Міністерство освіти і науки України

Львівський національний університет імені Івана Франка

Факультет електроніки

Кафедра оптоелектроніки та інформаційних технологій

­Допустити до захисту:

Завідувач кафедри ________ проф. Половинко І. І.

“ ____ ” __________ 2013 р.

Призначити рецензентом

______

Декан факультету

________ проф. Половинко І. І.

“ ____ ” __________ 2013 р.

Вплив вологості та температури на міграцію Cs¹³⁷ у грунтах Шацького національного природного парку

Дипломна робота магістра

Група ФеПм-51

Виконала

студентка 5-го курсу

________ Піхо А. М.

_______ доц. Катеринчук І. М.

Львів 2013

ЗМІСТ

Вступ . . . . . . . . . . . 3

РОЗДІЛ І ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА . . . . . .

1. Природа, джерела та вплив на людину радіоактивного забруднення довкілля . . . . . . . . .

1.2. Ґрунт як ланка міграції радіонуклідів . . . . . .

1.3. Математичне моделювання міграції в ґрунтах . . . . 12

1.3.1. Аналітичний метод . . . . . . . . 14

1.3.2. Методи чисельного моделювання . . . . . . 15

1.3.3. Елементи кореляційного аналізу . . . . . . 17

1.4. Вплив вологості та температури на міграцію радіонуклідів в профілі ґрунту . . . . . . . . . . .24

РОЗДІЛ ІІ МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕННЯ ТА РОЗРАХУНКІВ

2.1. Методика відбору проб вертикального зрізу шару ґрунту

2.2. Методика розрахунків

РОЗДІЛ ІІІ РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА

Висновки . . . . . . . . . . 29

Список літератури . . . . . . . . . 30

Вступ

Дослідження екологічних процесів, пов’язаних з міграцією радіонуклідів в ґрунтах Шацького національного природного парку (ШНПП), є актуальною темою сьогодні, коли Україна і зокрема Поліський регіон, що постраждав в Україні найбільшою мірою, перебувають у стані подолання наслідків Чорнобильської катастрофи. Найбільш цікавим для дослідження є ¹³⁷Cs, який, з огляду на його властивості та масштаби забруднення, може бути потенційним джерелом небезпеки для населення. Тому, природно, виникає необхідність у вивчені і прогнозуванні поведінки ¹³⁷Cs в усіх елементах природної екосистеми, а зокрема в ґрунтах, які можуть бути використані людиною. Найбільш вдалим інструментом для цього є математичне моделювання.

Визначення всіх чинників котрі потрібно враховувати при математичному моделюванні є актуальною задачею. Зокрема в даній роботі аналізується вплив погодних умов на перебіг міграції в ґрунтах ШНПП радіоцезію.

Мета роботи полягає у практичному застосуванні кореляційного аналізу. Визначення параметрів D та w дифузійно дрейфової моделі для ґрунтів ШНПП.

Об’єктом дослідження є процес міграції радіонуклідів та вплив на нього погодних умов в дерново – слабопідзолистому глеюватому супіщаному (ДСГ) , дерново – слабопідзолистому піщаному (ДСП) та дерново – слабопідзолистому супіщаному (ДСС) ґрунтах ШНПП. У якості вихідних даних були використані дані по питомій активності радіоізотопу ¹³⁷Cs, отримані в 1999 - 2011 рр. лабораторією прикладної гамма спектроскопії ЛНУ імені Івана Франка.

Предметом дослідження є дослідження процесу міграції ¹³⁷Cs з допомогою математичного моделювання та кореляційного аналізу в ґрунтових екосистемах Шацького національного природного парку.

Визначення параметрів дифузійно-дрейфової моделі міграції радіонуклідів та впливу на них погодних чинників дає можливість проведення аналізу стану забрудненості екосистеми і дозволяє детально вивчити шляхи міграції радіонуклідів з великим періодом напіврозпаду. Це дозволяє досліджувати особливості перерозподілу радіонуклідів в залежності від погодних умов. Дана робота має практичне застосування в задачах дослідження закономірностей міграції радіонуклідів в ґрунтових екосистемах, а зокрема в ґрунтах Шацького національного природного парку.

РОЗДІЛ І ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

1.1. Природа, джерела та вплив на людину радіоактивного забруднення довкілля

Іонізуюче опромінення надходить до нас з усюди: з всесвіту - “космічні промені; випромінювання природних радіоактивних елементів, що входять у склад земної кори, а також ці елементи у вигляді пилу попадають у повітря, або вимиваються водою у гідросферу.

Проте, останнім часом в навколишнє середовище почали надходити радіоактивні речовини техногенного походження. В результаті діяльності людини в довколишньому середовищі з'явилися штучні радіонукліди і джерела випромінювання. У зв'язку з індустріалізацією в природне середовище стали надходити у великих кількостях природні радіонукліди, що добуваються з глибин землі разом з корисними копалинами (вугіллям, газом, нафтою, мінеральними добривами, будівельними матеріалами та ін.). Радіоактивні елементи надходять в довкілля також в результаті роботи АЕС, ТЕС, підприємств ядерного паливного циклу (ЯПЦ), установ по захороненню ядерних відходів. [1]

Іонізуюче випромінювання – невидиме оком випромінювання високої енергії, що являє з себе потоки елементарних часток (електронів, позитронів, мезонів, протонів та нейтронів), а також більш важких багатозарядних іонів (альфа-частинки, ядра важких елементів). До іонізуючого випромінювання також відносять гамма- та рентгенівські промені, що мають електромагнітну природу. Всіх їх об’єднує схожість фізичних властивостей, та перш за все – аналогічний характер взаємодії з речовиною. Так, наприклад, кванти гамма- та рентгенівських променів при зустрічі з атомами речовини передають їм частку своєї енергії, при цьому електрично нейтральний атом речовини перетворюється у пару протилежно заряджених іонів. Частинка або квант високої енергії вибиває один з електронів, що виносить з собою з атома один від’ємний заряд, тому атом стає позитивно зарядженим, а електрон приєднується до сусіднього атома утворюючи від’ємний іон.

Іонізуючі випромінювання розділяють на два види: електромагнітне (гамма-випромінювання, рентгенівське випромінювання) і корпускулярне, що представляє собою α- і β-частинки, нейтрони й ін.

По своїх властивостях α-частинки володіють малою проникаючою здатністю і не представляють небезпеки доти, поки радіоактивні речовини, що випромінюють α-частинки, не потраплять усередину організму через рани, з їжею або з повітрям, що вдихається; тоді вони стають надзвичайно небезпечними.

β-частинки можуть проникати в тканини організму на глибину один – два сантиметри.

Великою проникаючою здатністю володіє -випромінювання, що поширюється зі швидкістю світла, його може затримати лише товста свинцева або бетонна плита.

Ядра всіх ізотопів хімічних елементів називаються “нуклідами”. Значна частина нуклідів нестабільні, тобто вони можуть перетворюються в інші нукліди.

Наприклад, атом урану-238 випромінивши α-частку перетворюється в торій-234 торій також нестабільний. В підсумку цей ланцюжок перетворень закінчується стабільним нуклідом свинцю.

Спонтанний розпад нестабільного нукліда називається радіоактивним розпадом, а сам такий нуклід – радіонуклідом. При кожному розпаді вивільняється енергія, що передається далі у вигляді випромінювання. Тому кажуть, що випускання ядром двічі іонізованого ядра гелію, що складається з двох протонів і двох нейтронів - це α-випромінювання, випускання електрона або позитрона – β-випромінювання, при переході ядра з вищого енергетичного рівня на нижчий виникає -випромінювання, котре вносить енергію рівну різниці між цими двома енергетичними рівнями ядра.

Утворення і розповсюдження радіонуклідів приводить до радіоактивного зараження повітря, ґрунту, води, що вимагає постійного контролю їхнього вмісту і вживання заходів по нейтралізації шкідливого впливу радіоізотопів на довкілля.

Вплив радіації виражається в порушенні процесів життєдіяльності клітин, тканин, органів і організму в цілому.

Шкідливо діє опромінення на білковий, жировий, вуглеводний обмін, окисні процеси, руйнує ферменти, білкові структури клітин та тканин. Паралізується ріст та поділ клітин. Порушення структури ДНК приводить до мутацій.