Assessment of direct radiological risk and indirect associated toxic risks originated by Coal-Fired Power Plants

Over the past few decades there has been some discussion concerning the increase of the natural background radiation originated by coal-fired power plants, due to the uranium and thorium content present in combustion ashes. The radioactive decay products of uranium and thorium, such as radium, radon, polonium, bismuth and lead, are also released in addition to a significant amount of 40K. Since the measurement of radioactive elements released by the gaseous emissions of coal power plants is not compulsory, there is a gap of information concerning this situation. Consequently, the prediction of dispersion and mobility of these elements in the environment, after their release, is based on limited data and the radiological impact from the exposure to these radioactive elements is unknown. This paper describes the methodology that is being developed to assess the radiological impact due to the raise in the natural background radiation level originated by the release and dispersion of the emitted radionuclides. The current investigation is part of a research project that is undergoing in the vicinity of Sines coal-fired power plant (south of Portugal) until 2013. Data from preliminary stages are already available and possible of interpretation.

Radiation dose rates and exposure associated to Technologically Enhanced Naturally Occurring Radioactive Materials (TENORM) at locations of a Portuguese coal-fired power plant

Coal contains trace quantities of natural radionuclides such as Th-232, U-235, U-238, as well as their radioactive decay products and 40K. These radionuclides can be released as fly ash in atmospheric emissions from coal-fired power plants, dispersed into the environment and deposited on the surrounding top soils. Therefore, the natural radiation background level is enhanced and consequently increase the total dose for the nearby population. A radiation monitoring programme was used to assess the external dose contribution to the natural radiation background, potentially resulting from the dispersion of coal ash in past atmospheric emissions. Radiation measurements were carried out by gamma spectrometry in the vicinity of a Portuguese coal-fired power plant. The radiation monitoring was achieved both on and off site, being the boundary delimited by a 20 km circle centered in the stacks of the coal plant. The measured radionuclides concentrations for the uranium and thorium series ranged from 7.7 to 41.3 Bq/kg for Ra-226 and from 4.7 to 71.6 Bq/kg for Th-232, while K-40 concentrations ranged from 62.3 to 795.1 Bq/kg. The highest values were registered near the power plant and at distances between 6 and 20 km from the stacks, mainly in the prevailing wind direction. The absorbed dose rates were calculated for each sampling location: 13.97-84.00 ηGy/h, while measurements from previous studies carried out in 1993 registered values in the range of 16.6-77.6 ηGy/h. The highest values were registered at locations in the prevailing wind direction (NW-SE). This study has been primarily done to assess the radiation dose rates and exposure to the nearby population in the surroundings of a coal-fired power plant. The results suggest an enhancement or at least an influence in the background radiation due to the coal plant past activities.

Measurements of environmental background radiation in the surrounding area of a coal-fired power plant

Certain materials used and produced in a wide range of non-nuclear industries contain enhanced activity concentrations of natural radionuclides. In particular, electricity production from coal is one of the major sources of increased exposure to man from enhanced naturally occurring materials. Over the past decades there has been some discussion about the elevated natural background radiation in the area near coal-fired power plants due to high uranium and thorium content present in coal. This work describes the methodology developed to assess the radiological impact due to natural radiation background increasing levels, potentially originated by a coal-fired power plant’s operation. Gamma radiation measurements have been done with two different instruments: a scintillometer (SPP2 NF, Saphymo) and a gamma ray spectrometer with energy discrimination (Falcon 5000, Canberra). A total of 40 relevant sampling points were established at locations within 20 km from the power plant: 15 urban and 25 suburban measured stations. The highest values were measured at the sampling points near to the power plant and those located in the area within the 6 and 20 km from the stacks. This may be explained by the presence of a huge coal pile (1.3 million tons) located near the stacks contributing to the dispersion of unburned coal and, on the other hand, the height of the stacks (225 m) which may influence ash’s dispersion up to a distance of 20 km. In situ gamma radiation measurements with energy discrimination identified natural emitting nuclides as well as their decay products (212Pb, 214Pb, 226Ra 232Th, 228Ac, 234Th 234Pa, 235U, etc.). This work has been primarily done to in order to assess the impact of a coal-fired power plant operation on the background radiation level in the surrounding area. According to the results, an increase or at least an influence has been identified both qualitatively and quantitatively.

Modelling the Contribution of 40K, 232Th and 226Ra to Radiation Dose and Risk from Airborne Discharges of Coal-Fired Power Plants

Coal contains trace elements and naturally occurring radionuclides such as 40K, 232Th, 238U. When coal is burned, minerals, including most of the radionuclides, do not burn and concentrate in the ash several times in comparison with their content in coal. Usually, a small fraction of the fly ash produced (2-5%) is released into the atmosphere. The activities released depend on many factors (concentration in coal, ash content and inorganic matter of the coal, combustion temperature, ratio between bottom and fly ash, filtering system). Therefore, marked differences should be expected between the by-products produced and the amount of activity discharged (per unit of energy produced) from different coal-fired power plants. In fact, the effects of these releases on the environment due to ground deposition have been received some attention but the results from these studies are not unanimous and cannot be understood as a generic conclusion for all coal-fired power plants. In this study, the dispersion modelling of natural radionuclides was carried out to assess the impact of continuous atmospheric releases from a selected coal plant. The natural radioactivity of the coal and the fly ash were measured and the dispersion was modelled by a Gaussian plume estimating the activity concentration at different heights up to a distance of 20 km in several wind directions. External and internal doses (inhalation and ingestion) and the resulting risk were calculated for the population living within 20 km from the coal plant. In average, the effective dose is lower than the ICRP’s limit and the risk is lower than the U.S. EPA’s limit. Therefore, in this situation, the considered exposure does not pose any risk. However, when considering the dispersion in the prevailing wind direction, these values are significant due to an increase of 232Th and 226Ra concentrations in 75% and 44%, respectively.

Otimização da Amostragem e Estudo de Viabilidade da Monitorização de Sondas na ETAR de Rabada

Mestrado em Engenharia Química - Tecnologias de Protecção Ambiental

Video-­‐monitorization system for a realistic driving simulator

Nos últimos anos, o ISEP em colaboração com a FEUP e outras Universidades, criou um simulador realista de condução chamado DRIS, que tem como objectivo ajudar em trabalhos de investigação de diferentes áreas, como engenharia civil, computação gráfica, psicologia, educação, etc. O resultado deste trabalho pretende ajudar os profissionais a analisarem os dados recolhidos em cada experiência de condução, a fim de permitir o estudo das reações do motorista em diferentes obstáculos durante um percurso. O simulador DRIS é constituído por uma tela branca, onde os ambientes de simulação são projetados; um carro real, onde é feita a experiência de condução e quatro câmaras colocadas no carro. Destas quatro câmaras, três estão dentro do carro e uma fora do carro. Cada câmara está focada estrategicamente, em partes críticas da condução: a estrada, o motorista, os pedais e os controles (mudança de marcha, volante, os comandos do limpador, etc). Cada uma das câmaras grava um vídeo, que é guardado em um computador colocado em uma das salas de controlo, dentro do Laboratório de Análise de Tráfego na FEUP. Além disso, um arquivo de texto é guardado no mesmo computador. Este arquivo de texto contém algumas informações sobre a experiência do motorista, como as coordenadas do carro, a velocidade do carro, o tempo, etc O trabalho desta Tese surge com a finalidade de melhorar a forma de os profissionais analisar e interpretar os dados recolhidos a partir de uma experiência de condução no DRIS. Para o efeito, foi criado um sistema de vídeo-­‐monitorização, que consiste em uma aplicação de vídeo, que permite a visualização de quatro vídeos simultaneamente, e ler um arquivo de texto, que contém todos os dados recolhidos na experiência. Ambos (vídeo e texto) têm de estar sincronizados com o mesmo tempo de forma a permitir ao utilizador, navegar backward e forward com a ajuda de um cursor. Além disso, como qualquer reprodutor de vídeo básico, contém alguns botões para controlar o status do vídeo (Play, Stop, Pause) e permiti que os profissionais analisem com detalhe os dados dos quatro vídeos. Aproveitando os avanços no desenvolvimento de software, a aplicação foi feita em C++ usando a biblioteca Qt, em ambiente de desenvolvimento integrado do Qt Creator, o que tornou mais fácil a implementação. No fim deste relatório (capítulo 4) é anexado um manual do usuário, a fim de explicar e ajudar os profissionais a usar a aplicação.

A influência dos fileres no comportamento viscoso dos mastiques betuminosos

As estradas têm vindo a sofrer um aumento de importância, sendo necessário aplicar pavimentos com melhores características, assim foram desenvolvidos os mastiques betuminosos. Os mastiques são misturas de betume com filer, este material tem propriedades melhoradas em relação ao betume puro. O betume é um material viscoelástico, o que leva a que a viscosidade seja uma propriedade de vital importância estudar. A junção de fileres ao betume promove um aumento de viscosidade, levando a que esta propriedade reológica tenha ainda mais importância, principalmente porque a trabalhabilidade da mistura betuminosa fica comprometida quando a viscosidade não é a correta. Na realização desta dissertação foram realizados ensaios em mastiques betuminosos, com recurso ao viscosímetro rotativo de Brookfield. Os mastiques ensaiados são compostos com fileres de diferentes origens e com diferentes taxas de incorporação, e assim foram analisadas as diferenças obtidas nos valores da viscosidade dinâmica. Os resultados obtidos mostram que os mastiques, à temperatura de fabrico, têm um comportamento viscoso idêntico ao comportamento viscoso do betume puro. Apesar dos mastiques produzidos terem uma viscosidade maior que a do betume puro, o valor desta propriedade reológica tende a igualar ao valor do betume, este comportamento observa-se nas temperaturas mais elevadas. Quando se examinam os resultados dos mastiques produzidos com menor quantidade de filer, na generalidade, os valores da viscosidade obtidos são idênticos. Para taxas de incorporação maiores, os valores da viscosidade dinâmica dos mastiques produzidos são bastante mais altos e distintos. Levando a concluir que quanto maior a percentagem de filer no mastique, maior o valor da viscosidade e maior dispersão dos resultados obtidos, isto para os fileres e taxas de incorporação testadas.

RuSe Electrocatalysts and Single Wall Carbon Nanohorns Supports for the Oxygen Reduction Reaction

Selenium modified ruthenium electrocatalysts supported on carbon black were synthesized using NaBH4 reduction of the metal precursor. Prepared Ru/C electrocatalysts showed high dispersion and very small averaged particle size. These Ru/C electrocatalysts were subsequently modified with Se following two procedures: (a) preformed Ru/carbon catalyst was mixed with SeO2 in xylene and reduced in H2 and (b) Ru metal precursor was mixed with SeO2 followed by reduction with NaBH4. The XRD patterns indicate that a pyrite-type structure was obtained at higher annealing temperatures, regardless of the Ru:Se molar ratio used in the preparation step. A pyrite-type structure also emerged in samples that were not calcined; however, in this case, the pyrite-type structure was only prominent for samples with higher Ru:Se ratios. The characterization of the RuSe/C electrocatalysts suggested that the Se in noncalcined samples was present mainly as an amorphous skin. Preliminary study of activity toward oxygen reduction reaction (ORR) using electrocatalysts with a Ru:Se ratio of 1:0.7 indicated that annealing after modification with Se had a detrimental effect on their activity. This result could be related to the increased particle size of crystalline RuSe2 in heat-treated samples. Higher activity of not annealed RuSe/C catalysts could also be a result of the structure containing amorphous Se skin on the Ru crystal. The electrode obtained using not calcined RuSe showed a very promising performance with a slightly lower activity and higher overpotential in comparison with a commercial Pt/C electrode. Single wall carbon nanohorns (SWNH) were considered for application as ORR electrocatalysts' supports. The characterization of SWNH was carried out regarding their tolerance toward strong catalyzed corrosion conditions. Tests indicated that SWNH have a three times higher electrochemical surface area (ESA) loss than carbon black or Pt commercial electrodes.

Gait Analysis of Natural and Artificial Walking Systems

This paper studies periodic gaits of multi-legged locomotion systems based on dynamic models. The purpose is to determine the system performance during walking and the best set of locomotion variables. For that objective the prescribed motion of the robot is completely characterized in terms of several locomotion variables such as gait, duty factor, body height, step length, stroke pitch, foot clearance, legs link lengths, foot-hip offset, body and legs mass and cycle time. In this perspective, we formulate three performance measures of the walking robot namely, the mean absolute energy, the mean power dispersion and the mean power lost in the joint actuators per walking distance. A set of model-based experiments reveals the influence of the locomotion variables in the proposed indices.

Energy analysis of Multi-legged Locomotion Systems

4th International Conference on Climbing and Walking Robots - From Biology to Industrial Applications

Equipamentos hospitalares de diagnóstico por imagem, seu estudo, projeto e implementação

Neste trabalho foi desenvolvido um estudo detalhado dos equipamentos de imagiologia médica, que recorrem ao uso de radiação-X, bem como da ressonância magnética. No seguimento deste estudo foram realizadas diversas atividades com equipamentos reais, desde instalações, reparações, manutenções, até ao seu desmantelamento. Este tipo de atividade permitiu ter uma melhor perceção do funcionamento de cada equipamento e o tipo de trabalho que é realizado por um engenheiro eletrotécnico na PHILIPS no sector healthcare. Durante estas atividades foi possível fazer um estudo da qualidade de imagem, em termos de fatores geométricos, em que foi estudada a distorção, a ampliação e a penumbra de uma imagem. Todos estes parâmetros foram alvos de estudo de forma a poder obter imagens com grande qualidade, mas sem que seja comprometida a saúde do doente, devido à elevada exposição de radiação que corpo humano pode absorver. Este estudo tem como intuito perceber como é que a variação de certos parâmetros irá alterar a qualidade da imagem. Desta forma pretende-se perceber como podem ser calibrados os equipamentos de diagnóstico por imagem, para que o técnico de diagnóstico e terapêutica apenas tenha de indicar qual a parte do corpo humano a radiografar, sendo que a máquina se coloca automaticamente nos parâmetros pré-definidos sem qualquer intervenção humana.

Establishing the main Guidelines for Cast Steel to Produce Truck Parts

Este trabalho foi realizado na Scania CV AB e teve como principal objectivo estabelecer uma diretriz sobre a possível utilização de aços vazados. Existe uma grande necessidade na realização deste trabalho, de forma a apoiar os engenheiros de projecto no seu processo de selecção dos materiais mais adequados, para produzir componentes mais leves e de elevado desempenho. Esta diretriz apresenta informação relacionada com propriedades mecânicas, processos de fundição, vazabilidade, tipologia de defeitos, tratamentos térmicos, soldabilidade e tratamentos superficiais dos aços vazados. Este trabalho foi limitado, na seleção de materiais para componentes do camião, a aços vazados que poderiam ser aplicados em dois componentes específicos: um componente estrutural da carroçaria sujeito a esforços de fadiga e a um colector de gases de combustão, sujeito a fluência, oxidação, fadiga por corrosão, fadiga-térmica e fadiga-mecânica. Foi realizado um benchmark focado nestes dois componentes de forma a saber que materiais são utilizados de momento por outras empresas concorrentes. Foi realizada ainda uma análise sobre possíveis materiais que possam ser aplicados em cada componente referido. Foi conduzida uma caracterização no estado bruto de fundição de um aço inoxidável vazado usado para produzir um protótipo do colector de gases. Esta caracterização consistiu numa análise microestrutural e medição de macro e microdurezas. Além da caracterização inicial, foram aplicados um conjunto de tratamentos térmicos, de forma a estudar a possibilidade de eliminar os carbonetos presentes inicialmente nas fronteiras de grão. As principais conclusões deste trabalho são que o aço vazado apresenta potencial para ser uma escolha válida em diversas aplicações, devido a um leque alargado de propriedades apresentadas tipicamente por este material. Relativamente a aplicações estruturais, o aço vazado é vantajoso comparativamente ao ferro fundido, quando são requeridos, por exemplo, soldabilidade e elevada resistência, combinada com elevada tenacidade à fractura. Para componentes sujeitos a elevadas temperaturas de serviço, o aço inoxidável vazado é vantajoso quando usado a temperaturas superiores a 750°C, apesar do seu elevado custo. O tratamento térmico composto por um recozimento de solubilização seguido de envelhecimento, elimina quase na totalidade os carbonetos presentes nas fronteiras de grão e verifica-se um aumento de dureza através de uma precipitação de carbonetos finamente dispersos na matriz, que poderão também aumentar a resistência à fluência.

Fate Hazardous elements in soils surrounding a coal-fired power plant complex

Proceedings of the 13th International UFZ-Deltares Conference on Sustainable Use and Management of Soil, Sediment and Water Resources - 9–12 June 2015 • Copenhagen, Denmark

Structural adhesives modified with thermally expandable particles

In this study, the behaviour of two structural adhesives modified with thermally expandable particles (TEPs) was investigated as a preliminary study for further investigations on the potential of TEPs in adhesive joints. Tensile bulk tests were performed to get the tensile properties of the adhesives and TEPs-modified adhesives. In order to determine the expansion temperature of the particles while encapsulated in these particular adhesive systems, the variation of the volume of adhesive samples modified with different TEPs concentration as a function of temperature was measured. Further, the possibility of any chemical interactions between TEPs and adhesives matrix in the TEPs-modified specimens was verified by a Fourier transform infrared spectroscopy analysis. Finally, the fracture surfaces of the unmodified and TEPs-modified specimens, as well as the dispersion and the morphology of the particles, were examined by a scanning electron microscopy analysis. It was found that the stiffness of the TEPs-modified adhesives is not affected by incorporation of TEPs in the adhesives matrix, while the tensile yield strength decreased by increasing the wt% TEPs content. In applications of such particular materials (TEPs-modified adhesives), the temperature should be controlled to stay between 90°C and 120°C in order to obtain the highest expansion ratio. At a lower temperature, not all the particles will expand, and above, the TEPs will deteriorate and as a result the TEPs-modified adhesives will deteriorate.

Comparing the performance of geostatistical models with additional information from covariates for sewage plume characterization

In this work, kriging with covariates is used to model and map the spatial distribution of salinity measurements gathered by an autonomous underwater vehicle in a sea outfall monitoring campaign aiming to distinguish the effluent plume from the receiving waters and characterize its spatial variability in the vicinity of the discharge. Four different geostatistical linear models for salinity were assumed, where the distance to diffuser, the west-east positioning, and the south-north positioning were used as covariates. Sample variograms were fitted by the Mat`ern models using weighted least squares and maximum likelihood estimation methods as a way to detect eventual discrepancies. Typically, the maximum likelihood method estimated very low ranges which have limited the kriging process. So, at least for these data sets, weighted least squares showed to be the most appropriate estimation method for variogram fitting. The kriged maps show clearly the spatial variation of salinity, and it is possible to identify the effluent plume in the area studied. The results obtained show some guidelines for sewage monitoring if a geostatistical analysis of the data is in mind. It is important to treat properly the existence of anomalous values and to adopt a sampling strategy that includes transects parallel and perpendicular to the effluent dispersion.