Моделювання динаміки радіоактивних домішок в умовах річних стоків в райони морського узбережжя

Анотація

В результаті  збільшення сфери використання радіоактивних речовин у антропогенній діяльності – атомної енергетичної промисловості та ін. зростає забруднення ними навколишнього середовища і як наслідок, відбувається забруднення води. Перенос радіонуклідів водними потоками є одним з основних факторів поширення радіоактивного забруднення у навколишньому середовищі. Вивчення міграції радіонуклідних забруднень в  морських районах ускладнюють морські течії, що мають гравітаційне походження і пов’язані із кліматичними та сезонними  змінами  Тому питання, що розглядаються у статті,  є актуальними.

Мета роботи виділити механізми фізичних процесів, що обумовлюють міграцію радіонуклідних забруднень внаслідок річних стоків в райони морського узбережжя північно-західної частини Чорного моря.

Радіаційні забруднення можуть бути розчиненими у воді, а можуть бути пов’язані з наявністю в ній дисперсної фази речовин, у тому числі і радіоактивних.Механізми розповсюдження радіаційних забруднень можуть відрізнятися в залежності від агрегатного стану забруднення.Розглянуті механізми фізичних процесів, що супроводжують міграцію радіонуклідів у водному середовищі. Це процеси гравітаційного осадження дисперсних частинок або спливання їх в результаті дії сили Архімеда, вплив дії сили Коріоліса, а також процеси броунівської дифузії дисперсних частинок, які здатні викликати їх коагуляцію. Запропонована адвективна модель перенесення радіонуклідів у водному середовищі. Апробація моделі при обробці  даних вимірів радіоактивності води дніпровського басейна і Чорного моря показує, що ця модель добре описує  зменшення концентрацій  радіонуклідів, що надходять із забруднених територій і, поширюючись у Дніпровському басейні річок та водосховищ, потрапляють у північно західну частину Чорного моря. При цьому значення коефіцієнта дифузії для водних розчинів у воді становлять 10^-9 м²/с, а для броунівської дифузії - 10^-1010^-11 м²/с і менше. Це свідчить про суттєву роль дифузійного розбавлення в процесі водної міграції і потребує врахування його при моделюванні водної міграції радіонуклідів, а також підтверджує, що швидкість дифузії дисперсних частинок у воді на 1-2 порядки менше, ніж у розчинів.

Розглянута конвективно-дифузійна модель міграції радіонуклідів у воді. Усі отримані результати розрахунків за цією моделлю  вказують на те, що наявність конвекції сприяє збільшенню масштабів розподілу домішок (іншими словами, сприяє більш широкомасштабному поширенню домішок). За допомогою отриманих точних розв’язків показана еволюція розподілу концентрації радіонуклідів за наявності конвективного потоку. Видно, що на відміну від випадку дифузії максимум розподілу зміщується у напрямку конвективного потоку. Фактор автомодельності вказує на залежність концентрації (або іншої величини) від просторового та часового розподілу швидкості конвекції, просторової координати і часу.  Розглянутий підхід може бути використаний для аналізу і моделювання процесів переносу та дифузії у фізичних системах з рухомим середовищем. Застосовуючи фактор автомодельності до відповідного рівняння, можна отримати аналітичні розв'язки, які відображатимуть перенос і розподіл домішок або інших фізичних величин в системі за умови великих конвекційних рухів і дифузійних процесів.

Висновки роботи та практичне значення роботи полягають в розробці алгоритмів моделі водної міграції радіонуклідів, придатної для прогнозування критичних режимів фізичних процесів, яка може служити інструментом для підготовки відповіді на екологічні аварії, пов'язані з радіоактивними забрудненнями.