرسوم و همچنین با داده‌های جمع‌آوری‌شده در شهرهای مختلف ژاپن مطابقت دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مهندسی هسته ای

عنوان مقاله [English]

Designing, Implementation, and Verification of the IRPUFF Code for Local Atmospheric Dispersion of Nuclear Contamination

نویسندگان [English]

Abdolbaset Agh ¹
Mahdi zangian ²
Mahdi Aghaie ³

¹ PhD Student,Shahid Beheshti University, Tehran, Iran

² Assistant Professor, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran

³ Associate Professor, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran

چکیده [English]

Safety is a key concern in nuclear energy, especially regarding the potential release of radioactive materials during normal operation or accidents. Accurately modeling their atmospheric dispersion is essential for both site selection and minimizing the impact of potential releases through effective emergency response. This modeling depends on input data such as the amount and properties of the released material, weather conditions, and local topography. In this study, the IRPUFF code was developed using the Puff method to simulate the atmospheric diffusion of radioactive materials. The workflow for data extraction and preparation for regional simulations is also outlined. For validation, the dispersion of radionuclides during the Fukushima accident was simulated, and the results were compared with those from standard models such as CALPUFF and HYSPLIT, as well as actual environmental monitoring data. The comparison shows that IRPUFF reliably models the environmental release and dispersion of radioactive materials. Its results closely match both conventional codes and observed data from various Japanese cities, demonstrating its potential for nuclear safety assessments.

کلیدواژه‌ها [English]

Atmospheric Radionuclide Dispersion
Puff Method
Fukushima Accident
CALPUFF
HYSPLIT

مراجع

[1] Daly, A.; Zannetti, P. “Air Pollution Modeling–An Overview“; Ambient Air Pollution 2007, 15-28.

[2] Briggs, G. A. “Plume Rise: A Critical Survey“; Air Resources Atmospheric Turbulence and Diffusion Lab. Oak Ridge, Tenn. 1969.

[3] Aghaie, M.; Minuchehr, A.; Alahyarizadeh, G. “Evaluation of Atmospheric Dispersion of Radioactive Materials in a Severe Accident of the BNPP Based on Gaussian Model“; Prog. Nucl. Energy 2019, 113, 114-127. DOI: 10.1016/j.pnucene.2019.01.019.

[4] Pirouzmand, A.; Kowsar, Z.; Dehghani, P. “Atmospheric Dispersion Assessment of Radioactive Materials During Severe Accident Conditions for Bushehr Nuclear Power Plant Using HYSPLIT“; Prog. Nucl. Energy 2018, 108, 169-178. DOI: 10.1016/j.pnucene.2018.05.015.

[5] Pirouzmand, A.; Dehghani, P.; Hadad, K.; Nematollahi, M. “Dose Assessment of Radionuclides Dispersion from Bushehr Nuclear Power Plant Stack Under Normal Operation and Accident Conditions“; Int. J. Hydrogen Energy 2015, 40, 15198-15205. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2015.06.043.

[6] Scire, J. S.; Strimaitis, D. G.; Yamartino, R. J. “A User’s Guide for the CALPUFF Dispersion Model“; Earth Tech. Inc. 2000, 521, 1-521.

[7] Pasquill, F. “The Estimation of the Dispersion of Windborne Material“; Met. Mag. 1961, 90, 33.

[8] Abarbanel, H. D.; Holm, D. D.; Marsden, J. E.; Ratiu, T. “Richardson Number Criterion for the Nonlinear Stability of Three-Dimensional Stratified Flow“; Phys. Rev. Lett. 1984, 52, 2352. DOI: 10.1103/PhysRevLett.52.2352.

[9] Scire, J. S.; Robe, F. R.; Fernau, M. E.; Yamartino, R. J. “A User’s Guide for the CALMET Meteorological Model“; Earth Tech, USA, 2000, 37.

[10] Commerce, N. C. f. E. P. N. W. S. N. U. D. O. “NCEP FNL Operational Model Global Tropospheric Analyses, Continuing From July 1999“; Research Data Archive at the National Center for Atmospheric Research, Computational and Information Systems Laboratory, 2000.

[11] Peckham, S. E. “WRF/Chem Version 3.3 User's Guide“; 2012.

[12] Agh, A.; Aghaie, M.; Zangian, M. “Time Dependent Modelling of Atmospheric Dispersion from a Known Source Term“; Master of Science, Department of Nuclear Engineering, Shahid Beheshti University, 2019.

[13] Raskob, W.; Dechy, N.; Donovan, A.; Gallego, E.; Nanba, K.; Tanzi, C.; Wiens, M.; Hernandez Ceballos, M. “Fukushima Daiichi Accident in 2011“; Science for Disaster Risk Management 2020-Acting Today, Protecting Tomorrow, 2020.

[14] Chino, M.; Nakayama, H.; Nagai, H.; Terada, H.; Katata, G.; Yamazawa, H. “Preliminary Estimation of Release Amounts of 131I and 137Cs Accidentally Discharged from the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant into the Atmosphere“; J. nucl. sci. technol. 2011, 48, 1129-1134. DOI: 10.1080/18811248.2011.9711799.

[15] Katata, G.; Chino, M.; Kobayashi, T.; Terada, H.; Ota, M.; Nagai, H.; Kajino, M.; Draxler, R.; Hort, M.; Malo, A. “Detailed Source Term Estimation of the Atmospheric Release for the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station Accident by Coupling Simulations of an Atmospheric Dispersion Model with an Improved Deposition Scheme and Oceanic Dispersion Model“; Atmos. Chem. Phys. 2015, 15, 1029-1070. DOI: 10.5194/acp-15-1029-2015.

[16] Stohl, A.; Seibert, P.; Wotawa, G.; Arnold, D.; Burkhart, J. F.; Eckhardt, S.; Tapia, C.; Vargas, A.; Yasunari, T. “Xenon-133 and Caesium-137 Releases into the Atmosphere from the Fukushima Dai-Ichi Nuclear Power Plant: Determination of the Source Term, Atmospheric Dispersion, and Deposition“; Atmos. Chem. Phys. 2012, 12, 2313-2343. DOI: 10.5194/acp-12-2313-2012.

[17] Terada, H.; Katata, G.; Chino, M.; Nagai, H. “Atmospheric Discharge And Dispersion Of Radionuclides During The Fukushima Dai-Ichi Nuclear Power Plant Accident. Part II: Verification of the Source Term and Analysis of Regional-Scale Atmospheric Dispersion“; J. Environ. Radioact. 2012, 112, 141-154. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2012.05.023.

[18] Ministry of Education, C. Sports, Science and Technology “Reading of Environmental Radioactivity Level by Prefecture”; http://www.mext.go.jp/en/incident/title01/ detail01/sdetail01/sdetail01/sdetail01/1373169.htm.

[19] Draxler, R. R.; Hess, G. “An Overview of the HYSPLIT_4 Modelling System for Trajectories“; Australian Meteorological Magazine, 1998, 47, 295-308.

[20] Draxler, R. R.; Hess, G. “Description of the HYSPLIT4 Modeling System“; 1997.