Strahlenbelastung durch Gammasubmersion

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurden die mathematischen Grundlagen für die Berechnung des Ausbreitungsfaktors der Gammasubmersion entwickelt und diese Berechnungen durchgeführt. Der Ausbreitungsfaktor der Gammasubmersion wird benötigt, um mittels Multiplikation mit nuklidspezifischen Dosisumrechnungsfaktoren und Parametem, die Wetterlage beschreiben, die Belastung des Menschen, der der Gammastrahlung aus einer radioaktiv kontaminierten Wolke ausgesetzt ist, beurteilen zu können. Ausgangspunkt ist einmal das sogenannte Gauß-Modell, in dem die Ausbreitung quasi wie eine molekulare Diffusion beschrieben wird. Dabei werden die Diffusionsparameter aus der Auswertung von Messergebnissen gewonnen. Zum anderen das Point-Kernel-Modell für den Transport der Gammastrahlung, wo die Strahlung als quasi optisch behandelt wird und der Einfluß der Wechselwirkung der Gammastrahlung mit der Materie durch Aufbaufaktoren beschrieben wird.Zur Berechnung des Ausbreitungsfaktors war über das Raum-Zeit-Kontinuum zu integrieren. Die Zeitintegration konnte dabei vorweg durchgeführt werden. Für die verbleibende Raumintegration wurden die Konvergenzprobleme gelöst. Diese Probleme treten auf, weil die Abluftfahne, über die zu integrieren ist, nur einen begrenzten Teil des Raumes einnehmen. Im Nahbereich, also in der Nähe des Emittenten, läßt sich die Abluftfahne als eine Linienquelle darstellen, die zunächst nur wenig aufgefächert ist. Hier erfolgte die Integration mittels einer Transformation auf Zylinderkoordinaten, wobei weitere Transformationen den Abstand von der Linienquelle berücksichtigten. Bei dieser Transformation tritt für den Fall, daß der Abstand Quelle zum Aufpunkt gegen null geht, eine Unstetigkeit auf. Im Fernbereich, also in solcher Entfernung, in der durch die turbulente Diffusion eine fast homogene Verteilung des radioaktiven Materials urn den Aufpunkt der Integration erreicht ist, wurde die Integration durch eine Transformation auf Kugelkoordinaten um den Aufpunkt durchgeführt. Weitere Transformationen berücksichtigen auch hier den Abstand vom Aufpunkt. Die eigentliche Problematik bestand in einem Zwischenbereich, anschaulich gesprochen dort, wo die Abluftfahne beginnt, den Boden zu berühren. Hier nimmt der Ausbreitungsfaktor sein Maximum an. Zusätzlich macht sich gerade hier die Unstetigkeit des Integrationskerns für die auf Zylinderkoordinaten transformierte Abluftfahne bemerkbar. Das Problem wurde gelöst durch die Einführung eines integrierenden Faktors, der die Unstetigkeit derZylindertransformation behebt und der beide Integrationsverfahren überlagert. Diese Integration wurde durchgeführt für sechs verschiedene durch Diffusionsklassenunterschiedene Wetterlagen, sechs verschiedene Ausbreitungshöhen zwischen 0 und 200 m, und für ein Raster von 23 logarithmisch äquidistanten Entfernungen vom Emittenten und für 37 um 5 Grad differierende Winkel zur Ausbreitungsrichtung. Der erstellte lntegrationsalgorithmus erlaubte es, die Integration für dieses Raster geschlossen durchzuführen. Der Algorithmus erlaubt natürlich auch die Berechnung für ein beliebig anderes Raster. Der Formalismus der Integration wurde weiterentwickelt für zeitlich nicht konstante Ausbreitungsbedingungen. Dabei wurde schrittweise über die jeweils letzte Quellverteilung integriert. Es wurde gezeigt, daB diese Integration wegen der besonderen Eigenschaften der Gauß-Funktion möglich sind. Diese Integrationen wurden durchgeführt. Eine besondere Untersuchung zeigt, daß der Anteil der Gammastrahlung, welcher aus der Bremsstrahlung herrührt, nur eine zu vernachlässigende Korrektur ausmacht. Weiterhin wurde ein approximatives Verfahren zur schnellen Bestimmung der Gammssubmersionsfaktoren erstellt. Es wurden parametrisierte Näherungsformeln, die die Eigenschaften der Abluftfahne im Nah- und Fernbereich ausnutzen, aufgestellt. Die Parameter wurden im Anhang zusammengefaßt. Es wurden Anwendungen des Gammasubmersionsfaktors für den Störfall und die Beurteilung der Langzeitemission gezeigt. Im Störfall wird der berechnete Ausbreitungsfaktor direkt als Kurzzeitausbreigungsfaktor benutzt, die Belastung wird unter Berücksichtigung der Ausbreitungsrichtung und unter Verwendung von nuklidspezifischen Dosisleistungsfaktoren berechnet. Der Langzeitausbreitungsfaktor der Gammasubmersion wird aus der Multiplikation einer Wetterstatistik mit den Ausbreitungsfaktoren für die jeweiligen Wetterlagen gewonnen. Aus der Multiplikation mit Dosisleistungsfaktoren erhält man eine Aussage über die Belastung des Menschen aus der radioaktiv kontaminierten Abluft einer kerntechnischen Anlage