zinet home
home home
home ИНТЕЛЛЕКТ-ПОРТАЛ
home Стартовал прием материалов в сборник XХХIX-й научной конференции. Требования к публикациям - в разделе "Объявления".

На главную | Объявления | Отчеты предыдущих конференций | История Украины | Контакты

РЕСУРСЫ ПОРТАЛА:

Тридцать восьмая научно-практическая конференция
(23 - 28 мая 2016 г.)


Тридцать седьмая научно-практическая конференция
(19 - 22 апреля 2016 г.)


Тридцать шестая научно-практическая конференция
(29 декабря 2015 - 5 января 2016 г.)


Тридцать пятая научно-практическая конференция
(24-27 ноября 2015 г.)


Тридцать четвертая научно-практическая конференция
(13-17 октября 2015 г.)


Тридцать третья научно-практическая конференция
(20-27 мая 2015 г.)


Тридцать вторая научно-практическая конференция
(2-7 апреля 2015 г.)


Тридцать первая научно-практическая конференция
(25 февраля - 1 марта 2015 г.)


Тридцатая научно-практическая конференция
(19-25 января 2015 г.)


Двадцать девятая международная научно-практическая конференция
(19-25 ноября 2014 г.)


Двадцать восьмая международная научно-практическая конференция
(08-13 октября 2014 г.)


Двадцать седьмая научно-практическая конференция
(20-25 мая 2014 г.)


Двадцать шестая научно-практическая конференция
(7-11 апреля 2014 г.)


Двадцать пятая юбилейная научно-практическая конференция
(3-7 марта 2014 г.)


Двадцать четвертая научно-практическая конференция
(20-25 января 2014 г.)


Двадцать третья научно-практическая конференция
(10-15 декабя 2013 г.)


Двадцать вторая научно-практическая конференция
(4-9 ноябя 2013 г.)


Первая международная научно-практическая конференция
(14-18 мая 2013 г.)


Двадцать первая научно-практическая конференция
(14-18 мая 2013 г.)


Двадцатая научно-практическая конференция
(20-28 апреля 2013 г.)


Девятнадцатая научно-практическая конференция
(26 февряля - 3 марта 2013 г.)


Восемнадцатая научно-практическая конференция
(22-26 декабря 2012 г.)


Семнадцатая научно-практическая конференция
(22-26 октября 2012 г.)


Шестнадцатая научно-практическая конференция
(09-14 апреля 2012 г.)


Пятнадцатая научно-практическая конференция
(01 - 07 марта 2012 г.)


Четырнадцатая научно-практическая конференция
(12-20 декабря 2011 г.)


Тринадцатая научно-практическая конференция
(28 октября - 09 ноября 2011 г.)


Двенадцатая научно-практическая конференция
(28 мая - 06 июня 2011 г.)


Одинадцатая научно-практическая конференция
(26 апреля - 04 мая 2011 г.)


Десятая научно-практическая конференция
(15-23 марта 2011 г.)


Девятая научно-практическая конференция
(27-31 декабря 2010 г.)


Восьмая научно-практическая конференция
(05-12 декабря 2010 г.)


Седьмая научно-практическая конференция
(28 мая - 7 июня 2010 г.)


Шестая научно-практическая конференция
(1-15 апреля 2010 г.)


Пятая научно-практическая конференция
(20-27 мая 2009 г.)


Четвертая научно-практическая конференция
(10-17 апреля 2009 г.)


Третья научно-практическая конференция
(20-27 декабря 2008 г.)


Вторая научно-практическая конференция
(1-7 ноября 2008 г.)


Первая научно-практическая конференция
(10-15 мая 2008 г.)



НАШИ ПАРТНЕРЫ:

Студия веб-дизайна www.zinet.info



Студия ландшафтного дизайна Флора-МК


Уникальное предложение!



Сайт-визитка - теперь
всего за 200 грн!

подробнее>>>



МИГРАЦИЯ РАДИОНУКЛИДОВ В ГРУНТЕ И СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ДАННЫХ ПОЧВЕННО-ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РАДИАЦИОННОГО МОНИТОРИНГА

 

Курятников В.В.

Украина, г. Одесса,

Одесский государственный экологический университет

 

Рассмотрена модель, которая достаточно хорошо описывает миграцию радионуклидов и их перераспределение в сложных ландшафтах. Для анализа надежности методов и средств радиационного контроля отработана методика, созданы алгоритм и программа расчета, которые позволяют статистически обработать данные радиационного мониторинга и представить их в табличном и графическом виде.

 

Независимо от путей проникновения в окружающую среду, радионуклиды попадают в почву. Попадая на земную поверхность, они включаются в биогеохимические процессы миграции, перераспределяются в почвенном покрове, в системах почва - грунтовые воды, почва - растение и далее в пищевых и биологических цепях. Скорость и направленность процессов миграции радионуклидов определяется совокупностью различных факторов, и, в первую очередь, физико-химическими свойствами радионуклидов, типом и состоянием почвенного покрова и биоценоза.

Радионуклиды мигрируют в почве как в результате перемещения частиц, в состав которой они входят, так и за счет конвективного и диффузионного переноса растворенных и коллоидных форм. Движение частиц в верхнем слое почвы обусловлено просыпанием по порам, трещинам или полостям в почве (лессиваж) и ее перемешиванием.

Большая часть радиоактивных веществ, выброшенных в результате аварии на Чернобыльской АЭС, попала в почву и находится там до этого времени. Поэтому продолжает оставаться актуальность математического моделирования процессов миграции радионуклидов в почве и почвенно-экологического мониторинга.

Ряд авторов [1-3] склонны считать, что физически обоснованное моделирование механического переноса частиц в почве в настоящее время невозможно из-за его недостаточной изученности. Поэтому в большинстве моделей механическими процессами пренебрегают.

Большинство авторов в изучении вопросов по миграции радионуклидов в почве идут по пути создания моделей диффузионно-конвективного переноса процессов миграции. Такие модели могут быть применены на сравнительно небольших пространственно-временных масштабах, где состав почвы и ее физико-химические характеристики можно считать постоянными и поэтому допустимо вводить эффективные значения коэффициентов, которые называют коэффициентами диффузии. Уравнения диффузии записывают применительно к многофазной системе. Такие модели сложны по своему характеру, не имеют физического содержания и не дают нужной информации при переходе к большим пространственно-временным масштабам.

Почва это сложная многофазная система, где скорость миграции связана со многими физическими, химическими, геологическими и другими факторами. В связи с этим в рамках другого подхода к решению задачи процессы миграции рассматриваются как процессы эволюции системы и описываются эволюционными уравнениями.

В так называемых “камерных“ моделях система разбивается на ряд подчиненных друг другу элементов (камер). Каждая из камер представляет собой “черный ящик“, о котором судят только по двум факторам: константа транспортировки и константа проникновения. Каждая камера этой системы соответствует определенному ландшафту.

Комплекс, в котором все компоненты (почвообразующие породы, почвы, воды и так далее) связаны между собой обменом вещества и энергии, является элементарным ландшафтом. На наиболее возвышенных участках процессы миграции радионуклидов не зависят от окружающей местности. Такие ландшафты являются автономными. Вынесенные из них радионуклиды поступают в нижерасположенные по рельефу ландшафты, которые являются подчиненными. Связь последовательно расположенных элементарных ландшафтов дает геохимическое сопряжение.

В почвах подчиненных ландшафтов концентрация радионуклидов может изменяться в ту или иную сторону в зависимости от того, является ли соподчиненный ландшафт транзитным или выполняет функцию геохимического барьера.

При описании кинетики распределения радионуклидов на ландшафтах последние можно рассматривать как совокупность камер. Для этого воспользуемся уравнениями, определяющими изменение концентрации радионуклида во времени:

 

                                                   (1)

 

Начальные условия :    t=0,   C1(0)=C10, C2(0)=C20 ,   C3(0)=C30.

Решение этой системы уравнений:

 

        (2)

где  - константа распада, тр - константа скорости транспортировки радионуклида, ч-1 , F- константа проникновения радионуклида, С- концентрация радионуклида.

 

Расчеты изменения концентрации в зависимости от времени проведены для каждой камеры. Начальная концентрация бралась постоянной С0=0,02 (Ки/км2) и постоянная радиоактивного распада =0,025 (1/час).

В расчетах бралось различное соотношение констант:

1. F1<F3<F2  ,   тр,2   (табл.1)

         F1 =0, F2=0,01, F3=0,2         

Таблица 1

t

C 1

C 2

C 3

0

0,020

0,020

0,020

1

0,018

0,111

0,121

2

0,016

0,142

0,150

3

0,014

0,147

0,154

4

0,012

0,139

0,142

5

0,011

0,128

0,129

6

0,009

0,115

0,116

 

2. F2<F1<F3           (табл. 2)

         F1=0,1 F2=0,01 F3=1         

Таблица 2

t

C1

C2

C3

0

0,020

0,020

0,020

1

0,007

0,155

0,143

2

0,002

0,179

0,167

3

0,0007

0,171

0,160

4

0,0002

0,155

0,145

5

0,00008

0,136

0,127

6

0,00002

0,120

0,112

 

3. F1<F3<F2            (табл. 3 )

         F1=0,001 F2=0,1  F3=0,05       

Таблица 3

t

C1

C 2

C3

0

0,020

0,020

0,020

1

0,018

0,021

0,189

2

0,016

0,022

0,255

3

0,014

0,019

0,264

4

0,012

0,018

0,254

5

0,011

0,016

0,240

6

0,009

0,014

0,222

 

Расчеты, проведенные в соответствии с этой моделью, показали, что на автономных ландшафтах всегда наблюдается снижение концентрации радионуклида во времени, обусловленное соответствующими значениями констант транспортировки и проникновения, из которых наибольшая роль принадлежит константе транспортировки. На геохимически подчиненных ландшафтах происходит перераспределение радионуклидов и накопление их во времени.

При максимальных значениях константы транспортировки наблюдаются минимальные значения концентрации на автономном ландшафте. Концентрация на геохимически подчиненных ландшафтах ведет себя по-разному и, исходя из этого, можно определить какой из ландшафтов является геохимическим барьером, а какой транзитным.

Вклад в общую дозу рассмотренных радионуклидов определяется в первую очередь радионуклидом 137Cs, т. к. у него более высокая активность по сравнению с 103Ru и 144Ce . Эти радионуклиды также содержатся в грунтах в большем количестве и степень миграции их больше, чем у других радионуклидов.

Предложенная модель при своей очевидной простоте достаточно хорошо описывает миграцию радионуклидов и их перераспределение в сложных ландшафтах, о чем свидетельствует соответствие полученных результатов известным экспериментальным данным и фактам.

Для более точного определения зависимости концентрации радионуклидов от константы их проникновения необходимо учитывать физико-химические свойства почвы и ее тип, что позволяет использовать модель для прогнозирования накопления радионуклидов в почве.

В Украине после катастрофы на ЧАЭС осуществляют радиоэкологический мониторинг основных составляющих окружающей среды на различных территориальных уровнях по характерным показателям.

Ландшафтно–геологический радиационный мониторинг проводится с целью получения базовой информации для оценки и прогнозирования общей радиоэкологической ситуации на загрязненных радионуклидами территориях и ее влияния на экологическую ситуацию в Украине.

В процессе радиологического контроля используют различные методы радиационного контроля.

Радиохимические методы включают отбор и подготовку проб исследуемых объектов, минерализацию проб, выделение радионуклидов из проб, радиометрию выделенных радионуклидов. Отобранные образцы проб должны быть типичными для исследуемого объекта, а масса их - достаточной для проведения радиохимического анализа (после озоления - 20-40 г). При отборе проб в контрольных пунктах измеряют γ - фон прибором СРП -68- 01 на расстоянии 0,7-1 м от земли и 1-1,5 см от объекта.

Экспресс-метод определения удельного и объемной активности гамма -излучающих радионуклидов основывается на измерении с помощью радиометра-дозиметра СРП -68- 01 мощности дозы излучения от измельченных проб, содержащихся в сосуде Маринелли, и пересчета ее в единицы активности ( Бк / кг). Методику применяют при уровне радиоактивного загрязнения 2.103 - 4.104 Бк / л ( кг).

Достоверность информации, полученной в процессе измерений, обеспечивает статистический анализ данных радиационного мониторинга на контролируемой территории. Она достигается путем решения следующих основных задач:

·       расчет статистических характеристик поля радиационного загрязнения по данным радиационного мониторинга на контролируемой территории;

·       анализ адекватности радиационного состояния среды установленным на Украине нормативам [4-5];

·     статистический анализ [6-8] надежности методов и средств радиационного контроля среды при значениях контролируемых параметров порядка фоновых.

Задача оценки надежности методов и средств радиационного контроля решается путем сравнения средних значений контролируемых параметров с минимальной детектируемой активностью (МДА), которая обеспечивается данным средством либо методом измерения.

Для определения МДА по данным измерений строятся статистические распределения величин контролируемых параметров. Оцениваются характер статистических распределений и их первые и вторые моменты. Определяется корреляция между измеряемыми параметрами. Суть метода определения МДА состоит в следующем. Если в измерениях величина активности радионуклида А связана с измеряемым эффектом E (числом зарегистрированных отсчетов) линейной зависимостью, то соотношение между минимальной детектируемой активностью и соответствующим пределом детектирования измеряемого эффекта Е, для одного и того же значении вероятности a, тоже линейно:

                                        Е=АΧ:         ПДa=МДAa×mX,                                                     (3)

 где μx – среднее значение в  распределении коэффициентов связи x.

Предел детектирования ПДa  определяется из равенства квантилей, т.е. тех значений x, ниже которых интегральная функция вероятности равна 1-α или же α:

                                         k1-a(0) = ka(ПДa),                                                             (4)

где k1-a(0) - 1-a-квантиль распределения измеряемого эффекта в случае, когда его среднее значение равно нулю (эффект отсутствует), а ka(ПДa) - a-квантиль этого же распределения при mЕ равном искомому пределу ПДa. Таким образом, для нахождения предела детектирования необходимо отыскать закон распределения случайной величины Е.

Особенностью методики [9] определения МДА является а) учет точности нормирующих коэффициентов или т.н. коэффициентов связи между количеством регистрируемых прибором отсчетов и величиной контролируемого параметра; б) учет вариации контролируемого параметра, обусловленной статистическими свойствами источника и метеорологическими факторами. Тогда искомое распределение измеряемого эффекта Е с учетом флуктуаций контролируемого параметра, а также статистической изменчивости условий измерения может быть представлено в виде интеграла

                             pE(x) »                                                   (5)

При учете вариабельности контролируемых параметров считаем, что их статистические свойства описываются логнормальными распределениями, что характерно и для случая, когда дисперсия контролируемого параметра сравнима с его величиной. Т.е. распределение контролируемого параметра рА(ξ) является логнормальным L(ξ).

                                L(ζ)=                                   (6)

Корреляционная функция Ν представляет собой нормальное распределение с дисперсией, которая учитывает распределение фоновой компоненты В и является функцией переменной интегрирования:

                                                                         (7)

Для оценки дисперсии фоновой компоненты учитываются все возможные источники фона, одни из которых описывают составляющую фона в месте проведения измерений и интерферируют с наблюдаемым эффектом, а другие соответствуют наличию глобального загрязнения контролируемого объекта.

С учетом, что mE=mAmX, параметры логнормального распределения контролируемой величины брались равными:

                   xA =    и   w2 = ln(1+)                                      (8)

Распределение измеряемого эффекта находится путем численного интегрирования выражения (6). Созданная программа позволяет рассчитать и построить дифференциальные и интегральные распределения контролируемого эффекта Е, найти квантили полученных распределений и  по ним рассчитать величину МДА для разных значений вероятности a=0.05 и 0.01. При сравнении средних значений с МДА контроль считается:  удовлетворительным, если mА(КУ) ³ МДА0.01 и приемлемым, если МДА0.05 < mА(КУ) < МДА0.01 .           

Выводы

1. Рассмотренная модель миграции при своей очевидной простоте достаточно хорошо описывает миграцию радионуклидов и их перераспределение в сложных ландшафтах, о чем свидетельствует соответствие полученных результатов известным экспериментальным данным и фактам.

2. Для более точного определения зависимости концентрации радионуклидов от константы их проникновения необходимо учитывать физико-химические свойства почвы и ее тип, что позволяет использовать модель для прогнозирования накопления радионуклидов в почве.

3. Для анализа надежности методов и средств радиационного контроля отработана методика расчета минимальной детектируемой активностью (МДА), которая сравнивается со средними значениями контролируемых параметров. Разработанные алгоритм и программа расчета, позволяют статистически обработать данные мониторинга и представить их в табличном и графическом виде.

4. Статистическая обработка данных мониторинга свидетельствует о таких значениях МДА при заданной вероятности α, которые соответствуют в принятой терминологии удовлетворительному качеству контроля радиационного состояния среды используемыми методами и средствами измерений.

 

Литература:

1.     Основы сельскохозяйственной радиологии./Б.С.Пристер, Н.А.Лощилов, О.Ф.Немец, В.А.Поярков-2е. изд., перераб. и доп./- К.: Урожай, 1991г.- 472 с.

2.     Сельскохозяйственная радиоэкология./ Р.М.Алексахин, А.В.Васильев, В.Г.Дикарев и другие ; Под ред. Р.М.Алексахина, Н.А.Корнеева/- М.: Экология, 1992г.- 400с.

3.     Прохоров В.М. Миграция радиоактивных загрязнений в почвах. Физико-химические механизмы и моделирование./ Под ред. Р.М.Алексахина- М.: Энергоиздат, 1981с.-98 с.

4.     Нормы радиационной безопасности Украины. НРБ-97, Киев, 1997.

5.     Гусев Н.Г., Беляев В.А. Радиоактивные выбросы в биосфере. Справочник. 2-е изд. перераб. и дополн. – М.: Энергоиздат, 1991. – 256 с.

6.     Вопросы дозиметрии и радиационная безопасность на АЭС. под ред. А.В.Носовского, Славутич, Укратомиздат, 1998, 406 с.

7.     Худсон Д. Статистика для физиков. М.:Мир, 1967, 243 с.

8.     П.В.Новицкий, И.А.Зограф. Оценка погрешностей результатов измерений. Л.:Энергоатомиздат, 1991, 304 с.

9.     Хмельницкая АЭС. Данные для проведения оценки воздействия на окружающую среду. UKKE00001Y, КИЭП, 1996, 119 с.



Первая научно-практическая конференция
"Инновационный потенциал украинской науки - ХХI век"
(10-15 мая 2008 г.)


(отчет)
Вторая научно-практическая конференция
"Инновационный потенциал украинской науки - ХХI век"
(1-7 ноября 2008 г.)
(отчет)
Третья научно-практическая конференция
"Инновационный потенциал украинской науки - ХХI век"
(20-27 декабря 2008 г.)
(отчет)
Четвертая научно-практическая конференция
(10-17 апреля 2009 г.)
(отчет)
Пятая научно-практическая конференция
(20-27 мая 2009 г.)
(отчет)
Шестая научно-практическая конференция
(1-15 апреля 2010 г.)
(отчет)
Седьмая научно-практическая конференция
(28 мая - 7 июня 2010 г.)
(отчет)
Восьмая научно-практическая конференция
(05-12 декабря 2010 г.)
(отчет)
Девятая научно-практическая конференция
(27-31 декабря 2010 г.)
(отчет)
Десятая научно-практическая конференция
(15-23 марта 2011 г.)
(отчет)
Одинадцатая научно-практическая конференция
(26 апреля 04 мая 2011 г.)
(отчет)
Двенадцатая научно-практическая конференция
(28 мая - 06 июня 2011 г.)
(отчет)
Тринадцатая научно-практическая конференция
(28 октября - 09 ноября 2011 г.)
(отчет)
Четырнадцатая научно-практическая конференция
(12-20 декабря 2011 г.)
(отчет)
Пятнадцатая научно-практическая конференция
(01-07 марта 2012 г.)
(отчет)
Шестнадцатая научно-практическая конференция
(09-14 апреля 2012 г.)
(отчет)
Семнадцатая научно-практическая конференция
(22-26 октября 2012 г.)
(отчет)
Восемнадцатая научно-практическая конференция
(22-26 декабря 2012 г.)
(отчет)
Девятнадцатая научно-практическая конференция
(26 февраля - 3 марта 2013 г.)
(отчет)
Двадцатая научно-практическая конференция
(20-28 апреля 2013 г.)
(отчет)
Двадцать первая научно-практическая конференция
(13-18 мая 2013 г.)
(отчет)
Первая международная научно-практическая конференция
"Перспективные направления отечественной науки - ХХI век"
(13-18 мая 2013 г.)
(отчет)
Двадцать вторая научно-практическая конференция
(4-9 ноября 2013 г.)
(отчет)
Двадцать третья научно-практическая конференция
(10-15 декабря 2013 г.)
(отчет)
Двадцать четвертая научно-практическая конференция
(20-25 января 2014 г.)
(отчет)
Двадцать пятая юбилейная научно-практическая конференция
(3-7 марта 2014 г.)
(отчет)
Двадцать шестая научно-практическая конференция
(7-11 апреля 2014 г.)
(отчет)
Двадцать седьмая научно-практическая конференция
(20-25 мая 2014 г.)
(отчет)
Двадцать восьмая научно-практическая конференция
(08-13 октября 2014 г.)
(отчет)
Двадцать девятая научно-практическая конференция"
(19-25 ноября 2014 г.)
(отчет)
Тридцатая научно-практическая конференция
(19-25 января 2015 г.)
(отчет)
Тридцать первая научно-практическая конференция
(25 февраля - 1 марта 2015 г.)
(отчет)
Тридцать вторая научно-практическая конференция
(2 - 7 апреля 2015 г.)
(отчет)
Тридцать третья научно-практическая конференция
(20 - 27 мая 2015 г.)
(отчет)
Тридцать четвертая научно-практическая конференция
(13 - 17 октября 2015 г.)
(отчет)
Тридцать пятая научно-практическая конференция
(24 - 27 ноября 2015 г.)
(отчет)
Тридцать шестая научно-практическая конференция
(29 декабря 2015 - 5 января 2016 г.)
(отчет)
Тридцать седьмая научно-практическая конференция
(19 - 22 апреля 2016 г.)
(отчет)
Тридцать восьмая научно-практическая конференция
(23 - 25 мая 2016 г.)
(отчет)

На главную | Объявления | Отчеты предыдущих конференций | История Украины | Контакты

Copyright © Zinet.info. Разработка и поддержка сайта - Студия веб-дизайна Zinet.info