Laskentaparametrien epätarkkuuden vaikutus säteilyannosten laskennassa

Because of the existence of radioactive nuclei in the process of nuclear power production, there are various environmental risks related to the process. Therefore, the objective of the nuclear industry is to conduct all operations of the nuclear power plants as safely as possible. National surveillance and international cooperation play a key role in fulfilling this purpose. In Finland, nuclear power production is supervised by the Radiation and Nuclear Safety Authority of Finland (STUK). Regulatory Guides on nuclear safety (YVL guides) published by STUK set tight standards to actions of licences. To fulfil the safety requirements it is important to be able to assess the radiation doses of the people living in the vicinity of a nuclear power plant, both during normal operation and in the case of possible accidents. In order to calculate the doses, a computerized dose assessment program is required. When assessing radiation doses, there are several uncertainties which stem from different sources. These uncertainties may contribute to the results calculated with the computer model. International Commission on Radiological Protection (ICRP) has drawn up a set of guides, which help to recognize the uncertainties of the dose calculation. This can be done by using a deterministic approach and setting the values of critical parameters conservatively. This may, however, result to a notable increase of costs. Instead of conservative assessments, stochastic methods by using Best Estimate (BE) values can be used to identify an appropriate range for each critical parameter. Finally, a Monte Carlo method is used to assess the range of variation for the results. This thesis has been completed at Fortum Nuclear Services Ltd (FNS). In FNS a computerized program TUULET is used to calculate the radiation doses. The general methods to assess the radiation doses and the implementation of TUULET program are described in the thesis. The main focus has been to verify the parameter values of TUULET. Based on literature, a probability distribution and a range of variation are proposed for the most important parameters. Finally, an uncertainty analysis environment created for TUULET is presented. The Monte Carlo -based environment enables to estimate the range of variation for the results at a fixed confidence level. The results indicate that the individual doses at a fixed calculation point in the vicinity of the power plant and with a given combination of parameter range do not vary remarkably. In this study, the minimum value of the individual dose around Loviisa NPP is not more than approximately 57 % lower than the BE value. On the other hand, maximum value is not more than about 75 % larger than the BE value. The collective dose is at most 29 % lower or 43% larger than the BE value of the collective dose, respectively. When calculating the distribution of individual doses at a fixed distance from the power plant, the unforeseen habits of individuals are a significantly greater source of uncertainty than the inaccuracies related to the parameter values.Ydinsähkön tuottamiseen liittyy tuotantoprosessissa esiintyvien radioaktiivisten aineiden vuoksi erilaisia ympäristöriskejä. Kansallisen valvonnan ja kansainvälisen yhteistyön avulla pyritään siihen, että ydinlaitostoiminnassa saavutettaisiin mahdollisimman korkea turvallisuustaso. Suomessa ydinlaitosten toimintaa valvoo Säteilyturvakeskus (STUK), jonka laatima ydinvoimalaitosohjeisto (YVL -ohjeisto) asettaa tiukat raamit luvanhaltijan toiminnalle. Tärkeä osa turvallisuusvaatimuksia on valmius arvioida sekä laitoksen normaalikäytön aikaiset että mahdollisen onnettomuuden seurauksena ympäristön ihmisille aiheutuvat säteilyannokset. Annosten laskemiseksi voimalaitosyhtiöllä tulee olla käytössään tietokonepohjainen annoslaskentaohjelmisto. Säteilyannosten laskentaan liittyy eri lähteistä aiheutuvia epävarmuuksia, joista voi edelleen aiheutua merkittäviä epävarmuuksia laskentamallin antamille lopputuloksille. Kansainvälinen Säteilysuojelukomissio (ICRP) on laatinut ohjeita, joiden pohjalta säteilyannoslaskennan epävarmuuksiin voidaan varautua. Epävarmuudet voidaan huomioida deterministisin menetelmin asettamalla mallin parametriarvot konservatiivisesti. Tästä voi aiheutua kuitenkin merkittäviä kustannuksia. Konservatiivisten arvioiden sijaan voidaan käyttää stokastisia menetelmiä, joissa parametreille arvioidaan Best Estimate (BE) -arvot tarkoituksenmukaisine vaihteluväleineen. Näihin perustuen voidaan arvioida laskentatulosten vaihteluvälit Monte Carlo -simuloinnin avulla. Tämä työ on tehty Fortum Nuclear Services Oy:ssa (FNS), jossa säteilyannosten laskentaan käytetään tietokoneohjelmaa TUULET. Tässä työssä esitellään yleisiä säteilyannoslaskennan menetelmiä sekä TUULET -ohjelmatoteutusta. Työssä verifioidaan ohjelman käyttämät parametriarvot sekä esitetään niille kirjallisuuden perusteella todennäköisyysjakaumat ja vaihteluvälit. Lisäksi kuvataan työn yhteydessä ohjelmalle kehitetty epävarmuusympäristö, jossa voidaan arvioida Monte Carlo -simuloinnin avulla laskentatulosten tiettyä varmuustasoa vastaavat vaihteluvälit. Tulosten perusteella voimalaitoksen ympäristön yksilöannokset eivät käytetyillä parametrien vaihteluväleillä ja kiinnitetyssä tarkastelupisteessä vaihtele kovin suuresti. Tarkastellussa tapauksessa minimiarvo yksilöannokselle on Loviisan ympäristössä pienimmillään noin 57 % vastaavaa BE-arvoa pienempi ja maksimiarvo suurimmillaan noin 75 % vastaavaa BE-arvoa suurempi. Vastaavasti kollektiivinen annos on pienimmillään noin 29 % pienempi ja suurimmillaan noin 43 % suurempi kuin BE-arvo. Laskemalla tiettyä etäisyyttä vastaavat yksilöannosten vaihteluvälit havaitaan, että epätarkkoja laskentaparametreja merkittävästi suuremman epävarmuuden laskentatuloksille aiheuttaa yksilöiden elintapojen vaihtelu