Распространение радионуклидов в атмосфере

Дисциплина “Радиоэкология”
РАСПРОСТРАНЕНИЕ
РАДИОНУКЛИДОВ В АТМОСФЕРЕ
ВОРОНИНА АННА ВЛАДИМИРОВНА
Доцент кафедры радиохимии ФтФ
Содержание лекции
Миграция радионуклидов в атмосфере.
Процессы переноса и удаления из атмосферы
(вымывание с осадками, сухое выпадение).
Моделирование переноса радионуклидов в
атмосфере - модели Гаусса, Лагранжа, Эйлера,
дискретные модели.
Факторы, влияющие на
распространение в атмосфере
• Рельеф местности. Большего рассеяния можно ожидать
над пересеченной местностью, чем над равниной.
• Движение ветра. Флуктуации ветра, большие, чем размер
облака, стремятся перенести по ветру целое облако и не
рассеять его.
• Вертикальный температурный градиент в атмосфере.
Градиент температур в приземном слое воздуха зависит от
соотношения температуры атмосферного воздуха и
температуры земной поверхности. Чем больше градиент, тем
интенсивнее рассеяние.
• Влияние турбулентных и ламинарных потоков.
Атмосферное перемешивание – результат турбулентной
диффузии, которая в реальных условиях полностью маскирует
действие молекулярной диффузии.
Взаимодействие облака с вихрями
а - размер облака превосходит размеры вихрей; вихри не
изменяя формы облака, увеличивают его размеры, уменьшая
концентрацию и рассеивая загрязнение.
б - размер облака меньше размера вихрей; вихри меняют
только траекторию движения облака, сохраняя его размеры и
концентрацию.
в - при сопоставимых размерах облака и вихрей происходит
интенсивная диффузия, изменение размера облака, формы и
концентрации загрязняющих веществ.
Идеализированный профиль
градиентов температуры
в атмосфере
высота,
км
40 ¯
Уменьшение температуры
составляет – 6,5º С на 1 км.
Снижение идет до высоты
11 км, далее расположена
изотермальная область до
32 км.
30 ¯
20 ¯
10 ¯
-80
-60
-40
-20
0
20 Т, º С
Зависимость высоты
шероховатости z0 от микрорельефа
местности
Тип микрорельефа
z0, м
Снег, газон высотой 1 см, водная
поверхность
Скошенная и низкая трава высотой до 15 см
Высокая трава до 60 см
Неоднородная поверхность с травой,
кустарником и т.д.
Сельская местность, небольшие посёлки
Парк, перелесок с деревьями высотой до 10 м
Городские постройки, лес
Города с высокими зданиями
0,001
0,006–0,02
0,04–0,09
0,1–0,2
0,4
0,2–1,0
1
4
Физическая и химическая формы
радионуклидов
• инертный газ, удаляемый из атмосферы только в
результате естественного радиоактивного распада (но,
возможно, продуцирующий радиоактивные дочерние
продукты с различными свойствами);
• более реакционно-способные вещества, такие как 131I,
который
может
химически
и
физически
взаимодействовать с другими веществами;
• мелкие частицы диаметром около 0,01 мкм, которые
взаимодействуют с окружающим аэрозольным веществом.
Иногда аэрозольные частицы могут приобретать
электрический заряд, который заметно влияет на их
поведение;
• крупные частицы топлива, которые быстро осаждаются.
Удаление радионуклидов
из атмосферы
Вымывание осадками – это выведение аэрозольных и газообразных
веществ из атмосферы с различными видами осадков. Зависит оно от
сложных процессов образования капель на ядрах конденсации, диффузии
газов и твердых частиц в дождевые капли, от аэродинамического и
электростатического захвата.
При сухом выпадении большую роль играют диффузия,
гравитационное оседание, столкновение, электростатические эффекты,
захват.
Характеристики сухого и мокрого оседания для разных
форм нуклидов
Форма нуклида
Элементарный йод
Органические
соединения йода
Аэрозоли
Газы
Cкорость сухого
оседания, м/с
1,0·10-2
1,0·10-4
8,0·10-3
0
Постоянная
вымывания, с-1
1,3·10-4
1,3·10-6
2,6·10-5
0
Дефляция
• Дефляция - процесс, при котором ранее осажденные
вещества возвращаются в атмосферу.
• Коэффициент дефляции - отношение концентрации
примеси, поднятой в воздух к отложенной на поверхности
земли.
•
Факторы, влияющие на дефляцию:
- ветер;
- сельскохозяйственная деятельность;
- движение транспортных средств;
- движение пешеходов.
Модели атмосферного переноса
• Модель Гаусса для небольших расстояний (около
10–20 км). Для нее необходимы скорость и направление
ветра в месте выброса, критерий стабильности атмосферы
и параметры источника радиоактивности.
• Модели для средних расстояний (до 200 км)
учитывают изменение метеорологических условий
(сложные модели полей ветров) и топографические
особенности.
• Модели переноса на большие расстояния
учитывают возможность переноса через границы
государств. Траектории проходят на разной высоте, с
учетом вертикальной составляющей.
Модели атмосферного переноса
• Модели Лагранжа. В них используются горизонтальные
поля ветров и выбросы в виде серии клубов дыма,
занимающих отдельный столб атмосферы. Выбросы
переносятся вдоль рассчитанных траекторий, учитывается
вертикальное и горизонтальное рассеяние.
• Матричные модели Эйлера. Позволяют проводить
полный многофакторный анализ, и поэтому полезны при
анализе ситуаций со сложным химическим составом
атмосферы.
• Дискретные модели. Выброс рассматривается как
последовательность частиц, которые рассеиваются в
соответствии с эволюцией полей ветров в пространстве и во
времени. Эти модели хорошо удовлетворяют сложной
трехмерной природе полей ветров, учитывают турбулентные
перемешивания.
Выводы
1. Рассеяние радиоактивных продуктов в атмосфере зависит
от рельефа местности, движения ветра, вертикального
температурного градиента, влияния турбулентных и
ламинарных потоков.
2. Радиоактивные продукты удаляются из атмосферы двумя
основными механизмами: вымыванием с помощью осадков
и сухим выпадением. Удаление радионуклидов также
возможно за счёт процесса радиоактивного распада, однако
этот фактор играет роль только в случае короткоживущих
изотопов.
3. Атмосфера
служит
средой
загрязнения к почве и воде.
переноса
источников
Библиографический список
1. Сахаров В.К. Радиоэкология: учебное пособие /В.К.
Сахаров. СПб. : Издательство «Лань», 2006. 320 с.
2. Пути миграции искусственных радионуклидов в
окружающей среде. Радиоэкология после Чернобыля /Под
ред. Ф.Уорнера и Р. Харрисона, пер. с англ. М. : Мир,
1999. 512 с.