Елохин Автоматизированные системы контроля радиационной обстановки окружаюсчей среды 2012

находят выражение для концентрации ионов, линейной относительно мощности дозы:

где Nβ – концентрация ионов обусловленная взаимодействием β- излучения с воздухом. Умножая правые и левые части выражений, определяемых формулой (5.38), на 2eμE0Sэл и, обозначая соответствующим индексом ионизационные токи, регистрируемые проточной и непроточной ионизационными камерами Iпр = 2eμNпрE0Sэл,

Iнп = 2eμNнпE0Sэл, Iβ = 2eμNβE0Sэл, где Sэл = l·L0 – площадь электродов, после несложных преобразований, находим:

где Iβ может быть найдена расчетным путем.

Таким образом, и в этом приближении скорость воздушного потока, проходящего через проточную ионизационную камеру, пропорциональна разности ионизационных токов проточной и непроточной ионизационных камер, а также зависит от мощности дозы β-излучения или от величины ионизационного тока обусловленного этим компонентом. Однако при выполнении условия Iβ << Iγ,β вторым слагаемым в формуле (5.39) можно пренебречь.

По измеренным значениям ионизационных токов в проточной и непроточной камерах определяют скорость воздушного потока в вентиляционной трубе, по которой, в дальнейшем, используя формулу (3.7), определяют V* и, в конечном итоге, секундный расход

по формуле:

С этой целью датчик целесообразно установить в устье вентиляционной трубы, При этом, для определения величины объемной активности газоаэрозольной радиоактивной примеси, которую считаем равномерно распределенной по объему, можно воспользоваться формулой вида (5.7), в которой следует учесть фактор нако-

121

пления B(Eγ , Rфв ), положить d = 0, rф = 0, Rфв ≡ rв и вместо Avф объемную активность газоаэрозольной примеси Av0:

Как показывают расчеты, которые проводились с использованием метода Монте-Карло, радиальное распределение мощности дозы в вентиляционной трубе диаметром 2 м при равномерном распределении газоаэрозольной радиоактивной среды носит неравномерный характер, который отличается в зависимости от высоты измерения (расчета) (рис.5.11). Поэтому при размещении нескольких γ-датчиков в устье вентиляционной трубы, расстояние которых от внутренней стенки вентиляционной трубы будет различным, необходимо учитывать особенности радиального распределения мощности дозы при оценке величины Av0.

Рис. 5.11. Радиальное распределение мощности дозы внешнего облучения от газоаэрозольного источника, равномерно распределенного по объему вентиляционной трубы:

1 – расчет на уровне h = 0,5 м от основания (Eγi= 0,261 МэВ); 2 – в устье трубы h = 119 м (Eγ = 0,261 МэВ); 3 – в устье трубы h = 119 м (Eγ = 0,661 МэВ)

122

Что же касается фактора накопления, то расчеты, проведенные в этой же работе, показывают (рис. 5.12), что величину последнего с погрешностью не более 10% можно принять за постоянную

BF (Eγ ,rв ) = BFc 1,05 . В этом случае величину мощности дозы,

создаваемую непосредственно радиоактивным газоаэрозольным (воздушным) столбом (рис. 5.13), можно оценить следующим обра-

зом. Принимая dV = dϕrdrdh, 0 ≤ r ≤ rh, 0 ≤ ϕ ≤ 2π, 0 ≤ h ≤ Н0 и, полагая rв= R, для rh получаем:

где r0, rH – внутренний радиус в основании и в устье вентиляционной трубы соответственно, H0 – ее высота.

Рис. 5.12. Радиальное распределение фактора накопления BFc(r, h, E)

i

газоаэрозольного источника равномерно распределенного по объему вентиляционной трубы:

1 – расчет на высоте h = 0,5 м от основания трубы;

2 – в устье вентиляционной трубы h = 119 м при Eγ = 0,261 МэВ

Пренебрегая ослаблением фотонного излучения в воздушном пространстве вентиляционной трубы, поскольку μ(Eγ,i)2r0 << 1, т.е. полагая μ(Eγ,i)r0 ≈ 0, после несложных преобразований получаем:

123

Рис. 5.13. Геометрия расчета мощности дозы в некоторой точке наблюдения А вентиляционной трубы от объемного равномерно распределенного газоаэрозольного источника радиоактивной примеси

При a2 > b2, вычисляя угловую часть трехмерного интеграла, находим:

Если труба цилиндрическая, то rh = r0, и, производя замену h – h0 = = и, du = dh, u1 = –h0, u2 = H0 – h0 и используя логарифмическое

представление функции Arsh(x) = ln(x + x2 +1) [9], вместо последнего интеграла получим

124

Если труба имеет вид усеченного конуса, то при a = r0 – χh0, получаем:

Если вместе с ионизационными камерами в вентиляционной трубе установить спектрометрический датчик с ранее указанными характеристиками, схема подключения которого приведена на рис. 5.14, то при измерении мощности дозы Dγ′ в точке A(r1, h0) венти-

ляционной трубы (см. рис. 5.13) и измеренных весовых соотношениях нуклидов pi, определяемых формулой (5.23), используя формулы (5.42), (5.43), нетрудно найти постоянную величину объемной активности Av0:

N

Av0 = 2Dγ′ πBFcψ(H0 ,h0 ,r1 )∑Kγ,i pi , (5.44)

i=1

где ψ(H0 ,h0 ,r1 ) для цилиндрической вентиляционной трубы будет определяться формулой

адля вентиляционной трубы типа усеченного конуса – формулой:

Объемную активность радиоактивной примеси в венттрубе в настоящее время

измеряют аспирационными установками, основным недостатком которых является «мертвое» время 15 мин, требуемое на накопление примеси на сорбционную ленту и обработку информации, что не позволяет проводить измерения в режиме on-line.

125

При этом каждая из компонент газоаэрозольной примеси, распространяющейся по вентиляционной трубе определится выражением: Avi = Av0·pi. Умножая каждое Avi на секундный расход G, найдем величину мощности выброса для каждого из радионуклидов газоаэрозольной примеси, выбрасываемой из вентиляционной трубы

N

АЭС, и с учетом того, что ∑ pi =1, в конечном итоге – их сумму:

i=1

причем время измерения мощности дозы составит не более 20 с, а при вычислении формул (5.45), (5.46) можно использовать заранее табулированные значения функций, что, действительно, позволит получать результаты оценок мощности выброса Pв в режиме online.

Рис. 5.14. Схема подключения и коплектация ксенонового γ-детектора [29]: КГД – ксеноновый γ-детектор; БП – блок питания; П – переключатель;

Т– сетевой тумблер; 1 – кабель питания зарядочувствительного усилителя; 2 – кабель выходного сигнала КГД; 3 – кабель блокирующего сигнала; 4 – кабель питания высоковольтного источника; 5 – сетевой кабель

Относительная погрешность оценки величины Рв будет определяться суммой относительных погрешностей Av0 и секундного рас-

хода G [10]:

126

Относительная погрешность величины Av0, в соответствии с формулой (5.44), определится также суммой относительной погрешности мощности дозы Dγ′Dγ и относительной погрешностью

стоты, можно представить как произведение сечения устья вентиляционной трубы на значение измеряемой скорости воздушного потока U1. Поэтому за относительную погрешность секундного расхода можно принять относительную погрешность измерения скорости воздушного потока U1.

Таким образом, относительная погрешность мощности выброса радиоактивной примеси в атмосферу Рв определится суммой трех слагаемых

i=1

из которых первое и третье зависит от погрешности измерения ионизационных токов непроточной и проточной ионизационных камер соответственно, работающих в токовом режиме, а второе определяется погрешностью измерения относительного веса нуклида в смеси γ-спектрометром. Погрешность измерения ионизационных токов для каждой из ионизационных камер составит не более 10 %. Погрешность измерения относительного веса pi определяется погрешностью разрешения энергии Ei и составляет от 2 до 5 %, так что суммарная погрешность оценки Рв составит не более 30 %.

Контрольные вопросы и задания

1. Напишите формулу, позволяющую найти оценку начальной скорости воздушного потока, выходящего из вентиляционной трубы, в адиабатическом приближении. Какие параметры кроме температуры и давления воздушного потока содержит эта формула?

127

2.Дайте определения величины объемной активности радионуклидов, распространяющихся в атмосфере. Что такое секундный расход вентиляционной трубы? Дайте определение величины мощности выброса.

3.Какие вы знаете методы определения: величины объемной активности в атмосфере, мощности выброса%

4.Что представляют собой приборы, из которых состоит дозиметрическая система, определяюшая мощность выброса радиоактивной примеси в атмосферу?

5.Какой эффект лежит в основе работы дозиметрической системы, определяющей мощность выброса радиоактивной примеси в атмосферу?

6.Какую роль играет скорость воздушного потока в вентиляционной трубе в работе проточной ионизационной камеры?

7.Можно ли по ионизационному току непроточной ионизационной камеры определить: скорость воздушного потока; радионуклидный состав радиоактивной примеси, поступающей из вентиляционной трубы в атмосферу; объемную активность радиоактивной примеси, распространяющейся в вентиляционной трубе?

8.Напишите формулу для определения мощности выброса. Какие требования предъявляют к условию распространения радиоактивной примеси по вентиляционной трубе?

9.Какова роль фактора накопления при оценке объемной активности по показанию непроточной ионизационной камеры?

10.Какую роль играет ксеноновый гамма-спектрометр, устанавливаемый в вентиляционной трубе дополнительно к проточной и непроточной ионизационным камерам?

128

Глава 6. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ПРОГНОСТИЧЕСКИХ ОЦЕНОК РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

ПРИ РАДИАЦИОННЫХ АВАРИЯХ

6.1. Расчет метеопараметров атмосферы

Рассматриваемая в настоящей главе методика определения метеорологических параметров основана на нелинейной модели приземного слоя атмосферы и является менее требовательной к точности градиентных наблюдений. Приземный слой атмосферы играет важнейшую роль в формировании метеорологических процессов во всем пограничном слое атмосферы и характеризуется наиболее резкими изменениями метеорологических элементов с высотой. В этом слое выделяют следующие особенности [11].

1.Потоки количества движения и тепла в нем можно считать постоянными.

2.Ускорение силы Кориолиса не оказывает влияния на происходящие в нем процессы и не может входить в решение соответствующих уравнений. Кроме того, обычно рассматривают случай когда выполняются условия стационарности и горизонтальной однородности.

3.Система уравнений, описывающих состояние приземного слоя атмосферы состоит из уравнения динамики

уравнения баланса кинетической энергии флуктуаций с учетом ее постоянства в области малых z:

Все уравнения приводятся для безразмерных (с индексом n – nondemension) функций и переменных.

129

уравнения, связывающего среднюю энергию турбулентных пульсаций bn, коэффициент турбулентной диффузии kn и масштаб турбулентных пульсаций ln:

уравнения для масштаба турбулентных пульсаций:

где zn = z/L – безразмерная высота; L – масштаб Монина–Обухова (масштаб приземного слоя атмосферы); un – безразмерная скорость

духа; cP – удельная теплоемкость); αт = kт/k – отношение коэффициента турбулентности для тепла и количества движения. Исключая из уравнений (6.3)–(6.5) величины ln и bn, получают уравнение

где y – табулированное значение для различных zn. Для безразмерных un, bn, ln получаем следующие выражения:

130