Верификация математической модели формирования радиоактивного загрязнения при запроектной аварии на атомной станции Текст научной статьи по специальности «Физика»

участием, 19 дек. 2013 г. Ч 2 / Воронежский институт ГПС МЧС России. Воронеж. 2013. - С. 14-17.

ВЕРИФИКАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ФОРМИРОВАНИЯ РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИ ЗАПРОЕКТНОЙ АВАРИИ НА АТОМНОЙ СТАНЦИИ

О.Л. Бобович, старший преподаватель Гомельский инженерный институт МЧС Республики Беларусь,

г.Гомель

Для прогнозирования объема работ по дезактивации и возможного количества, состава и категории радиоактивных загрязнений является существенным вопрос о масштабах, характере и степени загрязнения местности в районе размещения радиационно-опасных объектов (РОО), которое возникает при авариях ядерных установок с выбросом радиоактивных веществ в атмосферу.

В настоящее время не разработана единая физико-математическая модель переноса радиоактивных веществ в атмосфере. Существующие подходы к решению задач рассеяния примеси [1,2] касаются определенных условий и не имеют универсального характера. С учетом коэффициентов массопереноса и при пренебрежении молекулярными силами общее уравнение диффузии имеет вид:

дС дС дС1 шдС1

—1- + и—1 + V—1 + ¥—1 =

д дх ду дъ

(1)

дГ дС ^ д ( дС ^ дГ дС ^

дх

х дх

+ —

К,,

ду I ду

+— дъ

К,

дъ

ъ

V

С + Б;(х,у,М)

где СI - концентрация /-го радионуклида в точке с координатами

-5

Х,Т,2, Бк/м ; Кх, Ку, Кг - коэффициенты диффузии в направлении осей Х,У,2, м2/с; и, V, Ж - средние скорости распространения РВ в направлении осей Х,1,2; Л - постоянная радиоактивного распада /-го радионуклида, с-1; 8(х,у,2,1) - функция, учитывающая изменение концентрации РВ за счет случайных факторов.

Уравнение (1) описывает процесс диффузии в самой общей форме и для практического использования нуждается в значительном упрощении с помощью различных допущений.

Учитывая особенности выброса радионуклидов и характер загрязнения региона ЧАЭС, была разработана математическая модель [3], позволяющая более полно учесть особенности формирования радиоактивного загрязнения окружающей среды при радиационных

авариях на АС. Основу этой усовершенствованной математической модели составляют:

статистическая модель Пасквилла-Гиффорда, используемая для расчета переноса невесомой примеси, выбрасываемой на высоту до 500 м;

модель градиентного переноса на основе полуэмпирического уравнения турбулентной диффузии, используемая для расчета переноса невесомой примеси, выбрасываемой на высоту более 500 м;

модель, учитывающая гравитационное осаждение с полным захватом весомой примеси (диаметром более 10 мкм) подстилающей поверхностью.

Интегральная концентрация /-го радионуклида в атмосферном воздухе в направлении распространения радиоактивной струи или облака при полном его прохождении через данную точку пространства согласно статистической модели Пасквилла-Гиффорда определяется из выражения:

Г 9 Л

С'Х X y, z )

Q

2rnj (x)jz (x)u

exp

y

V

2jv( x)

x

J

x<

exp

(z — )

2jzx)

+ exp

(z + Кэф )

2jzx)

(2)

fRfF fW

где x - расстояние от источника выброса, м; u - средняя скорость ветра в слое перемешивания, м/с; jy(x), jz(x) - дисперсии примеси соответственно по осям Y и X, м; Q- мощность выброса i-го радионуклида в атмосферу, Бк/с; Иэф - эффективная высота выброса, м; fR - поправка на обеднение облака за счет радиоактивного распада; f- поправка на обеднение облака за счет сухого осаждения радионуклидов из облака выброса; fw- поправка на обеднение облака за счет вымывания осадками.

В период 1988-1989 гг. были произведены измерения плотности радиоактивного загрязнения западного, северного и южного следов в 60-километровой зоне ЧАЭС на различных расстояниях от аварийного реактора.

Пробы грунта отбирались в кольца диаметром 13 см и высотой 5 см. По азимутам через 10° на расстояниях 5,6,7,8.3,10,12,14.5,17,20,25, 30,37,45,52 и 60 км по радиусам окружностей, центром которых является 4 блок ЧАЭС. Определение радионуклидного состава проводилось на гамма-спектрометре высокого разрешения типа NOCIA с полупроводниковым детектором NaI(Tl). Полученные результаты приведены в [4].

В этой связи представляется небезынтересным провести сравнение результатов натурных измерений с расчетами по выбранной модели, которая реализована в машинном варианте [5].

Поскольку измерения плотности радиоактивного загрязнения местности проводились спустя несколько лет после аварии, за это время на радиоактивные выпадения воздействовали факторы радиоактивного

распада, смыва радионуклидов поверхностными водами, заглубления радионуклидов в почву и переход их в биологические объекты в зависимости от дисперсности выпавших аэрозолей, степени перехода радионуклидов в почвенные растворы и т.п.

Результаты сравнения расчетных и экспериментальных значений плотности выпадений и 144Се на следе Чернобыльской АЭС

приведены на рис.1. Здесь кривые 2 и 4 соответствуют расчетам плотности выпадений и 144Се, выполненным в соответствии с моделью, не

учитывающей фракционирование радионуклидов в процессе выброса на различную высоту, а кривые 1 и 3 - с введением в формулу (2) функции распределения по высоте.

<7. Бк/м:

3 10 ЮО

Рис. 1. Расчетные и экспериментальные значения плотности выпадений 137Cs и 144Се на следе выброса РН при аварии на Чернобыльской АЭС

~ 144^ „ ^ 137/-1

о - Се, о - Cs

Из рисунке 1 видно, что учет фракционирования радионуклидов по высоте столба выброса при расчете плотности загрязнения местности приводит к удовлетворительной сходимости расчетных данных с результатами экспериментальных исследований. Занижение прогнозных оценок по сравнению с результатами измерений в ближней зоне (до 10 км) можно объяснить наложением выпадений от нескольких выбросов (например, 26 апреля и 5 мая 1986 г.). Превышение расчетных данных в дальней зоне (50-60 км) обусловлено вымыванием радионуклидов из шлейфа выброса локальными осадками.

Список использованной литературы

1. Гусев Н.Г., Беляев В.А. Радиоактивные выбросы в биосфере. Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1991.

2. Методика по прогнозированию и оценке радиоактивного загрязнения воздуха, почвы, водных объектов, а также возможных доз облучения в случае радиационных аварий на атомных станциях для

различных вариантов метеорологических условий. М.: Госкомгидромет, 1988. - 100 с.

3. Горбунов С.В. Методические основы повышения безопасности поверхностных захоронений твердых радиоактивных отходов, образующихся при ликвидации последствий радиационных аварий. Диссертация к.т.н., 2003.

4. Галушкин Б.А., Горбунов С.В. Распределение и радионуклидный состав топливных частиц в 60-километровой зоне ЧАЭС / В кн. Геохимические пути миграции искусственных радионуклидов в биосфере. Тезисы докладов IV Всесоюзной конференции, г.Гомель, октябрь. 1990г. М.: ГеоХИ им. В.И. Вернадского, 1990. - С.65.

5. Галушкин Б.А., Горбунов С.В., Макушкин С.Г. Методика выявления и оценки радиационной обстановки при запроектной аварии или разрушении ядерного реактора на атомной электростанции. М.: в/ч 52609, 1990. - 92с.

АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ЗАТУХАНИЯ ГОРЕНИЯ СО СВОБОДНОЙ

ПОВЕРХНОСТИ РЕЗЕРВУАРА ДЛЯ ХРАНЕНИЯ НЕФТИ

И НЕФТЕПРОДУКТОВ

С.А. Бокадаров, преподаватель, к.т.н.

М.А. Гудков, старший преподаватель, к.т.н.

Р.Ю. Поляков, преподаватель А.И. Бобров, заместитель начальника кафедры, к.т.н., доцент Воронежский институт ГПС МЧС России, г.Воронеж

Проблема повышения промышленной безопасности резервуаров обострилась в связи с рядом обстоятельств, возникших в России в новых экономических условиях. По данным Центрального научно -исследовательского и проектного института строительных металлоконструкций (ЦНИИПСК) им. Н.П. Мельникова, в настоящее время 90% эксплуатируемых резервуарных парков превысили нормативный срок эксплуатации (20 лет). Проведенный обзор аварийных ситуаций с отрывом крыши резервуара вследствие взрыва и с последующим возгоранием нефтепродукта в резервуаре со свободной поверхностью показал, что рассмотрение процессов горения нефтепродуктов в резервуаре является актуальным направлением развития науки в настоящее время.

К наиболее разрушительным последствиям приводит горение нефтепродуктов со свободной поверхностью резервуара. Изучение процесса горения имеет важное научное и прикладное значение в связи с