Abstract
The POS (Process-Oriented Simulation) model can be seen as an extension of the BFR (Binominal Failure Rate) model carried out to overcome some of the shortcomings of this approach. In contrast to the BFR model the POS model explicitly distinguishes between immediate and delayed failures of components, does not assume that in each CCF (Common Cause Failure) event all components share the CC (Common Cause) but assigns probabilities to the different degrees of “extension” of the cause and is based on clearly formulated stochastic assumptions. This broader approach implies a more complex structure, however, the price paid in terms of greater complexity pays off due to a larger range of applicability. In particular the POS model can be applied to systems with high degree of redundancy. Another important advantage is the possibility to generate failure events using the POS simulation code. Simulating with known model parameters and estimating these from the generated failure events offers the possibility to test the framework for parameter estimation and, in addition, to obtain the uncertainties of the model results. No further assumptions beyond the model itself and the estimation procedure need to be introduced. Last but not least, the test of the estimation procedure demonstrated that the POS model works already quite well with only a small number of events as a basis. This makes it a candidate for plant specific CCF applications. In contrast to other approaches like MGL (Multiple Greek Letter) and Alpha Factor, the POS model comprises only a few parameters, beyond the frequency of CCEs (Common Cause Events) only three. The applications of the POS model carried out so far indicate that it can readily be applied to practical cases. The results obtained by benchmark tests are no outliers but are rather consistent with the majority of existing analyses. To summarize, the POS model represents an interesting alternative to established models with some new and unique model features. Looking ahead, two aspects are discussed and emphasized. The first is the still existing development potential of the model, the second is a proposal for the quantitative comparison between CCF models.
Übergeordnetes Ziel war die Entwicklung neuer strahlenepidemiologischer Tabellen. Das Vorhaben konzentrierte sich dabei auf die Methodenentwicklung und die Erstellung eines Computerprogramms für Krebs nach Gamma- und Röntgenstrahlungsexposition für diejenigen Organe, in denen Krebs besonders häufig auftritt oder die besonders strahlenempfindlich sind. Dieses sind der Dickdarm, die Lunge, der Magen und die weibliche Brust. Die Abschätzungen der Krebsrisiken beruhen auf den Inzidenzdaten für die Atombombenüberlebenden von Hiroshima und Nagasaki (LSS (Lite Span study)-Kohorte). Da verschiedene Modelle basierend auf den gleichen Daten unterschiedliche Aussagen machen können, wird die Methode der „Multi-model inference“ benutzt, um modellunabhängige Risikofaktoren abzuleiten. Für Brustkrebs sollen auch Ergebnisse anderer Studien als die der Atombombenüberlebenden berücksichtigt werden. Bei der Übertragung der Risikofaktoren von den Atombombenüberlebenden auf einen Krebsfall in Deutschland wurden aktuelle Daten zum Krebsrisiko in Deutschland und Unsicherheiten, die sich z. B. durch den geringen Kenntnisstand zum Krebsrisiko nach Expositionen mit niedrigen Dosisleistungen ergeben, berücksichtigt. Das Programm ProZES (Programm zur Berechnung der Zusammenhangswahrscheinlichkeit einer Erkrankung und einer Strahlenexposition) berechnet eine Wahrscheinlichkeitsverteilung für den Zusammenhang der Erkrankung und einer Strahlenexposition. Die Entwicklung von ProZES wurde neben der Fachbetreuung durch das BfS begleitet von einer Arbeitsgruppe der SSK (Strahlenschutzkommission) (A 105) sowie einer internationalen Expertengruppe. //Introduction// Wide use of radiation and radioactivity in medicine, industry, science, and military applications leads to inevitable occupational exposures of personnel involved. Existing radiation protection limits for occupational exposure are set up to prevent deterministic effects of radiation and minimize potential harm of radiation due to stochastic effects (ICRP 2007). Stochastic effects include cancers and heredi-tary effects. Cancer is a common disease and development of cancer might result from either occupa-tional exposure or other cause not related to radiation exposure. Correspondingly, any decision on a compensation claim should investigate causal links between occupational exposure and observed dis-ease. Various implementations of compensation schemes have been developed in Argentina, France, Japan (for A-bomb survivors), Russia, UK, and US (ILO, 2010). In Germany, decision-making on compen-sation in the case of cancer after occupational radiation exposure is made using radiation-epidemiological tables (Chmelevsky et al. 1995), which neither reflect current state of knowledge on radiation-induced carcinogenesis nor account for inherent uncertainties of risk estimates and probabil-ity of cancer causation. Thus, existing tables need to be upgraded and replaced with modern, flexible approach, capable to account for details of personal occupational radiation exposure history as well as existing uncertainties in epidemiological data and models used to express risk of radiation exposure.
Schwerpunkt des Vorhabens war die Untersuchung und vergleichende Bewertung von Methoden zur Berücksichtigung von Parameterunsicherheiten durch konservative deterministische Ansätze bzw. durch probabilistische Modellrechnungen mit Hilfe von Monte-Carlo-Simulationen und Bayes-Verfahren. Darüber hinaus wurden alternative Methoden wie die Evidenz- und Possibilitätstheorie zur Modellierung von Unsicherheiten sowie konzeptionelle Unterschiede von probabilistischen und stochastischen Modellierungsansätzen behandelt. Es wurde untersucht, unter welchen Randbedingungen (Fragestellung, Zweck, Expositionssituation, Qualität der Eingangsdaten etc.) radioökologischen Modellen zur Expositionsberechnung deterministische bzw. probabilistische Ansätze zu Grunde gelegt werden können oder sollten. Zur probabilistischen Modellierung wurden Mindestanforderungen an die Qualität der Eingangsdaten und weitere methodische Aspekte untersucht sowie die Belastbarkeit dieser Ansätze im Vergleich zur deterministischen Expositionsmodellierung bewertet. //ABSTRACT// The estimation of radiation exposures may exhibit uncertainties concerning the scenario, the model structure and the parameters of exposure models. The project focused on the investigation and comparative assessment of techniques for the consideration of parameter uncertainties by means of conservative deterministic approaches and probabilistic model calculations using Monte Carlo simulations and Bayesian methods, respectively. In addition, alternative methods for uncertainty modelling were considered like evidence and possibility theory, and the conceptual disparities between probabilistic and stochastic modelling approaches. It was investigated under which conditions (objective, purpose, exposure situation, input data quality etc.) radioecological models for exposure calculations can or should be based on deterministic or probabilistic approaches. The probabilistic modelling of uncertainties was investigated with respect to minimum requirements concerning the quality of input data and further methodical aspects, and its reliability was compared to the deterministic exposure modelling.
Das Projekt "Ableitung von Donatorwerten fuer cadmiumbelastete Ackerboeden im Hinblick auf Weizenanbau" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gesellschaft für Organisation und Entscheidung durchgeführt. Die haeufigste Strategie zur Berechnung von Schwellenwerten zum Ausschluss von gesundheitlichen Risiken durch Umweltbelastungen besteht in der Verwendung von Sicherheitsfaktoren. Ausgehend von der Kritik an dem Konzept der Sicherheitsfaktoren, wird als eine Alternative zur Erfassung der verschiedenen Unsicherheiten bei der Risikoabschaetzung und -bewertung die induktiv-stochastische Risikoabschaetzung vorstellt und am Beispiel der Berechnung von Donatorwerten fuer cadmiumbelastete Weizenackerboeden konkretisiert. Auf der Basis eines integrativen Donator-Akzeptor-Modells wird der Transferpfad vom Ackerboden (Donator) ueber den Transfer in die Weizenpflanze und den Konsum von Weizenprodukten zum Menschen (Akzeptor) beschrieben, wobei auch andere umweltbedingte und individuelle (durch Rauchen) Cd-Belastungen beruecksichtigt werden. Ausgehend von der taeglich aufgenommenen Cd-Gesamtmenge wird mittels eines toxikokinetischen Modells die Akkumulation des Cd in der Niere, die das kritische Organ bei chronischer Cd-Belastung ist, beschrieben. Die Verteilungen der Modellparameter zB fuer den Transferfaktor Boden-Pflanze, die Konsummenge von Weizenprodukten und die Eliminationshalbwertszeit fuer Cd sind zum Teil zusammen mit Experten und zum Teil aus Literaturangaben konstruiert worden. Mit Hilfe eines Simulationsprogramms ist dann in Abhaengigkeit von verschiedenen Cd-Konzentrationen in Ackerboeden die Verteilung der Cd-Konzentrationen in der Nierenrinde berechnet worden. Die berechneten Verteilungen erscheinen im Vergleich zu tatsaechlich gemessenen Cd-Konzentrationen im Nierencortex plausibel und auch im Hinblick auf den Einfluss des Rauchens realistisch...
Das Projekt "REferenzTestfeld Zeitz zur Implementierung des 'Natural-Attenuation'-Ansatzes (RETZINA)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Tübingen, Institut und Museum für Geologie und Paläontologie durchgeführt. Im Rahmen des technische orientierten Projektes RETZINA (REferenztestfeld Zeitz zur Implementierung des 'Natural-Attenuation'-Ansatzes) sollen die durch die beteiligten Arbeitsgruppen schon vereinzelt eingesetzten neuen Methoden zur integralen Abstromerkundung weiterentwickelt und an einem Referenzstandort (ehemaliges Hydrierwerk ZEITS) zur Quantifizierung des natürlichen Schadstoffrückhalte- und -abbauvermögens unter kontrollierten Bedingungen validiert werden. Ziel ist es dabei, am Ende des Vorhabens ein bewertetes Methodeninventar zur Verfügung zu haben, um drauf aufbauend einen Leitfaden für die spätere Anwendung an anderen Standorten ableiten zu können. Vorhaben des Antragstellers im Rahmen des Verbundprojektes sind die Testfeldeinrichtung zur detaillierten Fahnenerkundung, die integrale Quantifizierung der Schadstofffrachten im Feld (Immissionsmessungen an verschiedenen Kontrollquerschnitten der Fahne), sowie die Modellierung des reaktiven Stofftransportes mittels des neuen, in Tübingen entwickelten numerisch-stochastischen Modells SMART. Die Ergebnisse sollen in die Ableitung von Empfehlungen zur Bewertung von 'Natural-Attenuation' als Sanierungsmethode einfließen.
Das Projekt "Steady-State Dilution and Mixing-Controlled Reactions in Three-Dimensional Heterogeneous Porous" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Eberhard Karls Universität Tübingen, Zentrum für Angewandte Geowissenschaften (ZAG), Arbeitsgruppe Hydrogeology durchgeführt. Understanding transport of contaminants is fundamental for the management of groundwater re-sources and the implementation of remedial strategies. In particular, mixing processes in saturated porous media play a pivotal role in determining the fate and transport of chemicals released in the subsurface. In fact, many abiotic and biological reactions in contaminated aquifers are limited by the availability of reaction partners. Under steady-state flow and transport conditions, dissolved reactants come into contact only through transverse mixing. In homogeneous porous media, transverse mixing is determined by diffusion and pore-scale dispersion, while in heterogeneous formations these local mixing processes are enhanced. Recent studies investigated the enhancement of transverse mixing due to the presence of heterogeneities in two-dimensional systems. Here, mixing enhancement can solely be attributed to flow focusing within high-permeability inclusions. In the proposed work, we will investigate mixing processes in three dimensions using high-resolution laboratory bench-scale experiments and advanced modeling techniques. The objective of the proposed research is to quantitatively assess how 3-D heterogeneity and anisotropy of hydraulic conductivity affect mixing processes via (i) flow focusing and de-focusing, (ii) increase of the plume surface, (iii) twisting and intertwining of streamlines and (iv) compound-specific diffusive/dispersive properties of the solute species undergoing transport. The results of the experimental and modeling investigation will allow us to identify effective large-scale parameters useful for a correct description of conservative and reactive mixing at field scales allowing to explain discrepancies between field observations, bench-scale experiments and current stochastic theory.
Das Projekt "Teil 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Reutlingen, Reutlingen Research Institute (RRI) durchgeführt. Das zentrale Ziel des Projektes ist es zu untersuchen, ob sich ein größerer Anteil erneuerbarer Wärme in Baden-Württemberg mithilfe von Wärmepumpen realisieren lässt und wie das Verteilnetz durch eine netzdienliche Steuerung dieser PV- und Wärmepumpensysteme entlastet werden kann. Hierzu wird zum einen eine Potenzialanalyse durchgeführt, und zum zweiten liegt ein wichtiges Augenmerk des Projektes auf der Entwicklung einer intelligenten dezentralen Steuerung für lokale Gebäude-systeme mit Wärmepumpe. Entscheidend ist, dass mit Hilfe von zu entwickelnden Prognosealgorithmen und effizienten stochastischen Optimierungsmodellen zeitliche Freiheitsgrade der einzelnen lokalen Wärmepumpensysteme genutzt werden. Ausgehend von dem so ermittelten Flexibilitätspotential und vom prognostizierten Wärmebedarf für Baden-Württemberg wird eine kostenoptimale zukünftige Energieversorgungsstruktur berechnet und zudem abgeschätzt, in welchem Umfang Wärmepumpen-systeme zukünftig in Baden-Württemberg nicht nur zur Deckung des Wärmebedarfs, sondern auch zur Flexibilisierung der Stromnachfrage und damit zur Entlastung des Verteilnetzes beitragen können. Ein weiteres wichtiges Ergebnis bilden zudem Leitlinien für die technische Realisierung von Wärmepumpensystemen und im Hinblick auf netzdienliche Anreize für Wärmepumpenbetreiber Empfehlungen hinsichtlich der Gestaltung von Tarifstrukturen und rechtlichen.
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