FoU - ERICA Tool Dynamic Module U24-1

Transkript

1 FoU - ERICA Tool Dynamic Module U24-1 J E Brown Lysebu

2 Kort Bagrunn ERICA Prosjektet var ferdig i 2007 En av hoved produkter var ERICA verktøy som bli brukt i flere land (Norge, Poland, Storbritannia, Sverige) ifm miljøkonsekvensvurdering Så en behov for vedlikehold og utvikling Konsortium satt opp (IRSN, CEH, EA, strålevern, CIEMAT, SSM, Facilia) å ta ansvar Flere møte holdt (sist august 2013) Idee diskuterte å veien framover bestemte. Flere verktøy versjoner utgitt Feilrettinger Nye funktionalitet

3 Overføring Modellert i ERICA som en konsentrasjonsfaktor A CR wo (1) A biota b,r soil r biota Where: A b,r = Activity concentration of radionuclide r in the whole organism of biota b (Bq kg -1 fresh soil weight (fw)); A r = Activity concentration of radionuclide r in soil (Bq kg -1 dry weight (dw)) Begrensninger antagelsen om at systemet er under likevekt er ofte ugyldig Gi ikke noe mekanistisk forståelse Men for kontinuerlig rutineutslipp anses som forholdsmessige og tilstrekkelig

4 Database evolution to the TRS FASSET EPIC IAEA 422 New & review data ERICA USDOE R&D128 Howard B.J. et al. (2013). The IAEA handbook on radionuclide transfer to wildlife. Journal of Environmental Radioactivity, Volume 121, pp Wildlife Database Canadian U-mine industry COG monitoring data Russian language literature SKB reports Japanese estuaries Australian data Data from new studies Post ERICA literature review... and more CR wo values CR wo-sediment 71 elements ICRP 114 & IAEA TRS

5 Database evolution since the TRS Wildlife Database ICRP 114 & IAEA TRS c. 17,000 additional CR values added (>80 elements) Barnett et al in-press UK RAP site Sheppard studies Canada NIRS estuarine data USA plant and invertebrate data (Napier) Review of Australian data (Hirth/Johansen) US weapons test sites Pu data (Johansen) STUK monitoring data Post 2011 literature (not comprehensive) Some refs out BUT ID numbers will not be reused CR wo values CR wo-sediment ERICA revision QC Repeat entries Outliers investigated Conversion errors

6 Rask løsning dynamisk Opprinelig bare enkelt verdier for radionuklier aktivitets konsentrajoner kunne bli brukte. Nye versjon vil tillat bl annet data tidserie

7 Rask løsning dynamisk II

8 Terrestrisk : overføring til dyr Anvendt kinetiske modeller i form: C t r, m C r,m x i AE r,i i n i 1 xi. AEr, i. IR. Cr, i Cr, m. kr, em is the whole-body activity concentration of radionuclide r in the mammal (Bq kg-1 f.w.); is the fraction of the diet associated with dietary component i ; is the assimilation efficiency(dimensionless) for radionuclide r within dietary component i ; IR is the ingestion rate per unit mass of mammal (kg f.w. day -1 per kg f.w.); C r,i is the activity concentration of radionuclide r in dietary component i (Bq kg-1 f.w.); k r,em is the effective loss rate of radionuclide r from mammal (day -1 ) incorporating both excretion rate and physical decay of the radionuclide. Tidligere versjoner av modeller er tilgjengelige, f.eks fra Fassett prosjekt * *See e.g. Avila, R., Beresfold, N., Broed, R., Brown, J., Iospje, M., Agüero A., Robles, B., Suañez, A. (2004). Study of the uncertainty in estimation of the exposure of non-human biota to ionizing radiation. Journal of Radiological Protection, 24, pp. A105-A122.

9 Allometrisk basert Allometri, eller "biologisk skalering", er faget hvor effekten av massen på biologiske variabler er undersøkt. Avhengigheten av en biologisk variabel på en kroppsmasse, er karakterisert av ligninger i formen (Eq. 1) Y = am b (1) where a and b are constants. Det finnes en rekke publikasjoner som oppsummerer allometrisk forhold til et bredt spekter av biologiske variabler. Mange biologiske fenomener skalere som massen opphøyd i 1 eller 3 kvart persent. For eksempel: metabolske rater skalere som M 0.75 ; hastigheter av cellenes stoffskifte og maksimal befolkningsvekst, som M -0,25, levetid og embryonal vekst og utvikling, som M 0.25 ; tverrsnitts områder av pattedyr aortas og trestammer, som M Allomterisk forhold for biologisk halveringstid og overføringsfaktor fra kosthold for noen radionuklider var derivert av flere forfattere, og de fleste av disse koeffisienter også skalere til kvartil verdier.

10 Marin Dynamisk modellering I Erfaring fra UNSCEAR utredning Analyse for stasjonen 15 km offshore Fukushima Daichi Modell satt opp i Modelmaker og parametrisert (verdiene funnet for biologiske halveringstider osv.) - se figur ECOMOD dynamisk modell også brukt Decay_out_fast_fish Uptake_in_Cs_fish_fast Uptake_Cs_fish_fast Rapid_phase_fish Decay_Cs_fast Int_dose_fish SpA_Cs_fish [Bq/kg] Organism CR_Cs_Fish [m3/kg] Release_Cs_fish_fast Ext_dose_fish Release_out_Cs_fish_fast Decay_out_slow_fish Uptake_in_Cs_fish_slow Uptake_Cs_fish_slow Slow_phase_fish Decay_Cs_slow Release_Cs_fish_slow Release_out_Cs_fish_slow Sazykina, T.G. ECOMOD - An ecological approach to radioecological modelling. J. Environ. Radioact. 50(3): (2000) Vives i Batlle, J., R.C. Wilson, S.J. Watts et al. Dynamic model for the assessment of radiological exposure to marine biota. J. Environ. Radioact. 99(11): (2008)

11 Marin Dynamisk modellering II Doserater FDNPS South channel med bruk av ECOMOD og CR modellen

12 Hva er plan i CERAD? Gjør ferdig rask løsning dynamisk En del tester kreves Utgitt i nye versjon av ERICA 2014 Planner hvordan man kan implementere kinetisk modeller

13 Felt Tracer forsøk nye prosjekt forslag til 2014 J.E. Brown Lysebu,

14 Innledning Foreløpige betraktninger har blitt gitt til ideen om å legge sporstoff til en eller flere studiesteder og overvåke utviklingen av forurensningsnivåer i ulike deler av miljøet med tid. Dette har potensial til å gi nyttig informasjon i den mellomliggende og sen fase etter en atomulykke og gir oss mulighet til å skaffe informasjon om parameterverdier som er brukt i radioøkologi modeller. I lengre sikt data om økologiske halveringstider og muligens påvirket av klimaendringer på radionuklide mobilitet kan bli studert med sikte på å fortsette studiet over levetiden på CERAD (dvs. ca. dekadiske periode).

15 Oppgavene 1. Gjennomgang av tidligere sporingsstoff studier i terrestriske systemer 2. Beskrivelse de hypoteser vi ønsker å teste eller informasjon vi ønsker å erverve Teknisk - område (r) vi ønsker å legge til sporstoff, hvordan de vil bli lagt stråleverns krav (stanse tilgang av publikum, minimere utslipp til miljøet etc.) - planer for prøvetaking og analyser (studie design) identifisere og løse tekniske problemer knyttet til områdetilgang og transport. Analyser plan Logging og arkivering av data 3. Formelt forslag - fylle ut og gi den informasjon som er nødvendig for evalueringen av Statens strålevern. Oppfølging av eventuelle spørsmål etc. i forslaget utviklingsprosessen.

16 Hvilke prosesser er det aktuelt å studere? Avskjæring, forvitring fra vegetasjon, translokasjon Jordprosesser - fixation (dynamikk) og mobilitet av radionuklider (diffusjonskoeffisienter) Opptak fra jord til planter (dynamikk) Biomasse fortynning - endringer i aktivitet over hele vekstsesongen Nedbørs avrenning - radionuklide migrasjon og tap fra studie område Opptreden når nedfall skjer på snø - smelting og utslipp Tilkobling til effekter og andre forhold (lite sannsynlig at nivåene vil være høy nok til å indusere cytogenetisk eller andre typer skader) og UV?

17 Type studie vil diktere den eksperimentelle oppsett, f.eks : Cs og Sr tidlig nedfall: Nøye kontrollert anvendelse av aerosol (fysisk-kjemisk form karakterisert), simulert nedbør i eksperimenter - se Vandecasteele et al. (2001). Jod jord til plante overføring: Tilsetting av tracer med en vannkanne, men blanding av jord se Kashparov et al. (2005) Spormetaller - jord mobilitet og planteopptak: Forsiktig tillegg av tracer men detaljert strukturell kartlegging av jord og rot strukturer se Albrecht A. (2001). Kashparov V. et al. (2005). Soil-to-plant halogens transfer studies 1. Root uptake of radioiodine by plants. Journal of Environmental Radioactivity 79, Albrecht A. et al. (2002) Incorporating soil structure and root distribution into plant uptake models for radionuclides: toward a more physically based transfer model. Journal of Environmental Radioactivity 59, Vandecasteele, C.M. et al. (2001). Interception, retention and translocation under greenhouse conditions of radiocaesium and radiostrontium from a simulated accidental source. The Science of the Total Environment 278,

18 U12-1 TRAP Tjøtta Reference Animals and Plants Strålevernet Prosjektledelse m.m. Bioforsk Prøveinnsamling UMB Kvantitativ analyse

19 Bakgrunn Den internasjonale strålevernskommisjonen (ICRP) har utviklet et system basert på såkalte Reference Animals and Plants (RAP) til bruk ved estimering av doser og effekter av ioniserende stråling/radioaktive stoffer i miljøet (dvs. hav, ferskvann, landjorda). For at systemet skal være basert på mest mulig konsistente data, er det lagt vekt på å identifisere mindre referanseområder i flere land: Her hentes det inn prøver som kan representere de ulike RAP, samt korresponderende prøver av jord og vann.

20 Referanseorganismer (RAPs) RAP Arter Del Poaceae (PO) Smyle Hele (overjordisk) Pinaceae (PI) Furu og sitkagran Årsskudd Lumbricidae (LU) Alle meitemarker Hele (uten tarminnhold) Apidea (AP) Europeisk honningbie Hele Muridae (MU) Div. mus Muskel, bein, lever og gonader Cervidae (CE) Elg Muskel, bein, lever og gonader Salmonidae (SA) Ørret Muskel, bein, lever og gonader Ranidae (RA) Buttsnutefrosk Muskel, bein, lever og gonader Anatidae (AN) Stokkand, krikkand, toppand Muskel, bein, lever og gonader Fucaceae (FU) Blæretang Hele Cancridae (CA) Taskekrabbe Alt bløtvev og skall Pleuronectidae (PL) Rødspette Muskel, bein, lever og gonader Forskjellige livsstadier for mange arter (eks. frosk egg, rumpetroll og voksen)

21 ICRPs liste av grunnstoffer

22 Tjøtta, inkludert andre deler av Alstahaug kommune i Nordland, er valgt som referanseområde i Norge

23 Status Forstudie utført 128 av 500 prøver Jord og biota Alle analysert for stabilelementer ved Nøytronaktiveringsanalyse (NAA) Et utvalg på 29 prøver også analysert ved ICP-MS

24 Resultatoversikt Biota (NAA, n=112) Bra Dårlig : Ikke på ICRP-lista

25 Resultatoversikt Biota (ICP-MS, n=13) Bra Dårlig : Ikke på ICRP-lista