Введение к работе
Актуальность работы. Исследование источников поступления в атмосферу и переноса в ней радионуклидов представляет особый научный интерес для радиоэкологии как науки о радионуклидах в окружающей среде, так как атмосфера является универсальной и самой динамичной средой их переноса. В природных условиях особенности процессов в радиоэкологии атмосферы определяются преимущественно метеорологическими характеристиками, но в условиях промышленных центров процессы поступления радионуклидов в приземную атмосферу и переноса в ней имеют свои особенности. Во-первых, эманирование радона и ветровой подъем других радионуклидов с земной поверхности существенно искажены в условиях урбанизированной территории городов. Во-вторых, в промышленных центрах имеется множество источников газоаэрозольных выбросов, содержащих практически все естественные радионуклиды (ЕРН).
Эти особенности изучены лишь в незначительной степени и главным образом в связи с последствиями глобальных выпадений искусственных радионуклидов (ИРН) после аварии Чернобыльской АЭС (ЧАЭС) и в связи с оценкой радоновой опасности районов застройки. Кроме того, имеются
отдельные исследования космогенного Ве в атмосфере крупных городов.
Несомненно, важная проблема снижения доз облучения населения должна обеспечиваться развернутой в городах сетью ведомственных служб контроля радиоактивности атмосферы (наиболее полно и системно - Гидрометеоцентрами, а также службами Санэпиднадзора Министерства ЧС и др.). Однако в функции этих служб не входит изучение особенностей процессов образования и переноса радионуклидов в атмосфере городов. Если содержания радионуклидов в воздухе не превышает допустимых по нормам радиационной безопасности уровней, то вообще не представляет интереса для большинства указанных служб.
Для радиоэкологии атмосферы, как в природных условиях, так и в условиях антропогенного ландшафта все процессы образования и переноса радионуклидов можно разделить на две группы: 1) процессы образования в верхних слоях атмосферы и в земной коре с переносом воздушными массами
в вертикальном направлении (для Ве и Rn с его дочерними продуктами распада (ДПР)); 2) процессы образования в атмосфере и на земной поверхности с переносом воздушными массами в горизонтальном направлении (для ИРН при ядерных взрывах, выбросах предприятиями ЯТЦ, при авариях и выбросах промышленными предприятиями, а также при ветровом подъеме).
Поэтому исследование путей поступления и переноса радионуклидов в приземный слой атмосферы города является актуальной научной проблемой как радиоэкологии, так и ряда смежных дисциплин. Это исследование для г. Ростова-на-Дону представляет особый интерес из-за его физико- географических условий, особенностей климата и метеорологических условий.
Изучение радиоактивности атмосферы города имеет и практический интерес в связи с проблемами радиационной безопасности населения, так как оно дает информацию для оценки доз хронического облучения от различных радионуклидов при дыхании.
Диссертационная работа выполнена в рамках тематического плана НИИ физики при Южном федеральном университете:
-
«Исследование природы вариации радиоактивности приземного слоя воздуха на основе систематических радиометрических и спектрометрических измерений». ГР № 01.200.2.05.046.
-
«Исследование научно-методических основ и разработка информационно-образовательной среды по радиоэкологии». ГР № 01.200.1 12836.
В диссертации представлены также результаты работ, выполненных в рамках гранта РФФИ: «Исследование процессов переноса и миграции радионуклидов в объектах экосферы и на границах их раздела». РФФИ, проект 05-08-01201-а.
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (соглашение №14.А18.21.0633).
Цель работы. Исследовать процессы поступления и переноса
космогенного радионуклида Ве, естественных радионуклидов семейств U,
Th и К, искусственного Cs от природных, урбанизированных и техногенных источников в приземный слой атмосферы в условиях крупного промышленного центра (на примере г. Ростова-на-Дону).
Для достижения поставленной цели решались следующие научные задачи:
-
-
Установление временных вариаций объемных активностей радионуклидов 7Be, 40K, 137Cs, 234Th, 226Ra, 210Pb, 232Th, 224Ra в атмосферных аэрозолях и плотности их выпадений на земную поверхность (для условий
г. Ростова-на-Дону).
-
-
Установление корреляционной связи объемной активности Be и
Cs в атмосферных аэрозолях с числами Вольфа (Be) и основными
метеопараметрами ( Be, Cs), как радионуклидов-реперов для изучения процессов переноса всех иных радионуклидов.
-
-
Определение временной (сезонной) зависимости объемных
активностей радионуклидов 7Be, 137Cs, ЕРН в атмосферных аэрозолях и плотности их выпадений на земную поверхность.
-
-
Установление связи объемных активностей Cs и ЕРН в атмосферных аэрозолях с содержанием их в почвах и придорожной пыли, в том числе в ее фракциях.
-
Оценка уровней и временной зависимости техногенных выбросов ЕРН в приземный слой атмосферы города.
-
Оценка уровней и временной зависимости ветрового подъема ЕРН в
приземном слое атмосферы города, а также ветрового подъема 137Cs в различных зонах городской территории и территории пригорода.
Научная новизна работы.
-
-
-
Впервые на современном уровне осуществлен многолетний цикл мониторинга радиоактивности приземного слоя атмосферы крупного промышленного центра на основе систематического контроля гамма- излучающих радионуклидов в атмосферных аэрозолях и в выпадениях на земную поверхность.
-
Впервые для особых физико-географических и климатических условий г. Ростова-на-Дону установлены корреляции объемной активности
Be с солнечной активностью (числами Вольфа) и с основными метеорологическими характеристиками.
-
-
-
Предложены новые способы изучения механизмов поступления и переноса радионуклидов в приземную атмосферу с использованием в
качестве радионуклидов-реперов Be, K и Cs.
-
-
-
Впервые для климатических условий г. Ростова-на-Дону установлены особенности временных (сезонных) вариаций объемных
активностей 7Be, 137Cs и ЕРН в атмосферных аэрозолях и в плотности выпадений на земную поверхность.
-
-
-
Впервые для условий города и его пригородов определены
особенности ветрового подъема Cs и ЕРН в различных зонах (сельскохозяйственных земель, земной зоны и зоны автодорог).
-
-
-
Впервые оценены техногенные выбросы ЕРН в приземную атмосферу крупного промышленного центра, связанные со сжиганием органического топлива в зимний период в системах отопления и в остальное время года на предприятиях с непрерывным технологическим циклом и на автотранспорте.
Практическая значимость работы. Полученные в диссертации результаты могут быть использованы:
при организации мониторинга радиоактивности приземного слоя атмосферы (по гамма-излучающим ИРН и ЕРН);
для изучения приземного слоя атмосферы крупных населенных пунктов и промышленных объектов с использованием радионуклидов- реперов 7Be, 40К и 137Cs;
при оценке доз хронического облучения населения г. Ростова-на- Дону и доз облучения в случае чрезвычайной ситуации;
для прогнозных оценок состояния радиоактивности приземного слоя атмосферы г. Ростова-на-Дону на основе имеющихся многолетних данных о вариациях содержания радионуклидов;
для принятия решений о необходимости регулирования техногенных выбросов;
в учебно-научной работе при подготовке кадров различного уровня по дисциплинам физического, биологического, медицинского профилям или дисциплинам в области наук о Земле.
Положения работы, выносимые на защиту.
Получены и обработаны данные еженедельного контроля содержаний радионуклидов 7Be, 238U, 234Th, 232Th, 226Ra, 224Ra, 210Pb, 40K и
Cs и ежемесячные данные по плотности выпадений их на земную поверхность за период 2002-2011 гг.
Выявлен и охарактеризован сезонный ход объемной активности радионуклидов 7Be, 40K, 234Th, 226Ra, 210Pb, 232Th, 224Ra в атмосферных аэрозолях.
Выявлены факторы, влияющие на составляющую ветрового подъема в объемных активностях ЕРН, полученные нормированием их
7 1 Х7
содержаний на Ве и Cs.
Установлена техногенная составляющая в объемных активностях
ЕРН, полученная нормированием их содержаний на Ве и Cs.
Разработана методика расчета ветрового подъема Cs с земной поверхности с почвенной и растительной пылью, в том числе и с поверхности сельскохозяйственных угодий, зеленой зоны и зоны автодорог.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на XI Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (Екатеринбург, 2005), V Международном семинаре в школе молодых ученых и специалистов «Физика окружающей среды» (Томск, 2006), XII Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (Новосибирск, 2006), IV научно-практической конференции с международным участием «Экологические проблемы. Взгляд в будущее» (СОЛ «Лиманчик», 2007), XIII Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (Ростов-на-Дону - Таганрог, 2007),V Международной научно-практической конференции по высоким технологиям и фундаментальным исследованиям (Санкт-Петербург, 2008), XIV Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (Уфа, 2008), V научно-практической конференции с международным участием «Экологические проблемы. Взгляд в будущее» (СОЛ «Лиманчик», 2008), Всероссийской дистанционной научно- практической конференции «Актуальные проблемы современной физики» (Краснодар, 2008), XV Всероссийской научной конференции студентов- физиков и молодых ученых (Кемерово-Томск, 2009), XIV международной экологической студенческой конференции «Экология России и сопредельных территорий» (Новосибирск, 2009), Всероссийской научной конференции «Природные минеральные сорбенты Юга России и перспективы их использования» (Ростов-на-Дону, 2009), Х Международном семинаре по магнитному резонансу (Ростов-на-Дону, 2010), XVI Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (Волгоград, 2010), Всероссийской конференции «11-я Баксанская молодежная школа экспериментальной и теоретической физики» (Кабардино-Балкария, 2010), XV Международной экологической студенческой конференции (Новосибирск, 2010), X Международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2010), I международной научно- практической конференции «Экологические проблемы природных и антропогенных территорий» (Чебоксары, 2011), XVII Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (Екатеринбург,
, IV Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы биологии, нанотехнологий и медицины» (Ростов-на-Дону, 2011), II Ростовском молодежном научно-практическом форуме «Молодежная инициатива - 2011» (Ростов-на-Дону, 2011), XVIII Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (Красноярск, 2012), Молодежной конференции «Миссия молодежи в науке» (Ростов-на-Дону,
.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 56 работах, включающих 1 учебник для вузов и 9 статей в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России для публикации результатов научных исследований.
Личный вклад автора. Автором был разработан и применен новый подход к исследованию источников поступления радионуклидов в приземную атмосферу промышленных городов. Выбирая в качестве трассера вертикального перемещения радионуклидов в приземной атмосфере 7Ве, в качестве трассеров горизонтального перемещения (ветрового подъема) 40К
(растительная компонента) и Cs (почвенная компонента) и используя полученные (в том числе и самим автором) многолетние данные содержаний радионуклидов в атмосфере, автор построил модель, описывающую сезонное поведение радионуклида 7Ве в атмосфере только с учетом изменения метеопараметров из года в год, а также оценил вклад ветрового подъема и техногенных выбросов в объемную активность ЕРН в приземной атмосфере.
По особой методике автором были оценены поступления радионуклида Cs в атмосферу города и пригородов от различных зон. Во всей работе автор принимал самое активное участие, как в постановке, так и в решении задач.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы, содержит 151 страницу печатного текста, в том числе 23 рисунка, 29 таблиц и список литературы, включающий 164 наименования.
Похожие диссертации на Исследование источников поступления и процессов переноса радионуклидов в приземной атмосфере промышленных городов : на примере г. Ростова-на-Дону
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
