Перенос радиоактивности в окружающей среде

Выбросы могут быть как постоянными, находящимися под контролем эксплуатационного персонала, так и аварийными, залповыми. Включаясь в многообразные движения атмосферы, поверхностных и подземных потоков, радиоактивные и токсические вещества распространяются в окружающей среде, попадают в растения, в организмы животных и человека. На Рис.3 показаны воздушные, поверхностные и подземные пути миграции вредных веществ в окружающей среде. Вторичные, менее значимые для нас пути, такие как ветровой перенос пыли и испарений, как и конечные потребители вредных веществ на рисунке не показаны:

Проблему оценки защищенности окружающей среды можно представить в виде последовательного решения некоторых математических задач -

· расчет изменений и возмущений состояния среды в результате внешних воздействий, определение поля концентраций опасных веществ после стационарных и аварийных выбросов, сбросов из технологических систем АС,

· оценки вредных последствий воздействий, дозовых, токсикогенных нагрузок,

· оценки экологического ущерба, вероятностей гибели особей, деградации популяций, измений видового разнообразия,

· выбора оптимального набора мер и средств управления состоянием среды для снижения последствий вредных воздействий.

Пусть мы знаем все параметры выбросов и сбросов АС в окружающую среду, т.е. вектор q(Q,...,t). Выделим в окружающем атомную станцию пространстве ряд биосферных объектов - характерных экосистем. Состояние объектов среды будем характеризовать вектором С=С(С₁, С_i, B₁, B_k, Т) - компоненты которого концентрации радиоактивных, химически вредных веществ, биомассы составляющих экосистему элементов и температуры в средах. Связь воздействий и реакции экосистем можно описать некоторым символическим уравнением

[ D+I ] (С,r,t)=q(t) d(r-r₀)

где D - дифференциальный оператор, определяющий скорость переноса возмущений внутри рассматриваемых биосферных объектов, I - оператор взаимодействия биосферных объектов между собой, q(t) - выброс, d(r) - дельта-функция, к - координата источника выброса.

Это уравнение распространения тепловых, концентрационных и экологических возмущений в окружающей среде - некоторая система уравнений переноса вещества, биомассы и тепла в пространстве. Символическое решение для вектора состояния системы, т.е. вектора биомасс, концентраций радиоактивных продуктов и других веществ, температур, можно представить в виде

С(r,t)=[ D+I ]^-1 q(t) d(r-r₀).

Это поле биомасс, концентраций и температур в биосфере. В литературе имеются описания моделей экосистем различной степени сложности и детализации процессов переноса, перехода в элементах экосистем. В полном составе проблем такая задача представляется исключительно сложной как из-за большого объема вычислений, так и из-за необходимости задания большого числа эмпирических зависимостей [7]. Большой популярностью пользуется камерная модель окружающей среды, которая интегрально, в точечном приближении описывает распространение вредных нуклидов в среде и попадание их в организм человека. Расчет распределение опасных веществ во всех экозонах и сопоставление их концентраций с допустимыми значениями является основным методом исследования качества окружающей среды. Следующий этап заключается в преобразовании поля концентраций вредных веществ в поле радиационных, токсикогенных нагрузок всех элементов экосистем. Символически это преобразование есть некоторый функционал

Т хВ(кбеъ=У(кбе)

Обратное преобразование дает

В(кбе)=Т У(кбе)=Т хД+Ь ъ хЙ(кбе)ъ

Оно позволяет определить полное количество вредных веществ в организмах биоценозов и их дозовые нагрузки, как функцию времени, и сопоставить с предельными, т.е. такими, которые могут вызвать необратимые биологические изменения. При расчетах радиационной нагрузки элементов экосистем должны учитываться, разумеется

· облучение при прохождении радиоактивного облака;

· внутреннее облучение из-за поглощения радиоактивных веществ при дыхании, глотании воды, пищи;

· облучения от загрязненной радиоактивностью поверхности земли, от придонного слоя, воды водоемов.

Отметим,что полезным источником данных о коэффициентах переходов радионуклидов по разным камерам пищевых цепей, дозовых коэффициентах загрязненных поверхностей является НТД МХО "Интератомэнерго" [8].