Елохин Автоматизированные системы контроля радиационной обстановки окружаюсчей среды 2012

6.5. Оценка мощности дозы внешнего облучения от подстилающей поверхности

Выпадение радиоактивной примеси на подстилающую поверхность приводит к ее радиоактивному загрязнению, поэтому мощность дозы от подстилающей поверхности можно рассматривать как мощность дозы от бесконечного плоского неравномерно распределенного источника, которая при использовании интегрального метода оценки определится формулой, где индекс s относится к подстилающей поверхности:

– координаты точки наблюдения; hd – высота точки наблюдения; Es – средняя энергия гамма-излучения радионуклидов, выпавших

на подстилающую поверхность; χn – величина, определяемая уравнением (6.55). Характерный вид изолиний уровней мощности дозы от подстилающей поверхности на карте местности для некоторой гипотетической аварии представлен на рис. 6.11.

6.6. Оценка дозы при ингаляции

Если q(x,y,z,t) (Бк/м3) – объемная активность радиоактивной примеси (аэрозолей) в атмосфере, определяемая решением уравнения (6.31), то соотношение между этой величиной и мощностью

эквивалентной дозы H (Зв/с) при ингаляции устанавливается формулой [20]:

где Ba – дозовый коэффициент, численно равный мощности эквивалентной дозы, создаваемой при единичной концентрации радионуклида во вдыхаемом воздухе (обычно применяется для условного человека), (Зв м3)/(с Бк).

151

путем умножения величины мощности дозы на время, в течение которого субъект вдыхал загрязненный воздух.

При оценке эквивалентной мощности дозы при ингаляции от совокупности N нуклидов как и в формулах (6.51) можно также использовать понятие среднеэффективных дозовых коэффициентов, определяемых формулой

где i = 1, 2, ..., N, а Qi имеет тот же cмысл, что и в формуле (6.51). Тогда эквивалентную мощность дозы при ингаляции от совокупности N нуклидов, распространяющихся в воздушной среде факелом выбросов, можно будет оценить по формулам:

а величина дозы вычисляется аналогично формуле (6.61). Однако при таком методе оценки указанной величины также встает вопрос о погрешности результатов расчетов, т.е. насколько будут отличаться расчеты эквивалентной мощности дозы при ингаляции от совокупности N радионуклидов, полученные как простым суммированием от каждого так и при использовании среднеэффективного дозового коэффициента для этих нуклидов. Ответ на этот вопрос дает табл. 6.2, в которой приводятся результаты расчетов эквивалентной мощности дозы при ингаляции для смеси из шести нуклидов в целом и в виде суммы их отдельных значений на различных расстояниях от источника, полученные с использованием нормировки на показание гамма-датчика.

Таблица 6.2

Эквивалентнаяная мощность дозы при ингаляции, ×10-2 мЗв/ч

153

Как следует из табл. 6.2, максимальная относительная погрешность результатов расчетов составляет менее одного процента, что полностью оправдывает указанный метод оценки.

В заключение в табл. 6.3 приведено сравнение результатов расчетов значений изолиний уровней радиоактивного загрязнения для активности подстилающей поверхности, мощности дозы внешнего облучения от подстилающей поверхности, мощности эквивалентной дозы при ингаляции и мощности дозы внешнего облучения от объемного источника после нормировки на «показание γ- датчиков», номер и расстояние которых от источника приведены в табл. 6.4.

Оценки показывают, что погрешность расчета осевого распределения (см. табл. 6.4) после нормировки в самом худшем случае не превышает 1 %, а значения заданных изолиний уровней загрязнения соответствующих радиационных характеристик (см. табл. 6.3) также не превышает 1 %. Последние результаты убедительно показывают, что расчетные программы необходимо рассматривать в совокупности с данными показаний γ-датчиков автоматизированной системы при условии их достаточного количества, погрешность которых не превышает 15 % (при требовании, согласно ТУ, не более 25 %), чего не сможет обеспечить ни одна отдельно взятая метеорологическая модель.

6.7. Оценка и уточнение радиационных характеристик радиоактивного загрязнения окружающей среды

При постановке задачи переноса радиоактивной примеси в атмосфере в источник уравнений входит величина мощности выброса M (см., например, уравнения (6.38), (6.45), (6.47). Если рассматриваемая примесь является радиоактивной, что и будем предполагать в дальнейшем, то мощность выброса, как указывалось в гл. 5, может быть определена в вентиляционной трубе экспериментально. Если же по каким-то причинам эта величина не может быть определена экспериментально, или определена слишком грубо, то возникающие при этом проблемы прогнозирования радиационных характеристик радиоактивного загрязнения окружающей среды могут быть успешно решены с привлечением следующих соображений.

156

Воспользуемся тем, что указанные уравнения являются линейными и величина мощности выброса входит в уравнение линейно. Это значит, что в полученном решении величина M войдет простым сомножителем. Чтобы убедиться в этом, приведем, для простоты, аналитическое решение стационарного уравнения (6.44) при

v = λ = 0 и постоянных k и u .

Поэтому, рассчитывая некоторую интегральную величину от объемной активности радиоактивной примеси, в которую мощность выброса входит как множитель, например мощность дозы внешнего облучения от факела радиоактивных выбросов, и измеряя эту величину (например, гамма-датчиками автоматизированной системы АСКРО), полагая при этом, что их количество должно быть достаточным в СЗЗ, мощность выброса найдется как отношение величин мощностей доз измеренной и расчетной (при единич-

значение мощности дозы, Dγ′c - расчетное значение при единичной

мощности выброса (M = 1).

В общем случае процедура определения величины M сводится к следующему: выбирают датчик, ближайший к оси следа выброса на подстилающей поверхности; регистрируют показания мощности дозы внешнего облучения этого датчика в различные моменты

времени Dv′(tl ), где l = 1, 2, ..., L, учитывая нестационарность про-

цесса переноса радиоактивного облака при его движении вдоль оси, и находят момент времени t*, в котором показание будет мак-

157

симальным Dv′(t* ); вычисляют в тот же момент времени в точке выбранного датчика мощность дозы при M = 1, т.е. находят:

при M = 1. Так как q(x,y,z,t) = Mqед(x,y,z,t), то измеренная величина Dv′(t*) и рассчитанная при M = 1 определяются соотношением:

Dv′(t*) = M Dv′,ед(t*) , что и позволяет найти искомое значение M = = Dv′(t*) / Dv′,ед(t*) . Если на пути распространения облака окажется

несколько датчиков (i = 1, 2, 3, ..., N), то, осуществляя подобную процедуру для каждого i-го датчика, абсолютное значение M най-

N

дем как среднеквадратичное M = ∑Mi2 N .

i=1

Это выражение показывает, что наиболее достоверными из найденных Mi являются величины с наибольшими значениями. Это тем более важно, так как с уменьшением измеряемой мощности дозы Dv′ увеличивается фоновый вклад, и, таким образом, рас-

тет погрешность. После умножения на M всех искомых функционалов, вычисленных с qед(x, y, z,t*) , получим распределения в аб-

солютных единицах.

Рассмотрим метод выбора датчика наиболее близкого к оси следа выброса. Если γ-датчики, расположенные в СЗЗ по правилу, указанному в п. 4.3, зафиксировать в полярной системе координат ξi = ξ(Ri, ϕ), где Ri – радиус i-го поста контроля, в котором располагается γ-датчик, ϕi – его азимутальный угол, то в случае направления выброса (биссектрисы «раствора» факела), задаваемого углом ϕb, один из постов будет расположен наиболее близко к оси выброса (рис. 6.12). Очевидно, что мощность дозы, регистрируемая датчиком АСКРО, расположенным на этом посту, будет выше, чем на других. Поэтому и мощность выброса предлагаемым способом следует определять по этому датчику.

158

Результаты расчетов показывают, что с ростом Yj осевое распределение увеличивается. Последнее не должно вызывать сомнений, поскольку распределение мощности дозы по оси Y достаточно быстро уменьшается, то для фиксированного значения мощности дозы, регистрируемого на периферии, осевое распределение должно увеличиваться с ростом y. Данный метод нормировки позволяет существенно повысить точность прогнозируемых расчетов, так как погрешность γ-датчиков АСКРО (БГМД-08Р), размещаемых на промплощадке и в санитарно-защитной зоне, составляет по ТУ 25 %, а фактически 15 %, что, конечно же, не может сравниться с расчетной точностью «фактором 1,5–2,0» хороших метеорологических моделей. Действительно, в этом случае расчетное значение мощности дозы, содержащее ряд коэффициентов, линейно входящих в выражение, всегда можно уточнить, вычисляя при нормировке поправочный коэффициент.

Приведенные распределения, тем не менее, не дают полного представления о преимуществе нормировки, поскольку повышенную точность расчета (в пределах погрешности γ-датчика) распределение может иметь локально (в некоторой окрестности датчика),

160