JP4334374B2 - Exposure dose evaluation method, exposure dose evaluation system, and exposure dose evaluation program - Google Patents
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Description
本発明は、大気中に拡散した放射性核種から地表面へのクラウドシャイン被ばく線量を評価するための方法、システムおよびプログラムに関する。 The present invention relates to a method, a system, and a program for evaluating a dose of cloud shine exposure to a ground surface from a radionuclide diffused in the atmosphere.
一般に、クラウドシャイン被ばく線量評価方法においては、大気中に分布するすべての放射性物質から、被ばく線量を評価しようとする位置への被ばく線量の寄与をすべて足し合わせ計算を行なっている。 In general, in the cloud shine exposure dose evaluation method, the calculation is performed by adding all the contributions of the exposure dose to the position where the exposure dose is to be evaluated from all radioactive materials distributed in the atmosphere.
このようなクラウドシャイン被ばく線量評価方法の例としてＳＰＥＥＤＩ（非特許文献１参照）がある。 An example of such a cloudshine exposure dose evaluation method is SPEEDI (see Non-Patent Document 1).
大気中に拡散分布した放射性核種（あるいは放射性物質）ｉによる地表面位置座標（ｘ０，ｙ０，ｚ０）におけるクラウドシャイン被ばく線量Ｄｉ（ｘ０，ｙ０，ｚ０）は、放射性核種ｉの空間濃度分布χｉ（ｘ，ｙ，ｚ）から評価することができる。
ここで、
Ｄｉ（ｘ０，ｙ０，ｚ０）： 核種ｉの評価点（ｘ０，ｙ０，ｚ０）における被ばく線量［ｍＳ／ｈｒ］
Ｋ０： 放射能から被ばく線量への換算係数 ［（ｄｉｓ・ｍ３・ｍＳ）／（ＭｅＶ・Ｂｑ・ｈｒ）］
Ｅｉ： 核種ｉのγ線エネルギー［ＭｅＶ］
μａｉ： 核種ｉの吸収係数［ｍ−１］
吸収係数は、核種ｉから放出されるγ線エネルギーＥｉに依存する。
here,
D i (x 0 , y 0 , z 0 ): Exposure dose [mS / hr] at the evaluation point (x 0 , y 0 , z 0 ) of nuclide i
K 0 : Conversion factor from radioactivity to exposure dose [(dis · m 3 · mS) / (MeV · Bq · hr)]
E i : γ-ray energy of nuclide i [MeV]
μ ai : Absorption coefficient of nuclide i [m −1 ]
The absorption coefficient depends on the γ-ray energy E i emitted from the nuclide i.
ｒ： 被ばく線量評価点（ｘ０，ｙ０，ｚ０）と着目点（ｘ，ｙ，ｚ）間の距離［ｍ］
μｉ： 核種ｉの減衰係数［ｍ−１］
Ｂｉ（Ｅｉ，ｒ）： 核種ｉのビルドアップ係数［−］
核種ｉのビルドアップ係数Ｂｉ（Ｅｉ，ｒ）は、核種ｉから放出されるγ線エネルギーに依存する減衰係数μｉと距離ｒに依存する。
r: distance [m] between the dose evaluation point (x 0 , y 0 , z 0 ) and the point of interest (x, y, z)
μ i : Damping coefficient of nuclide i [m −1 ]
B i (E i , r): Build-up coefficient of nuclide i [−]
The build-up coefficient B i (E i , r) of the nuclide i depends on the attenuation coefficient μ i that depends on the γ-ray energy emitted from the nuclide i and the distance r.
ただし、式（１）のｒ，θ，φについての３重積分は、被ばく線量評価点（ｘ０，ｙ０，ｚ０）を原点として全空間に張り出した極座標系での全空間積分であり、実際の評価においては離散化した空間メッシュ点で数値積分することになる。 However, the triple integral for r, θ, and φ in equation (1) is the total space integral in a polar coordinate system that extends to the entire space with the exposure dose evaluation point (x 0 , y 0 , z 0 ) as the origin. In actual evaluation, numerical integration is performed at the discrete mesh points.
また上記物理量の単位は一例であり、使用する被ばく線量単位や物理単位系により異なる。 The unit of the physical quantity is an example, and differs depending on the exposure dose unit or physical unit system to be used.
ところで、放射性核種ｉの空間濃度分布χｉ（ｘ，ｙ，ｚ）を評価する方法は２通り考えられる。第一の方法は、拡散方程式を数値的に解く方法である。具体的には、核種ｉの拡散係数を別途評価しておき、これを使用した拡散方程式を数値評価すべき空間メッシュについて差分方程式に離散化し、時間について直接数値積分していくものである。この方法では、核種ｉの空間濃度分布χｉ（ｘ，ｙ，ｚ）が直接求められる。 By the way, there are two methods for evaluating the spatial concentration distribution χ i (x, y, z) of the radionuclide i. The first method is to solve the diffusion equation numerically. Specifically, the diffusion coefficient of nuclide i is separately evaluated, and the diffusion equation using this is discretized into a difference equation for the spatial mesh to be numerically evaluated, and the numerical integration is performed directly over time. In this method, the spatial concentration distribution χ i (x, y, z) of the nuclide i is directly obtained.
第二の方法は、核種ｉの拡散挙動をモンテカルロ法により直接シミュレーションする方法である。具体的には、核種ｉが放出源から出て大気中を拡散する軌跡をシミュレーションする時間ステップΔｔ毎に追跡していくものである。この場合、核種ｉの全原子（あるいは分子）をすべて追跡するのではなく、実際の放出量に応じて統計的な重みを持たせた多数の粒子（粒子の実際の数量は評価すべき濃度分布に要求される統計精度を考慮して決める）で代表させる。核種のｉ空間濃度分布は、全空間に拡散した代表粒子の分布から評価される。 The second method is a method of directly simulating the diffusion behavior of the nuclide i by the Monte Carlo method. Specifically, the trajectory of the nuclide i exiting the emission source and diffusing in the atmosphere is tracked at each time step Δt for simulating. In this case, not all the atoms (or molecules) of nuclide i are traced, but a large number of particles weighted statistically according to the actual amount of emission (the actual number of particles is the concentration distribution to be evaluated). (Determined taking into account the statistical accuracy required). The i-space concentration distribution of nuclides is evaluated from the distribution of representative particles diffused throughout the entire space.
第一の方法と第二の方法の使用上の得失として以下のような点が挙げられる。第一の方法は空間メッシュ単位での濃度変数について計算するため、放射性核種の放出源もメッシュサイズ毎の単位でしか扱えない。現実の放射性核種の放出は取り扱い施設からの漏洩等、空間的には点と見なすべき場合がほとんどである。これを第一の方法で扱う場合には、放出位置が広く扱われる結果として、放出位置周辺の濃度分布の評価精度が低下することが避けられない。第二の方法は粒子の位置は空間メッシュサイズには依存しないため前記のような問題は発生しない。 Advantages and disadvantages of using the first method and the second method include the following points. The first method calculates concentration variables in units of spatial mesh, so that the radionuclide emission source can be handled only in units of mesh size. In most cases, the actual release of radionuclides should be regarded as a point in terms of space, such as leakage from a handling facility. When this is handled by the first method, it is inevitable that the evaluation accuracy of the concentration distribution around the discharge position is lowered as a result of handling the discharge position widely. The second method does not cause the above problem because the particle position does not depend on the spatial mesh size.
ところでこの第二の方法については、拡散していく粒子の位置の考え方について、さらに二つの手法に分けられる。一つ目の手法は、直接シミュレーションした粒子の位置を拡がりのない点としてとらえ、核種の濃度は着目する位置での評価空間に含まれる粒子総和（より正確には核種数を代表する粒子の統計的な重みの総和）を評価空間体積で除して求める手法である。二つ目の手法は、直接シミュレーションする個々の粒子位置に大気乱流に起因する統計的な空間拡がりを持たせる手法である。この方法による核種の濃度の評価は以下のようになる（例えば非特許文献２参照）。
Ｑ： 放射性物質放出率［Ｂｑ／ｈｒ］
χｉ（ｘ，ｙ，ｚ）： 核種ｉの着目点（ｘ，ｙ，ｚ）における空間濃度［Ｂｑ／ｍ３］
（ｘｋ，ｙｋ，ｚｋ）： 第ｋ番目の粒子の中心位置
σｘｋ： 第ｋ番目の粒子の拡がりの標準偏差
ｚｇ： 地表面高さ
式（２）右辺において、粒子の総和対象になっている関数形は、個々に拡がりを持つ粒子の空間分布関数の、点（ｘ，ｙ，ｚ）への寄与を示している。
Q: Radioactive material release rate [Bq / hr]
χ i (x, y, z): spatial density [Bq / m 3 ] at the point of interest (x, y, z) of nuclide i
(X k , y k , z k ): center position of the k-th particle σ xk : standard deviation of the spread of the k-th particle z g : ground surface height On the right side of equation (2), the object of particle summation The form of the function indicates the contribution to the point (x, y, z) of the spatial distribution function of the individually spreading particles.
上記一つ目の手法と二つ目の手法の使用上の得失として以下のような点が挙げられる。一つ目の手法は、濃度を評価したい位置での評価体積中に粒子が無ければ、濃度は０となる。あるいは評価体積中の粒子数が少なければ、濃度の統計的な精度は悪くなる。したがって、低い濃度位置でも評価精度を上げるためには、モンテカルロ計算する粒子の数を大きくする必要がある。これに対して、二つ目の手法は濃度を評価したい位置に粒子が無い、あるいは粒子が少なくとも、他の位置の粒子の統計的な空間広がりの寄与により、評価すべき濃度の統計精度は高くなる。このため一つ目の手法より粒子数が百分の一程度で同程度の評価精度を達成できる。
上述したクラウドシャイン被ばく線量評価方法においては、大気中に拡散分布した放射性核種ｉによる地表面位置座標（ｘ０，ｙ０，ｚ０）におけるクラウドシャイン被ばく線量Ｄｉ（ｘ０，ｙ０，ｚ０）を評価するためには、式（１）で示した空間積分を行なう必要があり、実際の計算では全空間をメッシュ点に分割し数値積分することになる。これを地表面すべてで被ばく線量分布を評価しようとすると、式（１）の計算を、地表面評価点すべてにおいて行なう必要があり、その数値計算量が膨大になる。とりわけ、放射性物質放出事故のような場合には、迅速な被害予測評価が必要であり、被ばく線量分布予測の高速化が課題であった。 In the above-described cloud shine exposure dose evaluation method, the cloud shine exposure dose D i (x 0 , y 0 , z 0 ) at the ground surface position coordinates (x 0 , y 0 , z 0 ) due to the radionuclide i diffusely distributed in the atmosphere. In order to evaluate ( 0 ), it is necessary to perform the spatial integration represented by the equation (1). In actual calculation, the entire space is divided into mesh points and numerical integration is performed. If it is intended to evaluate the exposure dose distribution on the entire ground surface, it is necessary to perform the calculation of Equation (1) at all the ground surface evaluation points, and the numerical calculation amount becomes enormous. In particular, in the case of a radioactive material release accident, quick damage prediction evaluation is necessary, and speeding up of the exposure dose distribution was an issue.
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、大気中に拡散した放射性核種から地表面へのクラウドシャイン被ばく線量の評価を高速で行なえる方法、システムおよびプログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a method, a system, and a program capable of performing a high-speed evaluation of a cloudshine exposure dose from a radionuclide diffused in the atmosphere to the ground surface. Objective.
本発明は上記目的を達成するものであって、請求項１に記載の発明は、大気中に拡散した放射性核種から地表面へのクラウドシャイン被ばく線量を評価する被ばく線量評価方法において、単位放射線強度の空間的広がりを持った粒子によるクラウドシャイン被ばく線量を、γ線エネルギーと、粒子位置とクラウドシャイン被ばく線量評価点位置の水平方向距離を粒子の水平方向広がり幅で除してなる規格化水平距離と、粒子位置とクラウドシャイン被ばく線量評価点位置の鉛直方向距離を粒子の鉛直方向広がり幅で除してなる規格化高度差と、粒子の空間的広がり形状を規定する粒子鉛直方向広がり幅と、粒子の水平方向広がり幅を粒子鉛直方向広がり幅で除してなる規格化水平方向広がり幅と、をパラメータとして評価したデータベースを提供するデータベース提供ステップと、放射性核種粒子の拡散挙動をモンテカルロ法により直接シミュレーションする拡散挙動シミュレーションステップと、その放射性核種粒子位置に大気乱流に起因する統計的な空間広がりを持たせる手法で計算される放射性核種粒子の持つ放射線強度と、粒子の空間的広がりの中心位置ならびに粒子広がり形状とクラウドシャイン被ばく線量評価位置座標により、前記データベースに基づいて、着目する放射性核種粒子からのクラウドシャイン被ばく線量を直接評価する被ばく線量評価ステップと、を有することを特徴とする。
The present invention achieves the above-mentioned object, and the invention according to
また、請求項４に記載の発明は、大気中に拡散した放射性核種から地表面へのクラウドシャイン被ばく線量を評価する被ばく線量評価システムにおいて、単位放射線強度の空間的広がりを持った粒子によるクラウドシャイン被ばく線量を、γ線エネルギーと、粒子位置とクラウドシャイン被ばく線量評価点位置の水平方向距離を粒子の水平方向広がり幅で除してなる規格化水平距離と、粒子位置とクラウドシャイン被ばく線量評価点位置の鉛直方向距離を粒子の鉛直方向広がり幅で除してなる規格化高度差と、粒子の空間的広がり形状を規定する粒子鉛直方向広がり幅と、粒子の水平方向広がり幅を粒子鉛直方向広がり幅で除してなる規格化水平方向広がり幅と、をパラメータとして評価したデータベースと、放射性核種粒子の拡散挙動をモンテカルロ法により直接シミュレーションする拡散挙動シミュレーション手段と、その放射性核種粒子位置に大気乱流に起因する統計的な空間広がりを持たせる手法で計算される放射性核種粒子の持つ放射線強度と、粒子の空間的広がりの中心位置ならびに粒子広がり形状とクラウドシャイン被ばく線量評価位置座標により、前記データベースに基づいて、着目する放射性核種粒子からのクラウドシャイン被ばく線量を直接評価する被ばく線量評価手段と、を有することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an exposure dose evaluation system for evaluating a dose of a cloud shine to a ground surface from a radionuclide diffused in the atmosphere, and a cloud shine by particles having a spatial spread of unit radiation intensity. Normalized horizontal distance obtained by dividing the exposure dose by γ-ray energy, the horizontal position of the particle position and the cloudshine exposure dose evaluation point position by the horizontal spread width of the particle, and the particle position and cloudshine exposure dose evaluation point Normalized height difference obtained by dividing the vertical distance of the position by the vertical spread width of the particle, the vertical spread width of the particle that defines the spatial spread shape of the particle, and the horizontal spread width of the particle A database that evaluates the normalized horizontal spread width divided by the width as a parameter, and the diffusion behavior of radionuclide particles. Radiation intensity of radionuclide particles calculated by means of diffusion behavior simulation means directly simulating by Tecarlo method and a method of giving statistical spatial spread due to atmospheric turbulence at the position of the radionuclide particles, and the spatial nature of the particles A dose evaluation means for directly evaluating a cloudshine exposure dose from a radionuclide particle of interest based on the database based on a spread center position, a particle spread shape, and a cloudshine exposure dose evaluation position coordinate; And
また、請求項５に記載の発明は、コンピュータに、大気中に拡散した放射性核種から地表面へのクラウドシャイン被ばく線量評価を実行させるための被ばく線量評価プログラムにおいて、コンピュータに、単位放射線強度の空間的広がりを持った粒子によるクラウドシャイン被ばく線量を、γ線エネルギーと、粒子位置とクラウドシャイン被ばく線量評価点位置の水平方向距離を粒子の水平方向広がり幅で除してなる規格化水平距離と、粒子位置とクラウドシャイン被ばく線量評価点位置の鉛直方向距離を粒子の鉛直方向広がり幅で除してなる規格化高度差と、粒子の空間的広がり形状を規定する粒子鉛直方向広がり幅と、粒子の水平方向広がり幅を粒子鉛直方向広がり幅で除してなる規格化水平方向広がり幅と、をパラメータとして評価したデータベースを提供するデータベース提供機能と、放射性核種粒子の拡散挙動をモンテカルロ法により直接シミュレーションする拡散挙動シミュレーション機能と、その放射性核種粒子位置に大気乱流に起因する統計的な空間広がりを持たせる手法で計算される放射性核種粒子の持つ放射線強度と、粒子の空間的広がりの中心位置ならびに粒子広がり形状とクラウドシャイン被ばく線量評価位置座標により、前記データベースに基づいて、着目する放射性核種粒子からのクラウドシャイン被ばく線量を直接評価する被ばく線量評価機能と、を実行させることを特徴とする。 Further, the invention according to claim 5 is an exposure dose evaluation program for causing a computer to perform a cloud shine exposure dose evaluation from a radionuclide diffused in the atmosphere to the ground surface. Normalization horizontal distance obtained by dividing the cloud shine exposure dose by particles with a broad spread, γ-ray energy, and the horizontal distance between the particle position and the cloud shine exposure dose evaluation point position by the horizontal spread width of the particle, Normalized height difference obtained by dividing the vertical distance between the particle position and the cloudshine exposure dose evaluation point position by the vertical spread width of the particle, the vertical spread width of the particle that defines the spatial spread shape of the particle, The normalized horizontal spread width obtained by dividing the horizontal spread width by the particle vertical spread width is evaluated as a parameter. A database providing function that provides a database, a diffusion behavior simulation function that directly simulates the diffusion behavior of radionuclide particles by the Monte Carlo method, and a method that gives the spatial location of the radionuclide particles statistical space due to atmospheric turbulence Based on the database, the radiation intensity of the radionuclide particle, the center position of the particle's spatial spread, the particle spread shape and the cloudshine exposure dose evaluation position coordinates, and the cloud shine exposure from the radionuclide particle of interest And an exposure dose evaluation function for directly evaluating the dose.
本発明によれば、大気中に拡散した放射性核種から地表面へのクラウドシャイン被ばく線量の評価を高速で行なうことができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the cloud shine exposure dose to the ground surface from the radionuclide diffused in air | atmosphere can be evaluated at high speed.
以下、本発明に係るクラウドシャイン被ばく線量評価方法の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、この被ばく線量評価方法は電子計算機を用いて実行でき、そのためのプログラムを電子媒体などによって提供できる。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments of a cloudshine exposure dose evaluation method according to the present invention will be described below with reference to the drawings. This exposure dose evaluation method can be executed using an electronic computer, and a program for this can be provided by an electronic medium or the like.
（実施形態１）
まず、図１および図２を用いて実施形態１を説明する。本実施形態は、大気中に拡散した放射性核種による地表面でのクラウドシャイン被ばく線量分布を評価するための処理の流れと、統計的な広がりをもつ粒子から被ばく線量評価点への線量寄与を予めデータベースとして作成するための方法から構成されている。
(Embodiment 1)
First,
図１は、地表面でのクラウドシャイン被ばく線量分布を評価する処理の流れを示したものである。放射性核種粒子の拡散挙動計算１は、前記第二の方法として示した拡散挙動をモンテカルロ法により直接シミュレーションする方法を行ない、さらにその二つ目の手法として示した直接シミュレーションする個々の粒子位置に大気乱流に起因する統計的な空間拡がりを持たせる手法を採る。これにより、任意の時刻における放射性核種ｉの粒子ごとの、放射能強度、γ線エネルギー、粒子広がり中心位置、ならびに粒子広がり形状が評価される。このうち、粒子広がり形状は、式（２）のσｘ，σｙ，σｚで定量評価する。
FIG. 1 shows the flow of processing for evaluating the dose distribution of cloudshine exposure on the ground surface. Radionuclide particle
統計的な広がりをもつ粒子から被ばく線量評価点への線量寄与を与えるデータベース２を作成するにあたり、粒子の広がり形状ならびに粒子広がり中心位置を次のように規格化する。
In creating the
大気中に拡散する放射性核種の空間的な広がりは時間とともに大きくなっていくが、通常は大気の流れは鉛直方向よりも水平方向の方が相対的に大きいので、粒子の広がり形状も鉛直方向（σｚ）よりも水平方向（σｘ，σｙ）のほうが１０倍程度大きくなる。また、通常は水平方向の乱流成分は差が大きくないのでここでの実施形態では水平方向の広がり形状は等方（σｘ＝σｙ＝σｘｙ）とした場合で説明する。こうした知見を基に粒子の広がり形状は図２に示すように、σｚと規格化水平広がりｓｎ、
ｓｎ＝σｘｙ／σｚ … （３）
で規格化する。また粒子広がり中心位置は、被ばく線量評価する地表面位置との相対関係から、図２に示すように規格化水平距離ｘｎ、
ｘｎ＝Ｒｇ／σｘｙ … （４）
と規格化高度差ｙｎ、
ｙｎ＝ｈ／σｚ … （５）
で規格化する。
Although the spatial spread of radionuclides that diffuse into the atmosphere increases with time, the flow of particles is usually vertical (the flow of the atmosphere is relatively larger in the horizontal direction than in the vertical direction). The horizontal direction (σ x , σ y ) is about 10 times larger than (σ z ). In addition, since the difference in the turbulent flow component in the horizontal direction is usually not large, the embodiment here will be described in the case where the horizontal spreading shape is isotropic (σ x = σ y = σ xy ). Based on these findings, the particle spreading shape is σ z and the normalized horizontal spreading sn, as shown in FIG.
sn = σ xy / σ z (3)
Standardize with. In addition, the particle spread center position is a normalized horizontal distance xn, as shown in FIG.
xn = R g / σ xy (4)
And standardized altitude difference yn,
yn = h / σ z (5)
Standardize with.
ただし、水平距離Ｒｇと高度差ｈは、被ばく線量評価位置座標（ｘ０，ｙ０，ｚ０）と粒子広がり中心位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）から、
Ｒｇ＝√｛（ｘ−ｘ０）２＋（ｙ−ｙ０）２｝ … （６）
ｈ＝ｚ−ｚ０ … （７）
として計算できる。
However, the horizontal distance R g and the altitude difference h are calculated from the exposure dose evaluation position coordinates (x 0 , y 0 , z 0 ) and the particle spread center position coordinates (x, y, z),
R g = √ {(x−x 0 ) 2 + (y−y 0 ) 2 } (6)
h = z−z 0 (7)
Can be calculated as
こうして、評価対象となる放射性核種毎（放射性核種が決まればγ線エネルギーが決まる）に、代表的な粒子広がり形状（σｘｙ，σｘ）、規格化水平距離ｘｎ、規格化高度差ｙｎの値（例えば、予め想定する値の範囲で等間隔に複数に区分した分点）について、式（２）〜式（７）を使用して式（１）で定義されるクラウドシャイン被ばく線量を計算しデータベースとして保存する。ここで計算された被ばく線量は、単位放射能強度を持つ粒子からの寄与分となる。 Thus, for each radionuclide to be evaluated (when the radionuclide is determined, the γ-ray energy is determined), the typical particle spread shape (σ xy , σ x ), normalized horizontal distance xn, normalized height difference yn values For (for example, dividing points divided into a plurality of equal intervals within a range of values assumed in advance), the cloudshine exposure dose defined by equation (1) is calculated using equations (2) to (7). Save as a database. The exposure dose calculated here is a contribution from particles having unit radioactivity intensity.
実際に具体的な被ばく線量評価を行なう場合には、図１の処理の流れにおいて、放射性核種ｉの粒子ごとの、放射能強度、γ線エネルギー、粒子広がり中心位置、ならびに粒子広がり形状を評価し、次に式（３）〜式（７）により粒子広がり形状ならびに位置を規格化し、予め作成しておいたデータベースの設定パラメータ点と照らし合わせ、最も近接するデータ点間でクラウドシャイン被ばく線量を内挿評価する。これにより、毎回、膨大な空間積分を行なうことなく高速にクラウドシャイン被ばく線量分布が評価できる。 When actually performing a specific exposure dose evaluation, the radioactivity intensity, γ-ray energy, particle spread center position, and particle spread shape for each particle of radionuclide i are evaluated in the process flow of FIG. Next, the particle spread shape and position are normalized by Equations (3) to (7), compared with the preset parameter points in the database created in advance, and the crowdshine exposure dose is determined between the closest data points. Evaluate. Thereby, it is possible to evaluate the dose distribution of the cloud shine at high speed without performing enormous spatial integration each time.
（実施形態２）
次に、本発明に係るクラウドシャイン被ばく線量評価方法の実施形態２を以下に説明する。なお実施形態１と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
(Embodiment 2)
Next,
統計的な広がりをもつ粒子から被ばく線量評価点への線量寄与を予めデータベースとして作成するまでは、先の実施形態１と同様である。 The process is the same as that of the first embodiment until the dose contribution from the particles having statistical spread to the exposure dose evaluation point is created in advance as a database.
ここでは、作成したデータベースから、粒子の規格化水平距離ｘｎ、規格化高度差ｙｎの二つのパラメータについては最小２乗フィッティングにより近似関数を作成する。具体的には、以下のような指数関数形式である。
ここで、右辺のａ，ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５，ａ６，ａ７，ａ８は最小２乗フィッティングで決定される係数である。近似関数を指数関数とするのは被ばく線量が距離の−２乗依存性を空間広がりの効果と、空気中で指数関数的に減衰する性質を考慮して決定したものである。 Here, a, a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7, and a8 on the right side are coefficients determined by the least square fitting. The approximate function is an exponential function because the dose dependence of the exposure dose is determined in consideration of the effect of spatial spread and the property of exponentially decaying in air.
また式（８）の例では、指数関数部において規格化水平距離ｘｎについては０次から２次まで、規格化高度差ｙｎについては１／２次から４次までとしている。設定する次数の範囲は、要求精度により調整するべきものである。 In the example of Expression (8), the normalized horizontal distance xn in the exponential function section is from 0th order to 2nd order, and the normalized height difference yn is from 1 / 2th order to 4th order. The order range to be set should be adjusted according to the required accuracy.
式（８）のような近似関数を作成しておくことにより、粒子の位置情報に関してはデータベースの代表点からの内挿処理が不要となり、規格化水平距離と規格化高度差から直接評価可能になる。具体的には、式（１）の右辺が、
のようになる。 become that way.
実際に、地表面の被ばく線量分布を計算する場合には、同一の粒子から地表面のすべての評価点に対する線量を計算する必要があるが、粒子を選んだ時点で、γ線エネルギーと粒子広がり形状は確定しているので、データベースのパラメータのうち評価地点ごとに変化するのは、規格化水平距離と規格化高度差だけである（図１の地表面評価点に関する繰り返しループ３と粒子に関する繰り返しループ４のうち内側のループ３）。したがってこの二つのパラメータ依存性が近似関数で直接評価できると全体の計算処理が簡素化され高速化できる。 Actually, when calculating the radiation dose distribution on the ground surface, it is necessary to calculate the dose for all evaluation points on the ground surface from the same particle. Since the shape is fixed, only the standardized horizontal distance and the standardized altitude difference change among the database parameters for each evaluation point (repetition loop 3 for the ground surface evaluation point in FIG. 1 and repetition for the particle). The inner loop 3) of the loops 4). Therefore, if these two parameter dependencies can be directly evaluated by an approximate function, the entire calculation process can be simplified and speeded up.
（実施形態３）
次に、本発明に係るクラウドシャイン被ばく線量評価方法の実施形態３を以下に説明する。なお実施形態１と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
(Embodiment 3)
Next, a third embodiment of the cloudshine exposure dose evaluation method according to the present invention will be described below. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as
統計的な広がりをもつ粒子から被ばく線量評価点への線量寄与を予めデータベースとして作成する場合において、粒子の広がり形状を示す規格化水平広がりｓｎの代表点の採りかたを、予め設定した範囲で等間隔に分点するのではなく、分点幅が等比級数的に大きくなるように設定する。 In the case where the dose contribution from the statistically spread particles to the exposure dose evaluation points is created in advance as a database, the method of taking the representative points of the normalized horizontal spread sn indicating the spread shape of the particles is within a preset range. Rather than dividing points at equal intervals, the dividing point width is set so as to increase geometrically.
例えば、ｓｎの範囲を１．０から２０．０までとし、分点の数を２１とした場合には、ｉ ｓｎ番目の分点ｓｎ（ｉ ｓｎ）は以下のように決める。 For example, when the range of sn is 1.0 to 20.0 and the number of minute points is 21, i snth point sn (i sn) is determined as follows.
ｓｎ ｒａｎｇｅ＝２０
ｉ ｓｎ ｍａｘ＝２１
Δｓｎ＝ｌｎ（ｓｎ ｒａｎｇｅ）／（ｉ ｓｎ ｍａｘ−１）
ｓｎ（ｉ ｓｎ）＝１．×（ｅΔｓｎ）ｉ ｓｎ−１
ｅΔｓｎ＝１．１６１５８６３４９
このように規格化水平広がりｓｎの分点を設定してデータベースを作成することにより、以下に示すような効果がある。
sn range = 20
i sn max = 21
Δsn = ln (sn range) / (i sn max-1)
sn (i sn) = 1. × (e Δsn ) i sn-1
e Δsn = 1.116586349
Thus, by creating the database by setting the dividing points of the normalized horizontal spread sn, there are the following effects.
放射性核種が放出される事故のような場合には、放出源近傍程被ばく線量が大きく、評価上重要となる。放出源近傍では被ばく線量が比較的大きく実際の評価においても重要となる。また放出源近傍では放射性核種が放出されてまだあまり拡散していない段階であり、粒子の広がりが大きくないうえに、粒子位置と被ばく線量評価点間の距離が小さいので、粒子広がりの形状が被ばく線量に及ぼす感度が大きい。したがって被ばく線量評価精度を向上させるためには、粒子広がりが小さい領域での広がり形状パラメータを細かく取る必要がある。ところが、水平方向の広がりは鉛直方向の広がりに比べ、時間の経過とともに大きくなるため考慮すべきｓｎの範囲も非常に大きくなる。そのためｓｎの分点幅が小さいと、データベースとして計算すべきｓｎの分点数が非常に多くなる。 In the case of an accident in which radionuclides are released, the exposure dose near the emission source is large, which is important for evaluation. In the vicinity of the emission source, the exposure dose is relatively large and is important in actual evaluation. In the vicinity of the emission source, the radionuclide is released and not yet diffused. The particle spread is not large, and the distance between the particle position and the exposure dose evaluation point is small. High sensitivity to dose. Therefore, in order to improve the exposure dose evaluation accuracy, it is necessary to take a fine shape parameter in a region where the particle spread is small. However, since the spread in the horizontal direction becomes larger with the passage of time than the spread in the vertical direction, the range of sn to be taken into consideration becomes very large. For this reason, if the sn dividing point width is small, the number of sn dividing points to be calculated as a database becomes very large.
これに対して本実施形態のように、ｓｎの分点を等比級数的に大きくなるように設定することで、粒子広がりが小さいときの被ばく線量評価精度を維持しつつ、データベースサイズの大きさも抑制できる。データベースの大きさを抑制することは、データベース作成の計算量を低減できるだけでなく、データベースを使用する実際の被ばく線量評価のデータアクセス速度向上や必要データ容量の抑制の効果がある。 On the other hand, the size of the database size is also maintained while maintaining the dose evaluation accuracy when the particle spread is small by setting the sn dividing point so as to increase geometrically as in this embodiment. Can be suppressed. Suppressing the size of the database not only reduces the amount of calculation for creating the database, but also has the effect of improving the data access speed of the actual radiation dose evaluation using the database and suppressing the required data capacity.
図３に計算の実例を示す。図３（ａ）には、放射性核種が１２時間連続放出された場合における放射性核種の拡散分布のようすを示している。図３（ｂ）に示すグラフは、従来のように粒子の分布から空間濃度分布を計算し、さらに空間積分で逐次被ばく線量計算した場合と、本実施形態の手法で被ばく線量寄与のデータベースを作成し、これを参照することで粒子分布から直接被ばく線量を高速評価した場合の結果を比較し、合わせて両者の相違を相対誤差として示したものである。グラフの横軸は放出点からの距離（ここでは東方向距離）である。 FIG. 3 shows an example of calculation. FIG. 3A shows the diffusion distribution of the radionuclide when the radionuclide is continuously released for 12 hours. The graph shown in FIG. 3 (b) shows a case in which a spatial concentration distribution is calculated from a particle distribution as in the prior art, and a dose exposure contribution database is created by the method of the present embodiment when the dose is calculated sequentially by spatial integration. By referring to this, the results of high-speed evaluation of direct exposure dose from the particle distribution were compared, and the difference between them was shown as a relative error. The horizontal axis of the graph is the distance from the emission point (here, the east direction distance).
使用したデータベースでのパラメータ分点は次のとおりとした。すなわち、粒子の鉛直方向拡がり（σｚ）については、５０［ｍ］から１０００［ｍ］まで２５［ｍ］刻みで３９点とし、粒子の規格化水平方向拡がり（ｓｎ＝σｘｙ／σｚ）については、１．０から２０．０まで等比級数分点で４１点とした。 The parameter points in the database used were as follows. That is, the vertical spread (σz) of the particles is set to 39 points in increments of 25 [m] from 50 [m] to 1000 [m], and the normalized horizontal spread (sn = σ xy / σ z ) of the particles. Was 41 points in the geometric series from 1.0 to 20.0.
図３（ｂ）からわかるように、本実施形態の高速評価によるフィッティング誤差は＋１５％以下になっており、被ばく線量の絶対値が放射性物質放出位置から距離とともに指数的に何桁も減衰する線量分布の特徴を考えれば実用上十分な精度を維持していることがわかる。 As can be seen from FIG. 3B, the fitting error due to the high-speed evaluation of this embodiment is + 15% or less, and the dose at which the absolute value of the exposure dose attenuates exponentially with the distance from the radioactive substance release position. Considering the characteristics of the distribution, it can be seen that the practically sufficient accuracy is maintained.
Claims (5)
単位放射線強度の空間的広がりを持った粒子によるクラウドシャイン被ばく線量を、γ線エネルギーと、粒子位置とクラウドシャイン被ばく線量評価点位置の水平方向距離を粒子の水平方向広がり幅で除してなる規格化水平距離と、粒子位置とクラウドシャイン被ばく線量評価点位置の鉛直方向距離を粒子の鉛直方向広がり幅で除してなる規格化高度差と、粒子の空間的広がり形状を規定する粒子鉛直方向広がり幅と、粒子の水平方向広がり幅を粒子鉛直方向広がり幅で除してなる規格化水平方向広がり幅と、をパラメータとして評価したデータベースを提供するデータベース提供ステップと、
放射性核種粒子の拡散挙動をモンテカルロ法により直接シミュレーションする拡散挙動シミュレーションステップと、
その放射性核種粒子位置に大気乱流に起因する統計的な空間広がりを持たせる手法で計算される放射性核種粒子の持つ放射線強度と、粒子の空間的広がりの中心位置ならびに粒子広がり形状とクラウドシャイン被ばく線量評価位置座標により、前記データベースに基づいて、着目する放射性核種粒子からのクラウドシャイン被ばく線量を直接評価する被ばく線量評価ステップと、
を有することを特徴とする被ばく線量評価方法。 In the dose assessment method for assessing the dose of crowdshine exposure from the radionuclide diffused in the atmosphere to the ground surface,
Standard obtained by dividing the cloud shine exposure dose by particles with spatial spread of unit radiation intensity by dividing the gamma ray energy and the horizontal distance between the particle position and the cloud shine exposure evaluation point position by the horizontal spread width of the particle. Normalization distance, normalization height difference obtained by dividing the vertical distance between the particle position and the cloud shine exposure dose evaluation point position by the vertical spread width of the particle, and the particle vertical spread that defines the spatial spread shape of the particle A database providing step for providing a database in which the width and the normalized horizontal spread width obtained by dividing the horizontal spread width of the particle by the vertical spread width of the particle are used as parameters;
A diffusion behavior simulation step for directly simulating the diffusion behavior of radionuclide particles by the Monte Carlo method;
Radiation intensity of radionuclide particles calculated by a method that gives statistical spatial spread due to atmospheric turbulence at the radionuclide particle position, the central position of the spatial spread of the particle, the particle spread shape, and cloudshine exposure Based on the dose evaluation position coordinates, based on the database, an exposure dose evaluation step for directly evaluating a cloudshine exposure dose from the radionuclide particles of interest;
An exposure dose evaluation method characterized by comprising:
前記データベースは、前記単位放射線強度の空間的広がりを持った粒子によるクラウドシャイン被ばく線量の前記規格化水平距離および前記規格化高度差による依存性について、指数部が規格化水平距離と規格化高度差の多次元式で表現されるよう指数関数の多次元式の係数を最小２乗フィッティングで決定した近似関数によって表すものであって、
前記被ばく線量評価ステップで、着目粒子による地表面のすべてのクラウドシャイン被ばく線量評価点についての被ばく線量評価を、規格化水平距離および規格化高度差についての前記近似関数で直接解析的に評価すること、
を特徴とする被ばく線量評価方法。 In the exposure dose evaluation method of Claim 1,
In the database, the exponent part indicates the normalized horizontal distance and the normalized height difference regarding the dependence of the cloudshine exposure dose due to the particles having a spatial spread of the unit radiation intensity on the normalized horizontal distance and the normalized height difference. The coefficient of the multidimensional expression of the exponential function is expressed by an approximate function determined by least square fitting so as to be expressed by the multidimensional expression of
In the exposure dose evaluation step, the exposure dose evaluation for all cloudshine exposure dose evaluation points on the ground surface by the particle of interest is directly and analytically evaluated with the approximation function for the normalized horizontal distance and the normalized altitude difference. ,
An exposure dose evaluation method characterized by
単位放射線強度の空間的広がりを持った粒子によるクラウドシャイン被ばく線量を、γ線エネルギーと、粒子位置とクラウドシャイン被ばく線量評価点位置の水平方向距離を粒子の水平方向広がり幅で除してなる規格化水平距離と、粒子位置とクラウドシャイン被ばく線量評価点位置の鉛直方向距離を粒子の鉛直方向広がり幅で除してなる規格化高度差と、粒子の空間的広がり形状を規定する粒子鉛直方向広がり幅と、粒子の水平方向広がり幅を粒子鉛直方向広がり幅で除してなる規格化水平方向広がり幅と、をパラメータとして評価したデータベースと、
放射性核種粒子の拡散挙動をモンテカルロ法により直接シミュレーションする拡散挙動シミュレーション手段と、
その放射性核種粒子位置に大気乱流に起因する統計的な空間広がりを持たせる手法で計算される放射性核種粒子の持つ放射線強度と、粒子の空間的広がりの中心位置ならびに粒子広がり形状とクラウドシャイン被ばく線量評価位置座標により、前記データベースに基づいて、着目する放射性核種粒子からのクラウドシャイン被ばく線量を直接評価する被ばく線量評価手段と、
を有することを特徴とする被ばく線量評価システム。 In an exposure dose evaluation system that evaluates the cloudshine exposure dose from the radionuclide diffused in the atmosphere to the ground surface,
Standard obtained by dividing the cloud shine exposure dose by particles with spatial spread of unit radiation intensity by dividing the gamma ray energy and the horizontal distance between the particle position and the cloud shine exposure evaluation point position by the horizontal spread width of the particle. Normalization distance, normalization height difference obtained by dividing the vertical distance between the particle position and the cloud shine exposure dose evaluation point position by the vertical spread width of the particle, and the particle vertical spread that defines the spatial spread shape of the particle A width and a normalized horizontal spread width obtained by dividing the horizontal spread width of the particle by the vertical spread width of the particle, and a database evaluated as parameters,
A diffusion behavior simulation means for directly simulating the diffusion behavior of radionuclide particles by the Monte Carlo method;
Radiation intensity of radionuclide particles calculated by a method that gives statistical spatial spread due to atmospheric turbulence at the radionuclide particle position, the central position of the spatial spread of the particle, the particle spread shape, and cloudshine exposure Based on the dose evaluation position coordinates, based on the database, an exposure dose evaluation means for directly evaluating the crowdshine exposure dose from the radionuclide particles of interest;
An exposure dose evaluation system characterized by comprising:
単位放射線強度の空間的広がりを持った粒子によるクラウドシャイン被ばく線量を、γ線エネルギーと、粒子位置とクラウドシャイン被ばく線量評価点位置の水平方向距離を粒子の水平方向広がり幅で除してなる規格化水平距離と、粒子位置とクラウドシャイン被ばく線量評価点位置の鉛直方向距離を粒子の鉛直方向広がり幅で除してなる規格化高度差と、粒子の空間的広がり形状を規定する粒子鉛直方向広がり幅と、粒子の水平方向広がり幅を粒子鉛直方向広がり幅で除してなる規格化水平方向広がり幅と、をパラメータとして評価したデータベースを提供するデータベース提供機能と、
放射性核種粒子の拡散挙動をモンテカルロ法により直接シミュレーションする拡散挙動シミュレーション機能と、
その放射性核種粒子位置に大気乱流に起因する統計的な空間広がりを持たせる手法で計算される放射性核種粒子の持つ放射線強度と、粒子の空間的広がりの中心位置ならびに粒子広がり形状とクラウドシャイン被ばく線量評価位置座標により、前記データベースに基づいて、着目する放射性核種粒子からのクラウドシャイン被ばく線量を直接評価する被ばく線量評価機能と、
を実行させることを特徴とする被ばく線量評価プログラム。 In an exposure dose evaluation program for causing a computer to perform a cloud shine exposure dose evaluation from the radionuclide diffused in the atmosphere to the ground surface,
Standard obtained by dividing the cloud shine exposure dose by particles with spatial spread of unit radiation intensity by dividing the gamma ray energy and the horizontal distance between the particle position and the cloud shine exposure evaluation point position by the horizontal spread width of the particle. Normalization distance, normalization height difference obtained by dividing the vertical distance between the particle position and the cloud shine exposure dose evaluation point position by the vertical spread width of the particle, and the particle vertical spread that defines the spatial spread shape of the particle A database providing function that provides a database that evaluates the width and the horizontal spread width of the particle divided by the vertical spread width of the particle as a parameter;
Diffusion behavior simulation function that directly simulates the diffusion behavior of radionuclide particles by Monte Carlo method,
Radiation intensity of radionuclide particles calculated by a method that gives statistical spatial spread due to atmospheric turbulence at the radionuclide particle position, the central position of the spatial spread of the particle, the particle spread shape, and cloudshine exposure Based on the dose evaluation position coordinates, based on the database, an exposure dose evaluation function for directly evaluating the crowdshine exposure dose from the radionuclide particles of interest;
An exposure dose evaluation program characterized in that
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