Popis činností

Činnost 1: Asimilační subsystém ASIM: metodika pro časnou a pozdější fázi radiační nehody.

Proběhlo v roce 2010:

V oblasti vývoje pokročilých statistických metod asimilace modelových předpovědí s údaji pozorovanými v terénu je testována nová varianta marginalizovaného particle filtru, která je vhodná pro ladění složených (ensemble) filtrů používaných v meteorologických modelech. Ukázali jsme, že parametry dosud nastavované offline je možné ladit automaticky pomocí sekvenčních Monte Carlo metod. Článek [3-2010] zaslaný k publikaci je v závěrečném druhém kole recenzního řízení. Dále byla analyzována oblast bayesovské filtrace spočívající v aproximaci nelineárních modelů počástech linearizovanými průběhy. Příslušný článek je příspěvkem k rekurzívnímu odhadování posteriorní hustoty pravděpodobnosti stavu systému. Asimilační algoritmy a věrohodnost jejich výsledků závisejí na kvalitě vstupních dat, týkajících se jak určení radiologické situace v terénu tak předpovědí meteorologické situace. V práci [1, 2 - 2010] byly meteorologické vstupy podrobeny kritickému rozboru, kdy jsme ukázali, že lokální bodová meteorologická měření vykazují někdy značné odchylky od krátkodobých HIRLAM předpovědí na 3-D mříži (160 x 160 km v okolí jaderného zařízení, 13 vertikálních hladin, krok mříže 9 x 9 km). Tento fakt vyústil v jednání s poskytovatelem dat ČHMÚ na zjemnění horizontálního kroku HIRLAM předpovědí. Příslib však nebyl dosud realizován, to je také důvod, proč část peněz z položky "Náklady na služby" rezervovaná původně na nákup zpřesněné meteorologie musela být vrácena koncem roku 2010 poskytovateli. Činnost 1 byla v roce 2010 průběžně plněna.

Práce podle harmonogramu pokračují v roce 2011:

Článek [3 - 2010] přijat k publikaci. Představuje pokrok v aplikaci asimilačních technik založených na statistických metodách bayesovského odhadování a je jedním z hlavních teoretických výsledků projektu pro oblast teorie adaptivního odhadování. V [disertace - Hofman] je shromážděn metodický aparát a presentovány aplikace asimilačních algoritmů pro časnou a pozdější fáze radiační nehody. Asimilační algoritmy jsou připravovány k implementaci do vyvíjeného subsystému ASIM. Operativně se řeší možnosti online přístupu ke krátkodobým meteorologickým předpovědím a k radiačním měřením v souvislosti s přechodem poskytovatele SÚRO na v.v.i. Etapa končí koncem roku 2011, je hledána vhodná forma publikace.

Činnost 2: Monitoring v časné fázi- analýza všech typů měření.

Proběhlo v roce 2010:

Na základě expertních konzultačních služeb byl zmapován aktuální stav a možnosti radiačních monitorovacích sítí. Poradenská činnost probíhala při pravidelných konzultacích ve Státním ústavu radiační ochrany (SÚRO). Konzultace se uskutečňovaly pravidelně 1 x týdně v rámci testování připojení systému HARP na meteorologická měření a předpovědi (provádějí řešitelé Pecha, Hofman). Poradenské činnosti se týkaly úkolů monitoringu daných legislativou, typů monitorovacích sítí zavedených v ČR, konfigurace a popisu Sítě včasného zjištění (SVZ ČR) a TLD sítě. Byla zdůrazněna problematika měření a vyhodnocování údajů čidel při extrémních podmínkách nehody. Byly shrnuty typy a vybavení současných stabilních měřících stanic v okolí ETE a EDU a jejich schopnost měřit základní radiologické hodnoty. Byl proveden základní rozbor činnosti mobilních měřících skupin při mimořádných únicích aktivity do životního prostředí. Výsledky konzultačních služeb jsou shrnuty v obsáhlé utříděné dokumentaci, která bude sloužit jako základní východisko pro zdárné pokračování řešení Činnosti 2 (s ukončením v Q2/2011). Problém řešili hlavně Pecha a Hofman s dílčí pomocí technického personálu.

Práce podle harmonogramu pokračují v prvním pololetí roku 2011 (kdy tato aktivita skončí a její výsledky budou použity v dalších tématech):

Vychází se z obsáhlé utříděné dokumentace shromážděné v minulém roce s názvem: "Dokumentace ke konzultačním expertním službám k otázkám monitorování radiologické situace kolem jaderných zdrojů v ČR". Prováděn rozbor kvality měření ze stabilních a mobilních monitorovacích prostředků. Jsou shromážděny zkušenosti z evropského projektu EMARAD (Emergency Management and Radiation Monitoring in Nuclear and Radiological Accidents), FRMAC centra - USA (Federal Radiological Monitoring and Assessment Center) a z evropského projektu RODOS, na jehož lokalizaci na podmínky ČR se aktivně podílel manažer projektu. Jsou analyzovány postupy monitorování ve ventilačních komínech, metody sběru vzorků a metody analýzy radionuklidů.

Činnost 4: Rozšiřování algoritmů environmentálního kódu HARP (nové meteo, nově dávka z mraku, anomální meteorologické situace, kritické skupiny do ingesce a další).

Produkt HARP se skládá ze 3 navzájem komunikujících subsystémů, a sice z deterministického jádra (počítá konkrétně zadaný scénář se zcela konkrétní jedinečnou sadou "best estimate" vstupů), z pravděpodobnostního modelování (mnohonásobné výpočty výstupních polí, vždy se superpozicí fluktuací vstupů na původní vstupní "best estimate" hodnoty) a konečně z asimilačního subsystému ASIM pro korekci nepřesných modelových predikcí hodnotami odpovídajících měření přicházejícími z terénu. Kvalitní deterministické jádro je nezbytným předpokladem finálních asimilačních procedur. Nicméně jsou uživatelé, kteří vzhledem ke svému zaměření nejdou až k asimilačním postupům, ale požadují kvalitní a uživatelsky snadný environmentální model šíření znečistění životním prostředím pro jejich účely, konkrétně například pro:

  • Rychlé simulace vlivu zavádění různých protiopatření a výběr optimálních procedur na základě ušetřených dávek;
  • Hodnocení následků radiačních nehod na pravděpodobnostním základě;
  • Provádění variantních výpočtů (s minimální dobou odezvy) s nejrůznějšími scénáři pro bezpečnostní zprávy pro existující jaderné zdroje případně při bezpečnostních rozvahách u potenciálního nového zařízení;
  • Prověřování vlivu anomálních meteorologických situací na výstupy, vlivu různě zadávané dynamiky úniku, možnost provádět PSA-Level 3 analýzy s dlouhodobými meteorologickými sekvencemi. Využití systému HARP potenciálními uživateli pro výuku a školení (simulace s online aktuální meteorologickou předpovědí, retrospektivní analýzy s historickými meteorologickými daty, využití online archivů zdrojových členů úniku, scénářů různých předchozích běhů nebo meteorologických sekvencí);
  • Provádění rychlých testů vlivu variability důležitých parametrů modelu na nejrůznější výstupy (studie senzitivity).

Proběhlo v roce 2010:

V Q4/2010 proto probíhaly i práce na rozšíření funkcí základního modulu systému HARP,které vycházejí z popudů z okruhu možných uživatelů. Týkají se například možností aplikace produktu pro scénáře dlouhodobých úniků radioaktivity z jaderného zdroje. Jedná se o rozsah trvání úniku od několika dnů až po řádově roky (například výsledky pro úniky při normálním provozu jaderného zařízení popisujeme v [PSA]). Současně jsou prováděna rozšíření v programu modelujícím šíření znečistění (zjemnění výpočetní mříže v blízkém okolí zdroje) tak, aby bylo možné zahrnout i situace s nízkými rychlostmi větru (od 0.5 m/s). Pro pozdější fáze nehody byly sníženy chyby matematického modelu na základě zpřesnění úvazků dlouhodobých dávek vnitřního ozáření z ingesce pro děti při jejich dalším pobytu v kontaminovaném prostředí []. Pro dokumentování možností programového produktu HARP byly dále provedeny rozsáhlé výpočty s opakovaným hodinovým havarijním únikem, a to pro každou hodinu v období 2008 až 2009, vždy s příslušnou meteorologií. Výsledky pro všech 17542 hodin jsou pak interpretovány pravděpodobnostně [2 -2010]. V tomtéž příspěvku na konferenci XXXII. Dny radiační ochrany byly předneseny výsledky týkající se testů korespondence výstupů z produktů NORMAL a HARP (simulujícího dlouhodobé normální výpusti z jaderného zdroje při rutinním provozu). Již v minulém roce 2010 byly zahájeny práce na vypracování nové dokumentace k připravovanému standardizačnímu řízení takovým způsobem, že byly vypracovány některé nové kapitoly připravované dokumentace.

Práce podle harmonogramu pokračují během celého roku 2011 (s přesahem do dalšího roku):

Algoritmus segmentovaného modelu SGPM je rozšížen na jemnou polární síť kolem zdroje (začíná od 100 m), implementována zjednodušená metodika pro disperzi při nízkých rychlostech větru, je vyvinuta nová přesnější metodika 5/mi pro dávku z ozáření z mraku, pro dávku z ingesční cesty, užití alternativních formátů předpovědních meteorologických dat a další. Činnost 4 je dlouhodobá a pokračuje v dalších letech. Odráží jak rozvoj nových znalostí v oboru tak také požadavky možných uživatelů. Toto schéma je úspěšně naplňováno i v roce 2011. V tomto ohledu je nejdůležitějším výstupem zafixování deterministického jádra systému HARP, které bylo pod akronymem HAVAR-DET připraveno pro uživatele z ÚJV Řež, divize EGP pro ověřovací výpočty důsledků různých typů projektových nehod (včetně kompletní dokumentace: metodický manuál [1-2011], uživatelský manuál [2-2011] a Aplikační dokumentace [3-2011]). Možnosti derministického jádra systému HARP byly publikovány na konferenci PSA [], presentaci osobně přednesl R. Hofman (díky podpoře na cestovné z projektu) Výsledky zpřesněného výpočtu dávky z ozáření z mraku s výstupem na konstrukci operátoru pozorování při asimilačních procedurách byly přihlášeny na konferenci Harmo14 (2011) a jsou v recenzním řízení.

Činnost 5: Vývoj interaktivní presentační části pravděpodobnostní verze systému HARP a jeho asimilačního subsystému ASIM.

Začíná 7/2011, přesahuje do roku 2012. Generování náhodných vstupů do systému pro různé distribuce zvolené na základě expertních posouzení, šíření neurčitostí parametrů modelu směrem ke sledovaným výstupům. Interaktivní grafika pro hodnocení následků nehody na základě pravděpodobnostního přístupu. Návrh protiopatření v kontaminovaných oblastech na základě úrovní pravděpodobnosti překročení zadaného limitu. Presentační část asimilačního subsystému vychází ze zobrazování různých alternativně zadávaných sítí receptorů a příslušných výstupních hodnotách v nich simulovaných (na základě twin experimentů). Návrh interaktivního zadávání asimilačního scénáře a volby příslušné asimilační metodiky.

Činnost 7: Příprava produktu k akreditaci podle nařízení pro SW určený k analýzám v oblasti jaderné bezpečnosti.

Jak je řečeno u "Činnost 4", systém HARP se skládá ze 3 navzájem komunikujících subsystémů, a sice z deterministického jádra (počítá konkrétně zadaný scénář se zcela konkrétní jedinečnou sadou "best estimate" vstupů), z pravděpodobnostního modelování (mnohonásobné výpočty výstupních polí, vždy se superpozicí fluktuací vstupů na původní vstupní "best estimate" hodnoty) a konečně z asimilačního subsystému ASIM. Ukazuje se, že někteří uživatelé budou využívat jen některé části systému. Tak tomu je u uživatele ÚJV Řež, divize EGP, pro které bylo v Q1/2011 pro jejich připraveno ke standardizačnímu procesu deterministické jádro systému HARP s akronymem HAVAR-DET. Byla připravena kompoletní dokumentace (3 manuály: Metodika, Uživatelský manuál, Aplikace a dále abstrakt předkládaný při standardizaci - viz výsledky řešení). Samotné řízení proběhne do konce dubna 2011. Dalším krokem bude standardizace pravděpodobnostní vrstvy systému s návazným asimilačním subsystémem. Toto bude zahájeno v Q3/2011 a bude dokončeno podle harmonogramu v Q3/2013. Rozdělení akreditačního řízení do dvou postupných kroků je nutné i s ohledem na šíři pokrývané problematiky.

Činnost 8: Užití HARP/ASIM pro optimalizaci konfigurace monitorovacích sítí.

Zahájeno 2011, probíhá celý rok 2011, končí 12/2011. Úkol má 3 části: a) úpravy HARP algoritmu (pro výpočty v krátkých vzdálenostech - i areál elektrárny, dávka z ozáření z mraku konečného rozměru, ale libovolného tvaru), výpočty dávek v receptorech obecně 3-D rozložených kolem zdroje b) obsáhlá rešerše dosud používaných metodik, teoretický návrh optimálních strategií vycházející z pokročilých metod bayesovské rekurze, přičemž budou hledány ztrátové funkce a příslušná optimalizační kritéria (například SA - Simulated Annealing). c) prověřování variant konkrétního návrhu monitorovacích sítí podle požadavků a zadání uživatele ze SÚRO (alternativní umísťování v obecních úřadech, hasičských stanicích a pod) a s ohledem na ekonomické náklady. Rozsáhlými simulačními běhy bude prověřována schopnost konkrétní konfigurace zachytit jakýkoliv významnější únik radioaktivity. Do konce 2011 hude připraven článek popisující výsledky, plánováno odeslání k recenzi do významného časopisu.

Činnost 14: Publicita výsledků projektu:

Hlavní aktivitou týkající se publicity a dokumentování postupu prací na projektu je zřízení serveru http://asim.utia.cas.cz/ Protože jsou zde i privátní informace, je oprávněným uživatelům zpřístupněno heslo.

Zahájení projektu v roce 2010:

V roce 2010 byl projekt Bezpečnostního výzkumu VG20102013018 představen například při prezentacích:

  • Konference XXXII. Dny radiační ochrany – DRO 2010, Třeboň, Česká republika, 8.-12.11.2010. P. Pecha osobně přednesl dva příspěvky
  • Seminář ve Státním ústavu radiační ochrany - 12. října 2010 (P. Pecha). Viz presenční listina, diskuse s možnými uživateli ze SÚRO o jejich potřebách a požadavcích
  • Poznatky ze cvičení Zóna 2010 - letecké a mobilní skupiny, seminář na SÚRO (Ing. Češpírová, 16. 11. 2010). Pokračovala diskuse ve vztahu k našemu projektu
  • Představení projektu při schůzce na ČHMÚ. 6. října 2010: představení projektu vedení meteorologických předpovědí, předání nových požadavků na kvalitnější meteorologické předpovědi. R. Hofman následně poslal naše nové požadavky, dosud žádná odezva
  • ednání v ÚJV Řež, divize EGP. 26.11.2010. P. Pecha přednesl informaci o projektu. EGP deklaroval zájem na používání deterministické části produktu HARP. Požadují vyjasnit vlastnická práva.

Pokračování v roce 2011:

Činnost 14 pokračuje i v dalších letech až do konce řešení projektu. Předpoklady o vypracování plánovaných článků a příspěvků na mezinárodní konference jsou plněny.

V roce 2011 byly výsledky osobně publikovány na konferenci Probability Safety Assessment 2011 v USA. Dále je v recenzním řízení konference HARMO14 v Řecku. Pravděpodobně se podaří publikovat min 2 články v časopisech. Z dalších akcí lze zmínit seminář o cílech grantu vedený na ÚI AV ČR s cílem navázat spolupráci ohledně možnosti využití jejich meteorologického předpovědního systému MEDARD pro účely grantu.