ПриказФедеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору
от 8 июня 2010 г. № 465
"Об утверждении Положения о повышении точности прогностических оценокрадиационных характеристик радиоактивного загрязнения окружающей среды идозовых нагрузок на персонал и население"

Вцелях реализации полномочий, установленных в пунктах 5.3.1.1 - 5.3.1.4,5.3.1.13, 5.3.2, 6.2 Положения о Федеральной службе по экологическому,технологическому и атомному надзору, утвержденного постановлением ПравительстваРоссийской Федерации от 30 июля 2004 г. № 401, приказываю:

1.Утвердить прилагаемое Положение о повышении точности прогностических оценокрадиационных характеристик радиоактивного загрязнения окружающей среды идозовых нагрузок на персонал и население.

2. Признать утратившим силу приказ Федеральнойслужбы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 15 января 2010г. № 11 "Об утверждении Положения о повышении точности прогностическихоценок радиационных характеристик радиоактивного загрязнения окружающей среды идозовых нагрузок на персонал и население".

Содержание

Положение
о повышении точности прогностических оценок радиационных характеристикрадиоактивного загрязнения окружающей среды и дозовых нагрузок на персонал инаселение
(утв. приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому иатомному надзору от 8 июня 2010 г. № 465)

I. Общие положения

1.Настоящее Положение о повышении точности прогностических оценок радиационныххарактеристик радиоактивного загрязнения окружающей среды и дозовых нагрузок наперсонал и население (далее - Положение) входит в число руководств побезопасности, носит рекомендательный характер и не является нормативнымправовым актом.

2.Настоящее Положение содержит рекомендации Федеральной службы по экологическому,технологическому и атомному надзору по использованию расчетных методов прогнозированиярадиационных характеристик радиоактивного загрязнения окружающей среды идозовых нагрузок на персонал и население, включая рекомендации:

пообоснованию того, что использование показаний детекторов фотонного излучения,наряду с расчетными данными, позволяет значительно повысить точностьпрогнозирования расчетных оценок радиоактивного загрязнения окружающей среды, апогрешность расчетов свести к погрешности детектора;

поформулировке основных принципов и выбору критериев для оптимального размещенияпостов радиационного контроля на промплощадке и в санитарно-защитной зоне(далее - СЗЗ) атомной электростанции (далее - АС), позволяющих минимизироватьпоследствия радиационных аварий;

повыбору алгоритма, способствующего повышению точности прогностических оценокрадиационных характеристик радиоактивного загрязнения окружающей среды, дляопределения координат детектора фотонного излучения, расположенного напромплощадке и в СЗЗ АС.

3.Использование рекомендаций настоящего Положения направлено на решение следующихосновных задач:

оптимизациюфинансовых затрат на разработку автоматизированных систем контроля радиационнойобстановки (далее - АСКРО) АС и объектов использования атомной энергии (далее -ОИАЭ);

осуществлениепрогнозирования результатов радиоактивного загрязнения окружающей среды приотсутствии информации о радионуклидном составе радиоактивной примеси,выброшенной в атмосферу, в условиях радиационных аварий на АС или любом другомОИАЭ, на котором внедрена АСКРО с учетом рекомендаций настоящего Положения;

повышениеточности прогнозирования результатов радиоактивного загрязнения окружающейсреды и дозовых нагрузок на персонал и население при радиационных авариях на АСили других ОИАЭ.

II. Рекомендации к составу и условиям работы АСКРО

4.Основу АСКРО составляют: система постов контроля мощности дозы фотонногоизлучения, размещаемых на местности; совокупность датчиков, измеряющихметеопараметры, по показаниям которых определяется состояние устойчивостиатмосферы; технологические датчики АС, предназначенные для определенияпараметров выброса радиоактивной примеси в атмосферу; программное обеспечениенижнего и верхнего уровней, из которых первое обеспечивает обработку данных(показаний датчиков) с целью преобразования их в специальный формат - дляиспользования в качестве исходных данных при проведении прогностическихрасчетов. Основу программного обеспечения верхнего уровня составляют расчетныемодели переноса радиоактивной примеси в атмосфере и водной среде, а такжематематические методы оценки дозовых нагрузок на персонал и население. С егопомощью непосредственно осуществляются прогностические расчеты радиоактивногозагрязнения окружающей среды. Структурная схема состава АСКРО приведена на рис.1 Приложения № 1.

5.Функционирование АСКРО рекомендуется осуществлять в режиме реального времени,что достигается путем автоматизации сбора данных по радиационным иметеорологическим параметрам, на основе которых осуществляются прогностическиерасчеты с использованием математических моделей распространения радиоактивнойпримеси в воздушной и водной средах при выбросах АС.

6.При проектировании АСКРО необходимо принимать во внимание экономические,экологические, физико-технические критерии, а также демографические особенностирегиона, где размещена АС. Указанные критерии, отвечающие условиям размещенияпостов радиационного контроля на промплощадке и в СЗЗ ОИАЭ, приведены в Приложении№ 2.

7.Погрешность прогностических оценок радиоактивного загрязнения окружающей средыи дозовых нагрузок на персонал и население, получаемых с помощью расчетныхмоделей, может быть минимизирована за счет уточнения метеопараметров атмосферы,использования показаний детекторов фотонного излучения АСКРО и уточнениявеличины мощности выброса газоаэрозольной радиоактивной примеси (PВ),поступающей в атмосферу, в условиях радиационных аварий и при штатной работе.

III. Определение метеорологических параметров дляоценки условий формирования радиационной обстановки на местности

8.Особую роль в оценке состояния устойчивости пограничного слоя атмосферы играютопределяющие его метеорологические параметры: скорость ветра, температура,влажность и т.д. Изменение одного из этих параметров непременно ведет и кизменению состояния устойчивости пограничного слоя в целом, а это, в своюочередь, - к изменению концентрации радиоактивной примеси и изменениюрадиационной обстановки на местности.

9.Определение метеорологических параметров, применительно к региону, в которомрасположена АС, целесообразно осуществлять на специальных метеоплощадкахлабораторий внешней дозиметрии.

10.Измерение направления, скорости ветра, температуры и влажности рекомендуетсяпроводить на нескольких уровнях на метеомачте, расположенной на метеоплощадкелаборатории внешней дозиметрии, применяя методику градиентных наблюдений.измеренные параметры в дальнейшем могут быть использованы как реперные точкидля расчета полных профилей этих величин в пограничном слое атмосферы в болеесовершенных метеорологических моделях или как постоянные - непосредственно вуравнениях, на основании которых рассчитывают распределение радиоактивнойпримеси в атмосфере при ее переносе. Методика обработки градиентных наблюденийприведена в Приложении № 3,а в приложении № 4приведены методы вычислений метеопараметров.

IV. Рекомендации по использованию моделей переносарадиоактивной примеси в атмосфере

11.Выбор модели переноса радиоактивной примеси в атмосфере рекомендуетсяосуществлять на основании:

1)результатов прогностического расчета радиоактивного загрязнения окружающейсреды и дозовых нагрузок на персонал и население с "удовлетворительной(наименьшей) погрешностью" на расстояниях не менее 30 км от источникавыбросов при любой эффективной высоте источника радиоактивного загрязнения, непревышающей высоту пограничного слоя атмосферы с учетом:

особенностиподстилающей поверхности, определяющей величину скорости сухого осаждения (значенияскорости сухого осаждения для различных нуклидов и типов поверхности приведеныв Приложении№ 5);

параметрашероховатости (значения параметра шероховатости для различных типовподстилающих поверхностей приведены в Приложении № 6);

вымываниярадиоактивной примеси естественными осадками (дождем, снегом) и туманом(значения постоянной вымывания радиоактивной примеси естественными осадками итуманом приведены в Приложении№ 7);

радиоактивногораспада примеси во время переноса (значения постоянной распада радиоактивнойпримеси для основных радионуклидов, выбрасываемых в атмосферу АС и другими ОИАЭприведены в Приложении № 8);

влажностиатмосферы;

дисперсногосостава примеси или скорости гравитационного осаждения (формулы для расчетаскорости гравитационного осаждения частицы приведены в Приложении № 9);

значенийметеопараметров (продольной и поперечной скорости ветра, коэффициентатурбулентной диффузии, энергии турбулентных пульсаций) по всему пограничномуслою атмосферы;

мощностивыброса радиоактивной примеси в атмосферу.

2)использования аттестованных методик для определения метеорологическихпараметров модели (основные рекомендации к датчикам метеопараметров приведены вПриложении № 10).

3)проведения в режиме реального времени прогностических оценок радиоактивногозагрязнения окружающей среды и дозовых нагрузок на персонал и население (расчетпо модели со всеми функционалами, определяющими дозовые нагрузки на персонал инаселение и масштабы загрязнения окружающей среды в стационарных условиях, неможет превышать время, необходимое на получение осредненных значений измеренныхвеличин метеопараметров ~ 10 мин).

4)экономического фактора, суть которого применительно к данному случаю состоит втом, что предпочтение рекомендуется отдавать такой модели, которая, не ухудшаяпараметры системы и точность прогнозирования, позволяет уменьшить затраты наоборудование.

V. Параметры модели

12. Одним из основных параметров модели является величина мощностивыброса радиоактивной примеси (P_В), поступающей в атмосферу из отверстий (щелей, трещин,клапанов, разрывов) при авариях на АС.

13.Для определения указанного параметра в режиме реального времени проектирующиморганизациям рекомендуется использовать новые разработки приборов,обеспечивающих измерение P_В не только общей активностигазоаэрозольной примеси, но и парциальных величин при выбросе примеси,состоящей из нескольких радионуклидов, а при отсутствии подобных приборов,проводить НИОКР с целью их разработки.

14.При отсутствии соответствующей аппаратуры для определения P_В последнюю рекомендуется оценивать путем сравнениярасчетного и измеренного значений мощности дозы внешнего облучения,создаваемого потоком фотонного излучения радионуклидов радиоактивной примеси вточке, ближайшей к оси выброса, если априори известен ее состав и радиационныехарактеристики радионуклидов. Однако точность подобных оценок величины P_В будет существенно ниже, чем при ее приборном измерении.

VI. Методы прогнозирования

15.Радиационные характеристики радиоактивного загрязнения окружающей среды:мощность дозы от объемного источника (факела или облака выбросов),поверхностная активность подстилающей поверхности, мощность дозы отподстилающей поверхности, доза при ингаляции и т.д. - определяются какфункционалы полученного решения для концентрации радиоактивной примеси,радионуклидный состав которой определен.

16.При оценке таких радиационных характеристик, как мощности дозы внешнегооблучения от объемного источника (радиоактивного облака) и подстилающейповерхности, загрязненной в результате осаждения радиоактивной примеси,рекомендуется использовать интегральные методы. Это позволит не только избежатьпогрешности при оценке указанных величин, связанной с нарушением закона лучевогоравновесия на границе раздела сред воздух-земля, но и найти ряд особенностей впространственном распределении этих величин, обусловленных переносом примеси ватмосфере при различных ее метеорологических состояниях. При этом знаниевеличины P_В позволяет существенно скорректироватьрасчетные оценки пространственных распределений мощности дозы, активностиподстилающей поверхности и других радиационных характеристик.

17.Для оценок радиационной обстановки в районе действующей АС, рекомендуетсяиспользовать математические методы, изложенные в Приложениях № 11-15,физические основы которых представлены в приложениях № 16-18,а также технические средства, рассматриваемые в Приложении№ 19.

18.Мониторинг, основанный на использовании автоматизированных технических средств,является альтернативой математическим методам прогнозирования радиационнойобстановки информативность подобной автоматизированной системы напрямую зависитот числа постов контроля, оборудованных датчиками, регистрирующими ионизирующееизлучение.

VII. Условия необходимого и достаточного количествадатчиков АСКРО, размещаемых на промплощадке и в СЗЗ ОИАЭ

19.Для определения необходимого и достаточного числа датчиков, способныхзарегистрировать факел или облако радиоактивных выбросов, распространяющихся отисточника при любых направлении ветра и состоянии устойчивости атмосферы,рекомендуется воспользоваться алгоритмом, изложенным в приложении№ 20.

VIII. Принцип размещения детекторов фотонногоизлучения АСКРО на промплощадке и в СЗЗ ОИАЭ

20.Радиоактивное загрязнение окружающей среды при несанкционированном выбросерадиоактивной примеси в виде перегретой газовой струи из отверстий, клапанов,неплотностей сосудов, рваных отверстий или щелей, возникающих в случае взрываили разрыва резервуаров, находящихся под высоким давлением и высокойтемпературой, или в случае мощного импульсного выброса радиоактивной примесичерез отверстия (например, при проведении учений на АС рассматриваетсяотверстие в потолочном перекрытии реактора (РБМК), возникающее при паденииинородного предмета с воздуха), когда полностью отсутствует информация орадионуклидном составе примеси или спектральном составе ее фотонного излучения,рекомендуется оценивать по показаниям технологических датчиков, устанавливаемыхв резервуарах и определяющих температуру и давление среды, и датчиков АСКРО,определяющих мощность дозы внешнего облучения от радиоактивного облака,образовавшегося в результате выброса. При этом датчики на промплощадке и в СЗЗрекомендуется располагать таким образом, чтобы расстояние от возможногоисточника радиационной опасности (АС) до любого из датчиков было строгоразлично. Например, последовательность значений указанных расстояний (отминимального до максимального) могла бы подчиняться формуле спирали Архимеда.Принцип размещения детекторов фотонного излучения АСКРО на промплощадке и в СЗЗОИАЭ более подробно рассмотрен в Приложении№ 21.

21.Для оперативной оценки радиоактивного загрязнения окружающей среды приотсутствии информации о радионуклидном составе радиоактивной примеси,формирующей радиоактивное облако с учетом расстановки детекторов фотонногоизлучения системы АСКРО равномерно по азимуту и на различных расстояниях отисточника, рекомендуется определить спектральный состав фотонного излучениярадиоактивной примеси и его среднюю энергию, для чего рекомендуетсявоспользоваться алгоритмом, приведенным в Приложении№ 21.

IX. Уточнение величины P_В

22.Одним из основных параметров модели переноса газоаэрозольной радиоактивнойпримеси в атмосфере, как отмечалось в пункте12 настоящего Положения, является величина P_В радиоактивной примеси, поступающей в атмосферу прирадиационных авариях на АС или любом другом ОИАЭ. Уточнение этого параметрапозволяет скорректировать все остальные характеристики радиоактивногозагрязнения окружающей среды (величину объемной активности радиоактивнойпримеси, распространяющейся в воздушном бассейне, и масштаб радиоактивногозагрязнения окружающей среды в целом). Метод уточнения величины P_В, а также более точная оценка величины P_В с учетом фоновых значений мощности дозы естественного илитехногенного происхождения приведены в Приложении №22.

X. Выбор датчика для уточнения величины P_В

23.Для получения более точного значения P_В ее рекомендуется определять по показанию детектора АСКРОпри условии их достаточного числа в СЗЗ, ближайшего к оси выброса всоответствии с рис. 1 Приложения№ 23.

24.Определение датчика, ближайшего к оси выброса, рекомендуется проводить поалгоритму, изложенному в Приложении№ 23.

25.Пример алгоритма прогностических расчетов загрязнения окружающей среды соценкой дозовых нагрузок на персонал и население приведен на рис. 2 Приложения№ 23.

26.Термины и определения, используемые в настоящем документе, приведены в Приложении№ 24.

Приложение№ 1

Структурная схема состава АСКРО

Рис. 1 Структурная схема АСКРО: 1 -датчикитемпературы окружающей среды; 2 - датчики направления и скорости ветра; 3- датчики осадков; 4 - датчики влажности окружающей среды; 5–датчики фотонного излучения постов контроля; 6 - технологические датчикипараметров выброса радиоактивной примеси в атмосферу.

Приложение№ 2

Критерии,
отвечающие условиям размещения постов радиационного контроля на промплощадке ив СЗЗ ОИАЭ

1. Экологические критерии

Построениесистем контроля радиационной безопасности АС и других радиационно-опасныхпредприятий атомной промышленности, как правило, базируется на какой-либоконцепции. В любой концепции построения такого рода систем лежит принципизмерения параметров радиоактивного загрязнения, основанный на выборе датчиков,измеряющих те или иные характеристики примеси - непосредственно ее концентрацию(аспирационными датчиками [1])или мощность дозы фотонного излучения [2],количество датчиков и способ их размещения вокруг объекта. Продолжительностьпериода осреднения уровней загрязнения определяет и способ размещения датчиковвокруг АС - в направлении наиболее вероятных распространений выбросов.Последние находим, исходя из розы ветров, составляемой по метеонаблюдениям втечение года [3,4].Подобные системы хорошо себя зарекомендовали именно для анализа уровнейзагрязнения при штатной работе АС, но, как отмечается в работах [1,2,5],имеют существенный недостаток, поскольку вся информация о радиационнойобстановке относится к прошедшему времени, что совершенно недопустимо приаварийных ситуациях. Следует также отметить, что сезонные розы ветров могутотличаться от годовых, а потому наиболее вероятное направление распространениявыбросов с АС может меняться в пространстве и времени. Устранение последнегонедостатка, а также стремление восстановлениянеобходимой точности поля концентраций радиоактивных веществ в атмосфере и наместности по показаниям датчиков, расположенных на местности, требует большогоколичества датчиков, число которых растет с уменьшением погрешностивосстанавливаемого поля концентраций [6].Например, если считать распределение концентрации радионуклида вблизиповерхности земли в виде гауссовой функции , где q_max - значение концентрации в центре облака (x = 0, y= 0), s_у - дисперсия распределения, то для воспроизведения функции q(x,y, t) с допустимой погрешностью d = 50 % необходимо иметь 70 точекизмерения, а при d = 30 %- уже 200 точек [7].Если учесть, что для каждого измерительного прибора необходимы линии связи,обслуживание, т.е. специальный персонал, требующий, в свою очередь, социальныхзатрат и т.д., нетрудно убедиться, что системы контроля, построенные по такомупринципу, достаточно дорогостоящи и малоэффективны в случае аварийных ситуаций,т.к. не могут работать в режиме реального времени.

2. Экономические критерии

Сцелью оптимального использования экспериментальных данных в последние годы былавыдвинута идея сочетания измерительного и модельного мониторинга в единуюсистему таким образом, чтобы достоинства одного компенсировали недостаткидругого [8].Такого типа система должна обеспечивать непрерывный процесс адаптации моделираспространения радиационного загрязнения среды к конкретным изменяющимсяусловиям по результатам фактических измерений на местности, что, в своюочередь, требует повышенной точности измерений. Повышение точности измеренийвозможно за счет снижения влияния внешнего и накапливающегося в точках контроляфона, исключения систематических ошибок, учета и автоматической компенсациинелинейности детекторов [9].Важными факторами разработки систем являются экономические составляющие ихсоздания и эксплуатации. Стоимость системы во многом определяется ценой комплектующихизделий, линий связи, монтажа и пусконаладочных работ. Повышение требованийнадежности, точности измерений (особенно в реальном масштабе времени), ибыстродействия, расширение функций вместе с экономическими составляющимиопределяют требования и критерии при построении современных систем. Решениеэтих задач связано с определенными затратами, поэтому ведется поископтимального варианта их решения. Одним из наиболее важных параметров системыконтроля является количество телеметрических систем, так как датчики,устанавливаемые на этих системах, дают непосредственно информацию орадиоактивном загрязнении окружающей среды и, кроме того, за счет своегоколичества, линий связи и необходимого технического обслуживания оказываютсущественное влияние на стоимость системы в целом.

3. Физическо-технические критерии

Оценкарадиоактивного загрязнения окружающей среды сводится к оценке загрязнениявоздушного бассейна и подстилающей поверхности в направлении выброса, которые,в свою очередь, определяются величиной объемной активности радиоактивнойпримеси в воздухе, поверхностной активностью подстилающей поверхности привыпадении на нее радиоактивной примеси, а также мощностью дозы внешнегооблучения и дозы при ингаляции в загрязненном районе. Если радионуклидныйсостав радиоактивной примеси известен хотя бы приблизительно (например, онможет задаваться в рамках технологического регламента на АС или согласнокритерию уровней аварии [7]),то использование датчиков мощности дозы внешнего облучения сети постов АСКРО,размещаемых на промплощадке АС, в СЗЗ и ЗН, позволяет уточнить величинумощности выброса и таким образом оценить масштабы радиоактивного загрязнениясреды. Однако в этом случае к размещению датчиков АСКРО на промплощадке и в СЗЗпредъявляют определенные требования, заключающиеся в том, чтобы датчикирасполагались равномерно по азимуту, но на различных расстояниях от источникавыбросов. Эти требования и определяют физические критерии, а также принципразмещения датчиков АСКРО в указанной области АС.

4. Демографический принцип размещенияпостов контроля АСКРО

Придемографическом принципе размещения, фактически определенном ПостановлениемПравительства № 763 [10],посты ACKPO устанавливаются в крупных населенных пунктах в зоне наблюдения (ЗН)АС. Причем вопрос экономической целесообразности способа их размещения тесносвязан с технической надежностью системы в целом. Анализ районов размещения АС(так называемых ситуационных планов) показывает, что такая сеть постов не можетобеспечить надежную регистрацию аварийного выброса, поскольку при некоторыхнаправлениях ветра его факел минует посты контроля. Повышение надежности засчет установки дополнительных постов приведет к резкому удорожанию АСКРО. Ктому же, построенная по демографическому принципу, система способна толькофиксировать ситуацию, тогда как на нее возлагаются еще и задачи прогнозированияраспространения радиоактивного загрязнения, а также формирование обобщеннойинформации, необходимой для принятия решений о защите населения в случае авариина АС. Единственным положительным моментом при подобном размещении постов АСКРОявляется социальная значимость системы оповещения - табло в населенных пунктах.Однако, используя традиционные средства связи, например местнуюрадиотрансляционную сеть, такого же эффекта можно добиться значительно дешевле.Это означает, что демографический принцип размещения постов АСКРО в регионе АСне всегда пригоден и поэтому не может быть рекомендован для повсеместногоприменения.

5. Противоречия между экологическими иэкономическими принципами размещения постов контроля АСКРО

Экологические иэкономические принципы, следуя которым необходимо размещать датчики вокруг АС,вступают в явное противоречие. Решение проблемы достигается за счет использованияпринципа, так называемого гибридного мониторинга [8,11-13],в котором данные математического прогнозирования корректируются с учетомпоказаний постов АСКРО. в России удалось найти оптимальное решение задачи сучетом экологических, экономических и демографических требований, предъявляемыхк подобным системам [14].На эту разработку был получен патент, закрепляющий приоритет России в этойобласти [15].Оптимизация решения сводится к определению количества постов контроля (датчиковмощности дозы g - излучения), расположенных по правилу,согласно которому облако радиоактивной примеси, возникающее в результате авариина АС, обязательно будет зарегистрировано хотя бы одним из них. Эта разработкаполучила поддержку в рамках международного сотрудничества при созданииэскизного проекта, в частности, и для АСКРО Нововоронежской АС, что позволило вдальнейшем применить ее на Калининской, Балаковской и Ростовской АС.

Список литературы к Приложению № 2

1. Бондарев А.А., Дибобес М.К., Пюскюлян К.И. Об оценкерадиационной обстановки в районе расположения АЭС при неконтролируемомпоступлении радионуклидов во внешнюю среду. Атомная энергия т. 60, вып. 2,1986, с. 138-139.

2. Лайхтман Д.Л., Мелкая И.Ю. О расчете турбулентных потоков поградиентным измерениям. Труды Ленинградского гидрометеорологического института.Некоторые вопросы физики пограничных слоев атмосферы и моря. 1970. Вып. 40, с. 64-73.

3. Седов Л.И. Методы размерности и подобия в механике. М.:Наука, 1987, 430 с.

4. Гост 8.361-79. Расход жидкости и газа. Методика выполненияизмерений по скорости в одной точке сечения трубы. М.: Изд-во"Стандартов", 1985, 23 с.

5. Волков Э.П., Глущенко A.M., Дурнев В.Н. и др. О созданииавтоматизированных систем радиационного контроля внешней среды на АЭС. Атомнаяэнергия, 1984, т.57, вып. I, с. 32-34.

6. Теверовский Е.Н., Дмитриев А.С., Кирдин Г.С.Автоматизированные системы прогнозирования и контроля загрязнения атмосферы приразовых выбросах из ЯЭУ, М.: Энергоатомиздат, 1983, 136 с.

7. Международная шкала ядерных событий (ИНЕС). Руководстводля пользователей ИНЕС. - МАГАТЭ: Вена (Австрия), 1991.

8. Еремеев М.С., Еременко В.А., Жернов B.C. и др. Гибридныймониторинг радиационной обстановки перспективный подход к оперативному контролюи прогнозированию радиационных загрязнений среды выбросами и сбросами АЭС. -Атомная энергия, 1985, т. 59, вып. 5, с. 370-372.

9. Денисов А.А., Жернов В.С., Крашенинников М.С., МатвеевВ.В., Рыжов Н.В., Скаткин В.М. Система радиационного контроля АЭС сраспределенной структурой на микропроцессорах. Атомная Энергия, т. 53, вып. 3,1982, с.131-138.

10. Постановление правительства РФ от 15.10.92 № 763. Систематерриториального радиационного контроля - СТРК.

11. Еремеев И.О., Шернов B.C., Клименко М.А., Коцарь Ю.Ю.,Скаткин В.В. Цели и средства мониторинга радиоактивного загрязнения среды.Атомная энергия, т. 65, вып. 6, декабрь 1988, с. 437-439.

12. Хамьянов Л.П., Елохин А.П., Pay Д.Ф., Чистохин В.М.Автоматизированная система радиационного контроля на АЭС. Теплоэнергетика,1989, Л12, с. 21-23.

13. Елохин А.П., Pay Д.Ф. О проблемах контроля радиационнойобстановки в районах действующих АЭС. Энергия: экономика, техника, экология.1996, с. 35-39.

14. Елохин А.П., Pay Д.Ф., Рыжов Н.В., Скаткин В.М., ХалупковаГ.И. Концепция создания автоматизированной системы контроля радиационнойобстановки в районе размещения атомных станций России. Тезисы докладовМеждународного симпозиума по радиационной безопасности. Москва, 1994, т. 1, с.31.

15. Елохин А.П., Pay Д.Ф. Система контроля радиационнойобстановки в зонах размещения объектов атомной промышленности. Патент РФ №2042157, бюллетень № 23 от 20.08.95.

Приложение№ 3

Методика обработки градиентных наблюдений

Существующиеметодики определения метеорологических параметров довольно сложны, посколькутребуют весьма точных измерений профиля скорости ветра, что возможно только нахорошо оборудованных метеостанциях. Рассматриваемая методика основана нанелинейной модели приземного слоя и является менее требовательной к точностиградиентных наблюдений. Вычисления параметров проводят следующим образом [1].Измеряют на двух уровнях скорость ветра и температуру, используя, как правило,значения z₁=2 м и z₂=0,5 м. Находят разность Dи=и(z₁)-и(z₂₎, Dq=q(z₁)-q(z₂₎.

Используяформулу ([2]) и выражения для скорости ветра и температуры через безразмерныевеличины (и=vи_n/k, q=-q_n/k, q₀=P₀/c_pv_*), получаем P₀/c_p=-kv_*Dq/Dq_n, Dи=v_*Dи_n/k.

,                                                                               (1)

гдеи_n,q_n - табулированные значения универсальныхфункций, вычисленных для различных z_n(z_n=z/L), a Dи_n, Dq_n - их разность, k - постояннаяКармана. Поскольку Du, Dq - измеряемые величины, a Dи_n, Dq_n зависят от L, то выражение (1)есть неявная функция L. Для нахождения L задаются некоторымзначением L_max и варьируют его, например, L_i=DL_i, i = 1, 2, 3, _ N, DL=L_max/N до тех пор, пока разность или относительнаяпогрешность

,                  (2)

небудет минимальной (в пределе e = 0). Найденное значение L*, прикотором e минимальна, и определит искомое значениеL: L=DL_i^*. Определив L и пересчитав z_n при фиксированных z₁ и z₂, т.е., таким образом, пересчитав Dq_n, Dи_n, найдем

                                                                                                                  (3)

или

.                                                                                      (4)

Пристремлении , . Подобныйметод расчета наиболее целесообразен при расчете метеопараметров на ЭВМ.Поскольку параметр L может быть как L > 0, так и L <0 (при L = 0 режим движения теряет турбулентный характер ([1],стр. 74)), то всевозможные вариации L_i должны проводиться по формуле: L_i=DL(N+L-i), i = 1, 2, 3, ..., N, N+ 1, N + 2, ..., 2N + 1. Последнее позволит учесть различнуюстратификацию слоя атмосферы, задаваемую температурным режимом. Для расчета и_n(z_n), k_n(z_n) при найденном L целесообразнопользоваться не таблицами, а аналитическим значением y как функцией z_n [2].Выбор и_n,q_n по заданному z_n осуществляется следующим образом приизвестном z_nнаходят у, по которому из таблицы находят значения соответствующие и_n или q_n. Аналогично находят значения для другогозначения z_n(другого уровня), вычисляя затем разности Dи_n, Dq_n. После определения параметров L, v_* значения u(z), k(z) находят по формулам (9),(10) Приложения № 4.Постоянную с₁ в [2]находят при z=z₀ и и(z)½z=z₀=0.

Рис. 1. Зависимость скорости приземного ветра U(z)от высоты от подстилающей поверхности(модель приземного слоя атмосферы): 1 - неустойчивое состояние (L=-18. v_*= 0,32 м/с), 2 - устойчивое состояние(L=30, v_* = 0,26 м/с)

Рис. 2. Зависимость коэффициента турбулентной диффузииK(z) отвысоты от подстилающей поверхности приразличных состояниях устойчивости атмосферы: 1 -неустойчивое состояние (L =-181), 2 -устойчивоесостояние (L=30)

Рассчитанныезначения u(z), k(z) для двух случаев - L > 0, L< 0 приводятся в виде графиков на рис. 1, 2.

Следуетотметить, что для применения методики градиентных наблюдений над скоростьюветра и температурой можно использовать не только стандартные, но и любыедругие уровни, на которых размещаются датчики для измерения метеопараметров [3,4].Более того, в условиях, когда уровень шероховатости подстилающей поверхностинельзя считать однородным на достаточно протяженной области X~1,5-2,0км, для наблюдения метеопараметров целесообразно выбирать уровни размещениядатчиков не ниже 20 м [5].

Список литературы к Приложению № 3

1. Лайхтман Д.Л. Физика пограничного слоя атмосферы. Л.:Гидромет. изд-во, 1970, 340 с.

2. Елохин А.П. Оптимизация методов и средствавтоматизированных систем контроля радиационной обстановки окружающей среды.Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М.: МИФИ,2001, 325 с.

3. Зилитинкевич С.С. Динамика пограничного слоя атмосферы.Л.: Гидрометиздат, 1970, 296 с.

4. Зилитинкевич С.С., Чаликов Д.В. Определение универсальныхпрофилей скорости ветра и температуры в приземном слое атмосферы. Изв. АН СССР,сер. "Физика атмосферы и океана", №. 4, № 3, 1968.

5. Елохин А.П., Холодов Е.А., Жилина М.В. Влияние измененияшероховатости подстилающей поверхности на формирование следа при еерадиоактивном загрязнении. Метеорология и гидрология, № 5, 2008, с. 69-80.

Приложение№ 4

Модель пограничного слоя атмосферы

Турбулизованныйпод влиянием подстилающей поверхности слой называется планетарным пограничнымслоем атмосферы. Его толщина зависит от скорости внешнего потока (потока набольшое расстояние от земной поверхности - в свободной атмосфере), отвертикальной стратификации, от размеров и формы неровностей подстилающейповерхности. Пограничный слой атмосферы характеризуется не только непрерывнымростом скорости от нуля до величины, соответствующей потоку в свободнойатмосфере, но и вполне закономерным изменением направления ветра при всехвращениях. Последнее обусловлено влиянием силы Кориолиса (f_к). Механизм правого вращения ветра становится понятным, еслируководствоваться следующими соображениями.

Вблизиземной поверхности градиент давления уравновешивается силой трения (f_тр). С увеличением высоты и уменьшением затормаживающеговлияния земной поверхности уменьшается сила трения, растет скорость, апропорционально возрастанию скорости увеличивается f_к, пропорционально которой и увеличивается изменениенаправления ветра. Динамическое влияние земной поверхности, как указываютопытные данные, проявляется до высоты 1,5-2 км, что справедливо и длямонотонного правого вращения ветра (угол поворота на этой высоте можетдостигать 24°). Дальнейшие изменения направления уже невелики и теряютмонотонный характер. Рассматривая задачу формирования метеопараметров в пограничномслое атмосферы, ограничимся случаем стационарности и однородности вдоль оси [1].Система уравнений, описывающих пограничный слой, состоит из уравнений,описывающих вертикальные профили турбулентных напряжений (уравнений динамики)при и=v_*и_n/k и v= v_*v_n/k

,                                                                                              (1)

, , k -постоянная Кармана;

u - продольная скорость ветра;

 - поперечная скорость ветра, соответственно;

 - продольное турбулентное напряжение;

 - поперечное турбулентное напряжение.

Уравнениедля коэффициента турбулентности:

                                                                                                                   (2)

Уравнениебаланса энергии турбулентной пульсации:

,                                                   (3)

где, , С -численный коэффициент, определяемый эмпирически.

Уравнениядля масштаба турбулентных пульсаций:

                                                     (4)

Уравнениедля потока тепла:

,                                                        (5)

гдеL - масштаб Монина-Обухова, v_* - динамическая скорость, определяемые по данным наблюденияв приземном слое, H_n- безразмерная высота пограничного слоя, получаемая из уравнения:

,                                                                              (6)

гдеe₂ - малая величина (e₂ = 0,05).

Уравнения(1) - (6) дополняются граничными условиями:

при : , ; , ;                                                           (7)

при : , ; .                                                                       (8)

Впредставленной форме система содержит лишь параметр m₀=L₁/L. Численное значение величины a₂ можно варьировать, учитывая, таким образом, различиепрофилей лучистого притока тепла. При расчетах задают величину a₂/H_т, а по найденному значению H_n из (6) находят a₂. При расчетах полагали a_b=0,73, C = 0,046, k = 0,4, a = 0,54. Характерная зависимость высотыпограничного слоя атмосферы от состояния ее устойчивости (параметра m₀) приведена на рис. 1.

Решениесистемы (1) - (8) находили численно с итерациями по k_n следующим образом:

1.Задание k_nв виде линейной зависимости от z_n(k_n= z_n).

2.Решение системы (1) при заданном k_n (методом матричной прогонки).

3.Решение уравнения (6) (методом Ньютона).

4.Определение l_n из(4).

5.Вычисление нового значения, согласно (2).

Рис. 1. Зависимость высоты пограничногослоя атмосферы от состояния ее устойчивости, характеризуемой параметрам m₀.

Этотцикл повторяется до тех пор, пока çk_i+1-k_iç не становится малой величиной (i- номер итерации). После чего анализируют, при каком значении z_n выполняется условие (6). Это значение ипринимается за безразмерное значение высоты пограничного слоя, а H=L₁H_n. После решения системы искомые величины u(z),v(z), k(z), b(z) находят поформулам:

;                                                                  (9)

;                                                                                                                  (10)

.                                                                                    (11)

Характерныезависимости продольной и поперечной скоростей ветра как функции высотыприведены на рис. 2, 3.

Приопределенных параметрах u(z), v(z) и k(z) уравнениятурбулентной диффузии (13)-(15) Приложения№ 16 формулируют следующим образом: предполагают, что размывание примеси пооси Y осуществляется по закону Гаусса, определяя, таким образом,концентрацию примеси выражением [2]:

,                                                           (12)

гдеs_у(х) - среднеквадратичное отклонение. Интегрируяуравнение турбулентной диффузии (13) Приложения№ 16, согласно (13),

                                             (13)

и,используя (12), получают:

,                                 (14)

гдеS = S(x, z, t); ; h_эф - эффективная высота выброса; P_в - мощность выброса, [Бк/с]; f=P_Bd(x)d(y)d(z-h_эф) - источник радиоактивной примеси; w - скоростьгравитационного осаждения примеси; s - постоянная релаксации примеси за счетее радиоактивного распада или вымывания из атмосферы.

Рис.2. Зависимость продольной составляющей скорости ветр a U(z)от высоты при различном состоянии устойчивости атмосферы (1-7) в моделипограничного слоя атмосферы

Рис.3. Зависимость поперечной составляющей скорости ветра V(z)от высоты при различных состояниях устойчивости атмосферы (1-7) в моделипограничного слоя атмосферы

Врамках модели пограничного слоя атмосферы [2],, где  - усредненные по пограничному слою значения:энергии турбулентных пульсаций b(х), коэффициента турбулентной диффузии k(х),продольной скорости ветра u(х). Обрабатывая граничные и начальныеусловия аналогично уравнению (15) Приложения№ 16, получают:

,                                                                                                       (15)

,

гдеb - скорость сухого осаждения примеси; z₀ - параметр шероховатости.

Список литературы к Приложению № 4

1. Бобылева М.М. Расчет характеристик турбулентности впланетарном пограничном слое атмосферы. Труды ЛенинградскогоГидрометеорологического института. Вып. 40 (Некоторые вопросы физикипограничного слоя в атмосфере и море). Л., 1970.

2. Лайхтман Д.Л. Физика пограничного слоя атмосферы. Л.:Гидромет. изд-во, 1970, 340 с.

Приложение№ 5

Скорость сухого осаждения

Скоростьсухого осаждения - это отношение интенсивности оседания примеси в Бк/м²к концентрации в приземном слое воздуха в Бк/м³. Скорость сухогоосаждения определяется силой тяжести и зависит от аэродинамического размерачастиц. Для частиц диаметром от 0,1 до 1 мкм скорость сухого осаждения равна0,02 см/с, для частиц диаметром от 1 до 10 мкм она изменяется от 0,02 до 5см/с. Эта величина зависит также от типа поверхности и физико-химическихсвойств радионуклида [1].

Значения скорости сухого осаждения для различныхнуклидов и типов поверхности приведены в таблице.

Список литературы к Приложению № 5

1. Сахаров В.К. Радиоэкология: Учебное пособие. СПб.:Издательство "Лань", 2006, 320 с.

2. Пути миграции искусственных радионуклидов в окружающейсреде. Радиоэкология после Чернобыля. Под ред. Ф. Уорнера, Р. Харрисона. М.:Мир, 1999.

3. Гусев Н.Г., Беляев В.А. Радиоактивные выбросы в биосфере.Справочник. М.: Энергоатомиздат 1986, 224 с.

Приложение№ 6

Шероховатость подстилающей поверхности

Приложение №7

Постоянная вымывания осадками радиоактивной примеси

Вымываниеявляется важным процессом удаления радионуклидов из атмосферы [1].Процесс вымывания примесей из атмосферы разделяют на две стадии. В первойстадии вещество, которое вымывается или принимает участие в образовании каплиоблака и является ядром конденсации, или захватывается каплями облаков на этапеих развития, когда они еще не превратились в падающие дождевые капли. Этастадия определяется как внутриоблачное вымывание. Во второй стадии веществозахватывает капля падающего дождя на всем пути полета до контакта с подстилающейповерхностью. Это стадия подоблачного вымывания. Существуют пять механизмоввовлечения молекул газа или частиц в каплю: 1) диффузофорез; 2) броуновскаядиффузия; 3) соударение и захватывание; 4) растворение газа; 5) образованиекапель на ядрах конденсации. Во время диффузофореза аэрозольные частицыдвижутся в направлении среднего потока молекул в воздухе. Явление диффузофорезахарактерно лишь для частиц диаметром менее 0,1 мкм. Общий вклад такогомеханизма в вымывание частиц дождевыми каплями незначителен. Случайноеперемещение мелких частиц, вызванное столкновением с молекулами газа, такжеможет способствовать переносу частицы к поверхности капли. Скорость броуновскойдиффузии определяется преимущественноразмером частиц, и ее влияние становится ощутимым для частиц диаметром менее0,1 мкм. В отличие от диффузии частиц, диффузия молекул газа является главныммеханизмом их перемещения к поверхности капли. Механизм инерционного соударенияи захватывания характерен лишь для подоблачного вымывания. Молекулы газаблагодаря своей легкости обходят падающую каплю, в то время как частицы созначительно большей массой оказывают сопротивление изменениям движения. Чеммассивнее частица, тем в меньшей степени она претерпевает такие изменения.

Коэффициентвымывания зависит от интенсивности дождя [2].Этот вопрос наиболее полноосвещен в [3],[4].Вместе с тем известно, что снегопад лучше очищает атмосферу, чем дождь. Так прииспытаниях ядерного оружия коэффициент вымывания снегом давал значения внесколько раз превышающие значения для дождя (, [3])

Навымывание газов дождями сильное влияние оказывает их растворимость в воде. Еслиобъемная растворимость сернистого газа в воде при 0 °С составляет 79,8 ( - величина,сравнимая с коэффициентом вымывания атмосферной пыли), то радона - 0,51.Располагая газы, входящие в состав земной атмосферы, в порядке их растворимости,получают следующий ряд, где растворимость убывает от 1,71 до 0,012: . Такимобразом, практически все газы, за исключением двуокиси углерода CO₂ и двуокиси азота NO₂, вымываются хуже радона, а значит хуже аэрозолей не менеечем на порядок [3].

Рис.1 Коэффициенты вымывания частиц единичной плотности из подоблачного слояатмосферы в зависимости от интенсивности дождя I дляразличных значений а²р (Chamberlain, 1953.) [4]: 1-4 мкм² г/см³;2-7,8 мкм² г/см³; 3-16 мкм² г/ см³;4-41 мкм² г/см³; 5-81 мкм² г/см³;6-169 мкм² г/см³; 7-400 мкм² г/см³.

Зависимостькоэффициента вымывания аэрозолей от размера капель дождя рассмотрена в работе [4].Там же показано, что время жизни частицы t, сек^-1 (время, в течениекоторого концентрация частиц золя уменьшается в e раз) выражается черезхарактерный параметр дождя - интенсивность I (г/см²×сек) формулой , где R_m - наиболее часто встречающийся радиусводяных капель, K - коэффициент захвата. Представляя постояннуювымывания в виде 1/t,находим , т.е.постоянная вымывания линейно зависит от интенсивности осадков.

Болееобщая зависимость представлена в виде графика на рис. 1 [3],из которой с определенной погрешностью можно принять зависимость постояннойвымывания от интенсивности осадков линейной. Дальнейший анализ показывает, чтодля мелких частиц справедлива линейная зависимость коэффициента вымывания отинтенсивности дождя, а для крупных эта зависимость отличается от линейной. Изработ Мейсона, Кинцера и Кобба также следует, что коэффициент вымывания длякрупных частиц есть степенная функция от интенсивности дождя с показателем степениот 0,75 до 0,8, однако существует значительный разброс этих значений как впределах ливня, так и между разными ливнями [3].В практических целях рекомендуется использовать значения постоянной вымывания,приведенные в таблице 1 [5].

Постояннуювымывания также можно представить в виде , где I- интенсивность осадков, мм/ч; k_y - величина абсолютной вымывающейспособности дождя (для всех нуклидов, за исключением инертных газов, k_y=10^-5 ч/(мм×с)), характерная для дождя интенсивностьюI = 1 мм/ч, k₀ - относительная вымывающая способностьосадков других типов. Относительная вымывающая способность различных типовосадков приведена в таблице 2[4].

Таблица 1

Таблица 2

Список литературы к Приложению № 7

1. Пути миграции искусственных радионуклидов в окружающейсреде. Радиоэкология после Чернобыля. Под ред. Ф. Уорнера, Р. Харрисона. М.:Мир, 1999.

2. Гаргер Е.К., Гаврилов В.П., Жуков Г.П., Самарская Н.А.Лагранжева модель регионального переноса и рассеяния полидисперсной примеси внижних слоях тропосферы. Труды ИЭМ, 1986, вып. 14(129), с. 20-30.

3. Метеорология и атомная энергия. Под ред. Н.Л. Бызовой. Л.:Гидрометеоиздат, 1971, 648 с.

4. Бютнер Э.К., Гисина Ф.А. Эффективный коэффициент захватачастиц аэрозоля дождевыми и облачными каплями. Труды ЛГМИ, вып. 15, с. 103-117.

5. Гусев Н.Г., Беляев В.А. Радиоактивные выбросы в биосфере.Справочник. М.: Энергоатомиздат 1986, 224 с.

Приложение№ 8

Постоянная распада радиоактивной примеси

При нормальной эксплуатации реактороврадиационная обстановка в районе размещения АС формируется в основном выбросамиинертных радиоактивных газов (ИРГ )(изотопов Ar, Kr, Xe), ¹³¹I и другими продуктами деления (⁸⁹Sr, ⁹⁰Sr, ¹³⁴Cs, ¹³⁷Cs), а также продуктов коррозии (⁵⁸Co, ⁶⁰Co, ⁵¹Cr, ⁵⁴Mn и т.д.). Для реакторов на быстрыхнейтронах с натриевым теплоносителем основными источниками загрязненияокружающей среды являются ²²Na, ²⁴Na и ⁴¹Ar. В действительности спектррадионуклидов, выбрасываемых в атмосферу реакторами и другими предприятиямитопливного цикла, очень широк и разнообразен. Поэтому в каждом конкретномслучае требуется детальное экспериментальное исследование. В таблице приведеныхарактеристики основных радионуклидов, выбрасываемых в атмосферу АС и другимиОИАЭ [1,2].Постоянная распада для радионуклида определяется по формуле: , где T_1/2 - период полураспада радионуклида.

Список литературы к Приложению № 8

1. Гусев Н.Г., Дмитриев П.П. Квантовое излучениерадиоактивных нуклидов. Справочник. М.: Атомиздат, 1977, 395 с.

2. Гусев Н.Г., Беляев В.А. Радиоактивные выбросы в биосфере.Справочник. М.: Энергоатомиздат 1986, 224 с.

Приложение№ 9

Скорость гравитационного осаждения

Значенияскорости гравитационного осаждения W_g [м/с] для частицы плотностью v [г/см³] c диаметром d [см]определяются по формулам Стокса:

, ;

, .

Скоростьгравитационного осаждения изменяется от 0,001 до 0,2 м/с.

Приложение№ 10

Рекомендации к датчикам метеопараметров

Заданиеразностей скоростей ветра и температуры предъявляет особое требование кточности приборов, определяющих эти параметры. Для анеморумбографа - прибора,измеряющего скорость ветра, погрешность определяется выражением: , где  - усредненное значение скорости ветра,измеренной на уровне z в течение определенного промежутка времени Dt ~ 10 мин. Дляопределенных таким образом погрешностей скоростей ветра , , измеряемыхна уровнях z₁,z₂,погрешность разности определится выражением, [1]:

.

Приминимально возможной измеряемой скорости v_min= 1,2 м/с погрешность составляет 0,483 м/с.Если погрешность датчика, используемого для измерения температуры есть , топогрешность разности температур (),измеряемых на уровнях z₁,z₂,определим аналогично:

.

Приизменении температуры от 253°К (-20 °С) до 298°К (+25 °С) погрешность измерениясоставляет от 2,85° до 3,24°. Таким образом, для повышения точности определенияпараметров L, v_*,u(z), k(z) необходимо уменьшить погрешность определения скоростейветра и температуры или сконструировать датчики, измеряющие непосредственноразность этих параметров.

Другиеметоды, позволяющие уменьшить погрешность оценки высотных распределенийскорости ветра и температуры, - это методы, сводящиеся к нормировке полученныхрасчетных распределений на показание датчика, расположенного на определеннойвысоте (уровне h ~ 30 - 40 м) на метеомачте [2,3].Результаты сравнения скорректированных таким образом расчетных распределенийскорости ветра с экспериментальными данными, полученными на высотныхметеомачтах при различных состояниях устойчивости атмосферы, показывают, чтотакого рода корректировка высотных распределений метеопараметров позволяетсущественно повысить точность прогностических оценок уровней радиоактивногозагрязнения подстилающей поверхности в условиях радиационных аварий.

Список литературы к Приложению № 10

1. Тэйлор Дж. Введение в теорию ошибок. М.: Мир, 1985,272 с.

2. Елохин А.П. Оптимизация методов и средствавтоматизированных систем контроля радиационной обстановки окружающей среды.Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. - МИФИ. 2001.325 с.

3. Елохин А.П. Выбор оптимальной высоты метеомачты длязадач прогнозирования радиоактивного загрязнения окружающей среды при выбросахАЭС. Научная сессия МИФИ-99. Сборник научных трудов, Москва, 1999, Январь18-22, т. 1, с.31-32.

Приложение№ 11

ПС "RECASS"

Компьютернаясистема "RECASS" предназначена для поддержки принятия решений взадачах радиоэкологического анализа и прогностических оценок радиоактивногозагрязнения окружающей среды при радиационных авариях [1,2].Организацией-разработчиком ПС "RECASS" является НПО"Тайфун". ПС "RECASS" получило широкое распространение наряде Российских АС, используется при проведении учений на АС, организуемыхэксплуатирующей организацией, но в настоящий момент еще не аттестовано, чтосдерживает его распространение.

Основупрограммного средства (ПС), построенного по модульному принципу, составляетмодули STAMP и RIMPUFF.

Программнаяреализация модулей STAMP и RIMPUFF выполнена в рамках единой технологии ПС"RECASS" и входит в банк моделей системы "RECASS",объединяющий в настоящее время модели, выполненные на разной методическойоснове, различного пространственного разрешения и, соответственно, разнойоперативности.

Вмодуле STAMP проведена программная реализация моделей атмосферной диффузии ирасчета доз облучения по стандартным методикам (методика МАГАТЭ [3],приведенная в Приложении№ 17, методика МХО "Интератомэнерго" [4,5-7]и методические указания Минатома России [8]).

Вмодуле RIMPUFF выполнена программная реализация мезомасштабной моделиатмосферной диффузии, разработанной в национальной лаборатории RISO, Дания.

Мезомасштабнаямодель атмосферной диффузии RIMPUFF предназначена для прогноза распространениязагрязненной примеси при выбросах от одного или нескольких источниковпеременной мощности.

Модельпозволяет учитывать нестационарность и пространственную изменчивость поля ветраи состояний устойчивости атмосферы в условиях сложного рельефа и применяетсядля восстановления картины загрязнения на расстоянии до 50 км от места выброса.Распространение примеси моделируется серией клубов, имеющих Гауссову форму вовсех трех измерениях и перемещающихся в поле ветра.

Результатомработы модели является в общем случае пространственно-временной набор полейзначений мгновенных или интегральных концентраций примеси в воздухе и наподстилающей поверхности.

Какизвестно, общим недостатком стандартных моделей Гауссовой струи являетсяневозможность их применения при реальных нестационарных и неоднородных атмосферныхситуациях. Погрешность их результатов прогрессирует с изменением расстояния.Радиус действия ограничивается несколькими десятками километров. Стандартноемоделирование диффузии при неоднородных и нестационарных условияхограничивается множественностью характеристик потоков, имеющих место при такихусловиях.

МодельRIMPUFF, по мнению разработчиков ПС, решает эти проблемы, вызванные большимколичеством характеристик атмосферных потоков, моделируя струю множествомотдельных клубов, самостоятельно передвигающихся в поле меняющегося ветра.

Накаждом временном шаге модель рассчитывает перенос, диффузию и осаждениеиндивидуальных клубов в соответствии с локальными метеорологическими условиями.Общее поле загрязнения строится как суперпозиция концентраций отдельных клубови хранится в равномерной сетке заданного разрешения.

Модельв состоянии одновременно отслеживать до 32000 индивидуальных клубов, чтозначительно превышает количество, необходимое для решения большинстваприкладных задач.

Распределениеконцентрации индивидуального клуба предполагается Гауссовым во всех трехпространственных измерениях. Размер каждого клуба характеризуется стандартнымотклонением (дисперсией), зависящим от устойчивости атмосферы, высоты центраклуба и пройденного расстояния.

Современем размер отдельного клуба может достичь довольно большого значения, чтобудет приводить к усреднению характеристик и сглаживанию детальности входнойинформации. Для избежания этого предусмотрен механизм разделения клуба на пятьболее мелких (с сохранением массы) при достижении им определенного размера. Вкачестве этого критического размера клуба принимается половина длины диагоналиячейки сетки ветра, при этом такой размер не должен превышать двух диагоналейячейки сетки концентраций.

Высотацентра масс клуба определяется высотой выброса и тепловым подъемом клуба,который рассчитывается, исходя из характеристик источника и локальныхатмосферных характеристик, и ограничивается высотой пограничного слояатмосферы.

Учитываетсясухое и влажное осаждение примеси, а также радиоактивный распад вещества.

Указанныйвыше подход к моделированию атмосферной диффузии примеси позволил разделитьрасчет выпадений радиоактивных веществ и концентраций их в воздухе на двенезависимые части [2]:

переносклубов в пространстве (эволюцию) с одновременной коррекцией их характеристик;

расчетвыпадений и концентраций в воздухе радиоактивных веществ путем суперпозициивыпадений и концентраций в воздухе от каждого клуба.

Посколькуинциденты, приводящие к выбросу радиоактивных веществ в атмосферу, могут иметьдостаточно разнообразные характеристики, то с целью унификации программнойреализации модели было принято решение разделить первую часть задачи на дванезависимых блока:

генерацияклубов по описанию сценария развития инцидента;

переноссформированных клубов в соответствии с метеорологическими условиями и характеристикамиместности.

Такимобразом, окончательный вариант программной реализации модели мезомасштабногопереноса радиоактивных веществ в случае аварии на радиационно-опасных объектахсодержит следующие программные модули:

программагенерации клубов с радиоактивными веществами, в соответствии с описаниемсценария развития инцидента;

программапереноса клубов и расчета их характеристик в соответствии с метеорологическимиусловиями (программа расчета эволюции клубов);

программаопределения выпадений и концентраций в воздухе радиоактивных веществ.

Вкачестве входной метеорологической информации используются поля приземноговетра, поля индекса стратификации или дисперсии флуктуации направления ветра,поля осадков, построенные на весь расчетный период с определенным временнымразрешением внешними программами по данным ближайших метеорологических станций.Обязательной информацией является поле ветра. Подготовка метеоинформациивынесена в отдельный программный блок с целью уменьшения времени моделированияи унификации потоков данных. Кроме того, необходимая во многих случаяхпрогностическая информация может быть подготовлена только в специализированныхпрогностических центрах.

Врамках единой технологии программного комплекса радиоэкологическойинформационной системы "RECASS" выполнена программная реализацияподсистемы выработки вариантов контрмер.

Описываемаяподсистема реализует механизмы поддержки принятия решений и выработки вариантовконтрмер в случае аварийных ситуаций с целью снижения последствийрадиоактивного выброса для населения, попавшего в зону его действия.

Реализованыфункции отображения динамики облучения населения в интересующем пункте, расчетаиндивидуальных и коллективных доз с учетом принятия тех или иных контрмер(применение индивидуальных средств защиты, временное укрытие в убежищах,эвакуация по заданным маршрутам).

Расчетдоз производится по методике, изложенной в [6].В общем случае учитывается внешнее облучение от радиоактивного облака и отзагрязненной поверхности земли, а также внутреннее облучение за счет ингаляциирадиоактивных продуктов.

Ограничения условий применимости ПС"RECASS" определяются следующим диапазоном параметров:

Исходными данными для расчета дозявляются, в общем случае, пространственно-временные поля мгновенных приземныхконцентраций радиоактивных продуктов в воздухе и интегральных концентрацийвыпадений, полученных из модельных расчетов или построенных на основе первичныхданных, хранящихся в БД загрязнений.

Методикарасчета рассеяния загрязняющих веществ в атмосфере при аварийных выбросахреализована также в рамках Федеральной службы по гидрометеорологии имониторингу окружающей среды (Росгидромет) [9].

Список литературы к Приложению № 11

1. АРМ анализа и прогноза радиационной обстановки.Руководство пользователя. Книга 2. НПО "Тайфун", Обнинск, 1995.

2. Модель мезо-масштабного переноса радиоактивныхвеществ в атмосфере. Руководство пользователя. НПО "Тайфун", Обнинск,2000.

3. Учет дисперсионных параметров атмосферы при выбореплощадок для атомных электростанций. Руководство по безопасности (серия изданийпо безопасности № 50-SG-S3). Международное Агентство по Атомной Энергии, Вена,1982, 105 с.

4. Методы расчета распространения радиоактивных веществв окружающей среде и доз облучения населения. М.: МХО ИНТЕРАТОМЭНЕРГО, 1992,334 с.

5. Методы расчета распространения радиоактивных веществс АЭС и облучения окружающего населения. № 38.220.56-84. Безопасность в атомнойэнергетике, т. 1, ч. 1. М: МХО Интератомэнерго, 1984.

6. Сборник правил и норм по радиационной безопасности ватомной энергетике, т. 3. МЗ СССР, М., 1989.

7. Гусев Н.Г., Беляев В.А. Радиоактивные выбросы вбиосфере. Справочник. Изд. 2-е, переработанное и дополненное. М.:Энергоатомиздат, 1991, 256 с.

8. Методические указания по расчету радиационнойобстановки в окружающей среде и ожидаемого облучения населения прикратковременных выбросах радиоактивных веществ в атмосферу. МПА-98. МинатомРоссии, 1998.

9. Методика расчета рассеяния загрязняющих веществ ватмосфере при аварийных выбросах. РД 52.18.717-2009. Обнинск: ООО"Принт-Сервис", 2009, 113 с.

Приложение №12

ПС "SULTAN"

ПС"SULTAN"предназначено для оперативного прогнозирования радиационной обстановки запределами станции в случае аварии на АС с целью обоснования решений опроведении немедленных защитных действий в условиях минимальной информации овыбросе и метеоусловиях [1].Организацией-разработчиком ПС "SULTAN" является ВНИИАЭС.

ПС"SULTAN"позволяет рассчитывать:

ожидаемуюпоглощенную дозу на щитовидную железу для персонала (на территории промплощадкии в СЗЗ) и различных возрастных групп населения за счет вдыхания радиоизотоповйода;

временнуюзависимость мощности дозы внешнего фотонного излучения от радиоактивныхвыпадений и облака на местности;

дозувнешнего облучения человека от радиоактивного облака;

дозувнешнего облучения человека от радиоактивных выпадений на местности взависимости от времени после начала аварии;

линейныеи площадные характеристики областей, нахождение человека на которых требуетпринятия различных экстренных мер защиты в зависимости от соответствующихуровней вмешательства.

Результатырасчета радиационных последствий аварий за пределами АС и рекомендации поэкстренным защитным действиям и их объему могут базироваться на оценкеожидаемого выброса ¹³¹I в атмосферу, полученной:

врезультате прямых измерений;

поданным о мощности дозы g - излучения в защитной оболочке реактора (для АС сВВЭР-1000);

экспертнымпутем;

поотклику в окружающей среде.

ПС"SULTAN"позволяет проводить реконструкцию активности аварийного выброса I поэкспериментальным данным о мощности дозы фотонного излучения на местности.

Важнойособенностью ПС "SULTAN", отличающей его от других аналогичныхпрограммных средств, является то, что расчет аварийной дозы облучения населенияможет осуществляться с помощью специальных передаточных функций, связывающихдозу от всех радионуклидов с дозой только от I.

Впоследней версии ПС "SULTAN" имеется также возможность задаватьнуклидный состав и активность выброса, когда они известны. При этом достаточноввести данные только о выбросах ИРГ (^85mKr, ⁸⁷Kr, ⁸⁸Кг, ¹³³Xe и ¹³⁵Xe), радиоизотопах ¹³⁵I и ¹³⁷Cs, которые, в основном(более чем на 95 %), определяют радиационную обстановку окружающей среды вначальный период аварии на АС.

Рекомендациио видах и масштабах экстренных защитных действий основываются на действующих критерияхдля принятия решений в начальный период радиационной аварии, устанавливающихверхние и нижние уровни вмешательства, а также на принципах обоснования иоптимизации с учетом конкретной обстановки и местных условий.

В ПС"SULTAN" проводится расчет как прогнозируемой (без учетавмешательства), так и предотвращаемой защитными мероприятиями дозы, позначениям которой, в соответствии с НРБ-99 и рекомендациями МАГАТЭ и МКРЗ,определяется необходимость вмешательства в нормальную жизнедеятельность населения,а также в хозяйственное и социальное функционирование территории вокруг АС вслучае радиационной аварии на ядерном реакторе.

ПС"SULTAN" использует стандартную информацию о метеоусловиях, которойрасполагают метеостанции и службы внешней дозиметрии АС, данные охарактеристике земной поверхности в направлении ветрового потока, а такжеминимальный набор экспертных данных о параметрах аварийного выброса.

ПС"SULTAN" разработано на базе современных представлений о механизмахрассеяния радионуклидов в атмосфере и формировании аварийной дозы облучениячеловека, нормативных документов, рекомендаций МКРЗ и МАГАТЭ, которые приведеныв Приложении№ 17.

Используемыев ПС "SULTAN" алгоритмы расчета поля приземной объемной активностинуклидов основаны на двух нормативных Гауссовых методиках для моделированияраспространения примеси в атмосфере, действующих на территории России.

Впервой методике для поперечной s_у и вертикальной s_z дисперсии прикратковременных выбросах используются формулы Смита-Хоскера [2,3-5],а во второй методике - оригинальная аппроксимация наиболее часто используемыхформул Смита-Хоскера (для s_z) и Бриггса (для s_у),согласно которой поперечную s_у и вертикальную s_z дисперсии прикратковременных выбросах рассчитывают по общей формуле, предложенной Эйри [6].

ПС"SULTAN" позволяет провести расчет аварийной дозы облучения человекапри следующих ограничениях:

максимальноерасстояние от источника выброса - 30 км;

скоростьветра на высоте флюгера (h_ф= 10 м) - 1 - 20 м/с;

состояниеатмосферы - от устойчивого до неустойчивого;

минимальнаяэффективная высота выброса - 4 м;

максимальнаяэффективная высота выброса - 250 м;

минимальнаяпродолжительность выброса - 3 мин;

максимальнаяпродолжительность выброса - интервал времени, в течение которого погодныеусловия (направление и скорость ветра, состояние устойчивости атмосферы) ипараметры источника выброса (эффективная высота, нуклидный состав и мощностьвыброса) не меняются;

эффективныймаксимальный диаметр аэрозолей в выбросе не превышает 10 мкм, т.е. ихгравитационным осаждением из атмосферы на подстилающую поверхность можнопренебречь;

плотностьвыбрасываемых газов совпадает с плотностью атмосферного воздуха, т.е. диффузиятяжелых газов не рассматривается.

Внеуказанных ограничений ПС "SULTAN" можно использовать только длягрубых оценок.

Входнымипараметрами для расчетов являются: параметры источника выброса радионуклидов сучетом их физико-химических форм существования (газообразные, аэрозоли,молекулярный и органический йод); параметры, характеризующие метеорологическуюобстановку; параметры, характеризующие подстилающую поверхность.

Список литературы к Приложению № 12

1. Программное средство "SULTAN" оперативногопрогнозирования радиационной обстановки за пределами станции в случае аварии наАЭС. Инструкция пользователя. Утв. Техническим директором концерна"Росэнергоатом" 12.10.2000, М., 2000.

2. Методы расчета распространения радиоактивных веществв окружающей среде и доз облучения населения. М.: МХО ИНТЕРАТОМЭНЕРГО, 1992,334 с.

3. Методы расчета распространения радиоактивных веществс АЭС и облучения окружающего населения. № 38.220.56-84. Безопасность в атомнойэнергетике, т. 1, ч. 1. М: МХО Интератомэнерго, 1984.

4. Сборник правил и норм по радиационной безопасности ватомной энергетике, т. 3. МЗ СССР, М., 1989.

5. Гусев Н.Г., Беляев В.А. Радиоактивные выбросы вбиосфере. Справочник. Изд. 2-е, переработанное и дополненное. М.:Энергоатомиздат 1991, 256 с.

6. Методические указания по расчету радиационнойобстановки в окружающей среде и ожидаемого облучения населения прикратковременных выбросах радиоактивных веществ в атмосферу. МПА-98. МинатомРоссии, М., 1998.

Приложение №13

ПС "НОСТРАДАМУС"

Одноиз немногих аттестованных ПС "НОСТРАДАМУС" предназначено дляоперативного (автономного) прогнозирования радиационной обстановки при выбросахрадиоактивных материалов во время аварий на АС и других ядерных объектах.Система может быть использована для поддержки принятия решений в реальномвремени на начальной (острой фазе) радиационной аварии [1,2].Организацией-разработчиком ПС "НОСТРАДАМУС" является ИБРАЭ РАН.Математическая модель, используемая в указанном ПС, относится кЛагранжево-стохастической модели распространения радионуклидов в атмосфере,которая рассмотрена в Приложении№ 18. Эта модель требует существенно больше вычислительных ресурсов ивремени для расчета, чем Гауссовы модели, но возможности современнойкомпьютерной техники позволяют проводить расчеты в рамках этой модели в режимереального времени.

ПСпозволяет рассчитывать следующие данные:

мгновенныезначения приземных концентраций для каждого радионуклида;

временныеинтегралы концентраций;

мощностидозы и дозы от каждого радионуклида (или суммарные от всех нуклидов) на разныеорганы, с учетом возрастных групп и по разным путям облучения:

внешнееоблучение от радиоактивного облака,

внешнееоблучение от загрязненной поверхности,

внутреннееоблучение от ингаляционного поступления радионуклидов.

"НОСТРАДАМУС"содержит две дозиметрических модели для вычисления дозы внешнего облучения отзагрязненного воздуха. По первой модели определяется доза от однородного облакабесконечной протяженности с заданной плотностью активности. Эта простая модельиспользуется, когда размеры радиоактивного облака достаточно велики. Однако онастановится некорректна, когда характерный масштаб изменения плотностиактивности сопоставим или меньше характерной длины пробега фотонов в воздухе. Вэтих случаях применяется другая дозиметрическая модель, позволяющая корректнорассчитывать дозу облучения от облака произвольной формы и размеров.

В этоймодели мощность дозы рассчитывается как сумма мощностей от всех пробных точек,составляющих облако. Каждая точка рассматривается как точечный источник сизвестными активностью и нуклидным составом. Для того, чтобы избежать прирасчете прогноза громоздких вычислений с суммированием по энергетическомуспектру излучения каждого нуклида, зависимости мощности дозы от точечногоисточника, как функции от расстояния до точки измерения, для всех нуклидоврассчитаны заранее и введены в базу данных. Поэтому для вычисления мощностидозы от любой пробной точки необходимо лишь произвести интерполяцию междутабличными значениями.

Метеорологическиеусловия и параметры источника могут меняться со временем.

Возможноеиспользование программы: подготовка прогнозной информации при аварийномреагировании; тренинг, обучение, подготовка и проведение деловых игр; расчетыпоследствий при различных сценариях развития аварийных ситуаций для обоснованиябезопасности объектов использования атомной энергии.

Типобъекта использования атомной энергии - любые объекты, на которых возможныаварийные выбросы радиоактивных веществ в атмосферу.

Моделируемыережимы - любые режимы, связанные с аварийными выбросами активности в атмосферу.

Расчетатмосферного переноса в простых метеорологических условиях. Программа не можетиспользоваться для моделирования переноса в особых метеорологических условиях -в атмосферных фронтах, при бризовой циркуляции, при горно-долинной циркуляции.

Допустимые значения параметров:

выброс - мгновенный, кратковременныйили продолжительный (до нескольких суток).

Точностьрасчета определяется точностью используемых входных данных, таких, какинтенсивность источника, данные о ветре, классе устойчивости атмосферы.

Приналичии достоверной информации об источнике и о параметрах атмосфернойдисперсии модель дает несмещенную оценку, т.е. отклонения в обе стороныпрактически равновероятны, и распределение имеет максимум, приходящийся наизмеренное значение.

Отклонениевеличины приземной концентрации на расстояниях до 60 км с вероятностью 90 %укладывается в один порядок величины. Отклонение максимума концентрации на осиследа на заданном расстоянии с вероятностью 90 % не превышает 3. Не наблюдаетсязависимости точности прогноза от расстояния (при криволинейной форме следавместо расстояния от источника следует использовать путь, пройденный вдольследа). Оценка точности остается в силе и в том случае, когда приземнаяконцентрация в заданной точке формируется при наложении нескольких траекторий.

Результатырасчета имеют некоторый случайный разброс вокруг среднего значения в силустохастического характера модели, в которой распространение выбросапредставляется движением большого количества пробных точек (метод Монте-Карло).При числе пробных точек N= 2000 дисперсия результатов расчета составляет 30 %. Эта величина может бытьуменьшена путем увеличения количества точек, причем уменьшение будетпропорционально 1/ÖN, но при этом увеличитсявремя расчета.

Длярасчета концентрации радиоактивной примеси в атмосфере используетсяполуэмпирическое нестационарное уравнение адвекции-диффузии с учетомнеоднородных полей ветра и коэффициента диффузии. Метод решения - методстатистических испытаний (модифицированный метод Монте-Карло).

Исходныеданные для расчета:

1)Метеорологические данные:

скоростьи направление ветра на высоте 10 м (эта величина соответствует стандартномуобъему данных на приземном уровне, передаваемых метеостанциями и метеопостамиРоссийской гидрометеослужбы (высотный профиль скорости ветра восстанавливаетсяс помощью включенной в код модели пограничного слоя атмосферы);

классустойчивости атмосферы (если нет информации по классу устойчивости, вводятсясиноптические данные для его оценки: время года, суток; облачность, видимость;наличие снежного покрова);

интенсивностьосадков.

2)Источник:

высотавыброса;

длительностьвыброса;

полнаяактивность в выбросе;

нуклидныйсостав выброса;

скоростьгравитационного осаждения аэрозольных частиц;

скоростьсухого осаждения;

коэффициентвымывания осадками.

3)Данные о местности:

Шероховатость;

рельеф(если нет данных, рельеф считается плоским).

Системаможет быть использована для моделирования распространения выброса любогоматериала, в том числе токсичных веществ в газовой и/или аэрозольной форме споследующим выпадением на почву, но имеет углубленную ориентацию на объектыатомной энергетики и выбросы радиоактивных веществ в атмосферу. Она содержитбазу данных по свойствам радионуклидов (коэффициенты дозового преобразования,периоды полураспада).

Выходнымиданными системы являются приземные объемные активности нуклидов, плотностирадиоактивных выпадений, а также прогнозируемые дозы и мощности дозы от разныхнуклидов и по разным путям облучения.

Результатымоделирования в процессе расчетов отображаются на карты местности в видеконтурных линий уровня или закрашенных областей. По окончании расчета вариантаможно просмотреть графические временные зависимости выбранных функций в рядеточек или их зависимости от расстояния и угла. Также предусмотрены различныетипы выходных текстовых файлов - документов для самостоятельной обработки спомощью других стандартных программных продуктов.

Системапозволяет анализировать различные по масштабам аварии - от локальной(длительностью несколько часов) до достаточно серьезной (несколько суток повремени выброса или распространения и с зоной охвата от 50 м до 60 км).Описание модели, программного средства, части верификационных экспериментовопубликовано в [2-7].

Изсравнения с экспериментальными данными показано [2],что результаты более сложных моделей, внедренных в систему, по крайней мере, нехуже используемых нормативных методик [8-10]в их областях применимости, а при расширении этих областей адекватно описываютвлияние более сложных исходных данных, заложенных в моделях.

Список литературы к Приложению № 13

1. НОСТРАДАМУС. Компьютерная система прогнозирования ианализа радиационной обстановки на ранней стадии аварии на АЭС. Инструкцияпользователя. ИБРАЭ РАН, инв. № 3429, М., 2001.

2. Верификация компьютерной системы"НОСТРАДАМУС" для прогнозирования радиационной обстановки на раннейстадии аварии на АЭС. Верификационный отчет. ИБРАЭ РАН, инв. № 3431, М., 2001.

3. Arutunjan R.V., Bolshov L.D., Belikova G.V.,Sorokovikova O.S. et al. Modelsof Radionuklides Transport i№ Atmosphere from Integrated Software PackageNOSTRADAMUS. Preprint NSI-31-94, 1994.

4. Арутюнян Р.В., Беликов В.В., Беликова Г.В.,Сороковикова О.С. и др. Компьютерная система НОСТРАДАМУС для поддержки принятиярешений при аварийных выбросах на радиационно опасных объектах. Известияакадемии наук, серия Энергетика, № 4, 1995.

5. Арутюнян Р.В., Беликов В.В., Беликова Г.В.,Сороковикова О.С. и др. Новые эффективные численные методики моделированияпроцесса распространения радионуклидов в атмосфере и их практическоеиспользование. Известия академии наук, серия Энергетика, № 4, 1995.

6. Беликов В.В., Беликова Г.В., Фокин А.Л., СороковиковаО.С. и др. Анализ сравнения нормативных моделей переноса радионуклидов ватмосфере с лагранжевой моделью, используемой в интегрированном пакете"NOSTRADAMUS". Препринт ИБРАЭ РАН, 1996.

7. Grisenko A.I., Belov N.S., SemenovV.N., Sorokovikova O.S. The Unique Experiments on the Assessment of AccidentConsequences at the Gas Transport Systems. Society for Risk Analysis-EUROPE,Stockholm, 1997, p. 724-729.

8. Сборник правил и норм по радиационной безопасности ватомной энергетике, т. 3. МЗ СССР, М., 1989.

9. Steven R. Hanna, Gary A. Briggs,Rayford P. Hosker Handbook on atmospheric diffusion. Technical InformationCenter U.S. Department of Energy, 1982, p. 91.

10. User's Guide for CAP88-PC. U.S.Environmental Protection Agency. Las Vegas, 1992.

Приложение №14

ПС "ДОЗА"

ПС"ДОЗА" применяется для расчета доз облучения населения при авариях наатомных станциях с выбросом радиоактивных веществ в атмосферу.Организацией-разработчиком ПС "ДОЗА" является РНЦ "Курчатовскийинститут" [1, 2].

ПС"ДОЗА" рассчитывает дозы внешнего облучения от радионуклидов,находящихся в облаке и на поверхности земли, и внутреннего облучения отрадионуклидов, поступивших в организм с вдыхаемым воздухом (ингаляция), и припотреблении продуктов питания.

Ограниченияна применение ПС "ДОЗА"

ПС"ДОЗА" применяется на этапе проектирования АС в целях обоснованиярадиационной безопасности при авариях.

ПС"ДОЗА" рассчитывает эффективную дозу и эквивалентную дозу наразличные органы человека в точках сектора, характеризуемых удалением отисточника выброса, для следующих видов облучения:

внешнееоблучение от радионуклидов, находящихся в облаке и на поверхности земли;

внутреннееоблучение от радионуклидов, поступивших в организм с вдыхаемым воздухом(ингаляция) и при потреблении продуктов питания.

Допустимыезначения параметров

Минимальноерасстояние от источника выброса при расчете внешнего облучения от облака: точкамаксимума приземной концентрации; максимальное расстояние от источника: 40 км;скорость ветра на высоте флюгера (10 м): 1-30 м/с; минимальная эффективнаявысота источника выброса: 4 м; максимальная эффективная высота источникавыброса: 250 м; минимальная продолжительность выброса: 10 мин; максимальнаяпродолжительность выброса: интервал времени, в течение которого погодныеусловия не меняются.

Точностьрасчета, обеспечиваемая в области допустимых значений параметров

Точностьрасчета доз облучения населения определяется точностью используемой моделирассеивания примеси в атмосфере, погрешностью численного метода расчетапараметров и выбором исходных данных.

Используемыев ПС "ДОЗА" методы расчета распространения радионуклидов в окружающейсреде, основанные на Гауссовой модели рассеяния, при обосновании безопасностиАС на этапе проектирования дают достаточную точность на расстояниях до десятковкилометров [3].

Методчисленного интегрирования, примененный в ПС "ДОЗА", обеспечиваетпогрешность не более 0,1 %.

ПС"ДОЗА" позволяет провести консервативную оценку доз присоответствующем выборе исходных данных.

Сведенияо методиках расчета, реализованных в ПС "ДОЗА"

Приреализации ПС "ДОЗА" применена методика, позволяющая проводить:

расчетраспространения радионуклидов в окружающей среде, основанный на моделистатистической гауссовой теории атмосферной диффузии и классификации категорийустойчивости атмосферы при допущении, что подстилающая поверхность землиплоская с различными типами шероховатости;

расчетдоз внешнего облучения от облака и поверхности земли и доз внутреннегооблучения при ингаляции и при потреблении продуктов питания, основанный наиспользовании коэффициентов перехода по пищевым цепочкам [4]и базы данных по дозовым коэффициентам.

Входнымипараметрами для расчетов являются: параметры источника выброса радионуклидов сучетом их физико-химических форм существования (газообразные, аэрозоли,молекулярный и органический йод); параметры, характеризующие метеорологическуюобстановку; параметры, характеризующие подстилающую поверхность; данные орационе питания.

Список литературы к Приложению № 14

1. Программа ДОЗА-RRC. ОФАП-ЯР, № 393 от 28.12.96.

2. Аттестационный паспорт № 117 к программному средству"ДОЗА". Регистрационный номер паспорта аттестации ПС в ГосатомнадзореРоссии № 117 от 02.03.2000.

3. Учет дисперсионных параметров атмосферы при выбореплощадок для атомных электростанций. Руководство по безопасности (серия изданийпо безопасности N 50-SG-S3). Международное Агентство по Атомной Энергии, Вена,1982, 105 с.

4. Методы расчета распространения радиоактивных веществс АЭС и облучения окружающего населения. № 38.220.56-84. Безопасность в атомнойэнергетике, т. 1, ч. 1. М: ИМХО Интератомэнерго, 1984.

Приложение№ 15

ПС "GENGAUS"

ПС"GENGAUS"предназначено для оперативного прогнозирования радиационной обстановки запределами станции в случае аварии на АС и для оценки безопасности населения приаварийных ситуациях на радиационно-опасных объектах. Владельцем ПС "GENGAUS" являетсяГосударственный научный центр Институт биофизики (ГНЦ-ИБФ). При разработке ПС"GENGAUS"использовались подходы к оценке аварий на АС, которые применялись припроведении учений в Аварийном медицинском радиационно-дозиметрическом центреГНЦ-ИБФ.

ПС"GENGAUS" позволяет рассчитывать распространение выбросов в атмосферепо Гауссовой модели [1].Входные параметры Гауссовой модели задаются согласно [2].

Расчетдоз на население проводится по модели GENII [3],которая разработана в США и широко используется. С помощью GENII можнопроводить расчеты для непрерывных и кратковременных (аварийных) атмосферныхвыбросов, а также для сбросов в реки и озера, при загрязнении поверхностипочвы. Модель учитывает все основные пищевые цепочки поступления нуклидов ворганизм, процессы метаболизма и, что особенно важно, время года аварийноговыброса. Компьютерные коды GENII разработаны в соответствии с национальными стандартамиСША и прошли несколько независимых проверок.

ПС"GENGAUS" разработан в соответствии с требованиями НРБ-99 пооблучению населения в аварийных ситуациях. Дозы рассчитываются для разныхмоментов времени после аварии. Рассчитываются эквивалентные дозы на легкие,щитовидную железу, гонады, кожу, доза внешнего облучения и эффективная доза.Эффективная доза может рассчитываться для всех возрастных групп согласноНРБ-99. Доза на щитовидную железу рассчитывается для всех возрастных групп,согласно [2].

Список литературы к Приложению № 15

1. Гусев Н.Г., Беляев В.А. Радиоактивные выбросы вбиосфере. Справочник. Изд. 2-е, переработанное и дополненное. М.:Энергоатомиздат, 1991, 256 с.

2. Методические рекомендации по выбору исходных данных ипараметров при расчете радиационных последствий аварий на АЭС. ВНИИАЭС,ГНЦ-ИБФ, НПО "Тайфун", ИБРАЭ РАН. М., 2001.

3. Napier B.A., Peloquin R.A.,Strenge D.L., Ramsdell J.V. GENII-The Hanford Environmental Radiation DosimetrySoftware System. Volume 1: Conceptual Representation. Pacific northwestLaboratory. Washington, 1988.

Приложение№ 16

Физические основы переноса примеси в атмосфере

Переносзагрязняющих субстанций в атмосфере осуществляется ветровыми потоками воздуха сучетом их мелкомасштабных флуктуаций. Осредненный поток имеет адвективную иконвективную составляющие, а их осредненные флуктуационые движения можноинтерпретировать как диффузию на фоне связанного с ним основного осредненногодвижения.

Сформулируемзадачу переноса аэрозольных субстанций (радиоактивной примеси) в атмосфере вболее общем виде.

Пустьj(x, y, z, t) - интенсивность аэрозольнойсубстанции, мигрирующей вместе с потоком воздуха в атмосфере, a  - вектор скорости частиц воздуха как функциякоординат х, у, z и времени t, где  - единичные векторы в направлении осей X,Y, Z соответственно; Тогда перенос субстанции вдоль траекториичастиц воздуха с сохранением ее интенсивности определяется равенством нулю ееполной производной [1].

 или при ; ; ;

,                                                                                 (1)

нодля нижней части атмосферы достаточно хорошо выполняется закон сохранениямассы, определяемый уравнением неразрывности:

, ,                                                                          (2)

чтоприводит к уравнению:

.                                                                                                   (3)

Уравнение(3) можно обобщить, если учесть, что часть примеси может вступать в реакцию свнешней средой или распадаться с постоянной времени t, а также учестьисточник рассматриваемой загрязняющей примеси, описываемый функцией f(x,y, z, t):

,                                                                                          (4)

где s =1/t.

Смыслвеличины sстановится очевидным, если в (4) положить f = 0, , тогдарешение определяется как , если , а величинаt- время, за которое концентрация примеси уменьшается в e раз. Уравнение(4) дополняется начальным условием:

                                                                                                                      (5)

играничным условием:

, ,                                                                                                          (6)

где S- поверхность, ограничивающая область определения искомой функции, U_n - проекциявектора  на внешнюю нормаль к поверхности. Условие (6)задает решение на той части, где воздушные массы вместе с исследуемой примесью"втекают" в область определения функции.

Точноерешение задачи (4) возможно в том случае, когда известны значения функции u,v, w в пространстве и во все моменты времени. Если же информациио компонентах вектора скорости недостаточно, то в этом случае целесообразнопользоваться различными приближениями.

Рис. 1. Спектр скорости ветра в приземном слоеатмосферы [2].

Известно,что атмосфера является средой турбулентной, т.е. средой, в которой спонтаннообразуются мелкомасштабные флуктуации (вихри), они диссипируются и создаютсяусловия для новых образований. Спектр таких флуктуаций достаточно подробноизучался Ван дер Ховеном [2].Результаты сводятся к следующему. Флуктуации сосредоточены, в основном, в двухчетко разделяемых областях: в области крупномасштабных пульсаций (синоптическаяобласть) с центром вблизи f₁=0,001цикл/час и в области мелкомасштабных пульсаций с центром около f₂=80цикл/час.

Низкочастотнаяобласть соответствует изменениям скорости ветра, вызванным прохождениемциклонов и антициклонов, высокочастотная - рассматривается как турбулентныепульсации ветра, которые можно сгладить при осреднении рис. 1 [2].В [2]получено, что величина периода осреднения T, при которой осредненные величиныне зависят от T, составляет »67 мин. Физика флуктуационных эффектов изучена кнастоящему времени достаточно хорошо, но математическое описание до сих пор вбольшинстве случаев основывается на полуэмпирических соотношениях.

Пустьфункция aпредставлена в виде суммы осредненного  и флуктуационного  компонентов:  и, кроме того,

.                                                                                                                        (*)

Полагаем,что aосредняется по достаточно большому интервалу времени Т:

                                                                                                           (**)

и

.                                                                                                  (***)

Еслипроцесс переноса примеси удовлетворяет условиям (*)-(***), а концентрацияпримеси и скорость ветра представлены в виде: , , тоинтегрируя (4) в пределах t£t£ t+T и,используя (*)-(***) вместо (4), получим:

,                                                     (7)

ЕслиТ - интервал времени, на котором функция  изменяется мало, то  можно приближенно заменить на производную  и получить в результате уравнения дляосредненной составляющей:

,                                                                      (8)

котороеотличается от (4) членом ,ответственным за размывание потока воздушных масс, увлекающего частицызагрязняющей примеси. Установлено, что для атмосферных процессов возможно следующееполуэмпирическое представление компонентов вектора  через осредненные поля субстанций:

, , ,                                                 (9)

где m ³0, k ³ 0 - горизонтальный и вертикальный коэффициентыдиффузии. Учитывая представление вектора  (9), вместо (8) получаем диффузионное приближениеуравнения распространения примеси в атмосфере:

,                                                                                   (10)

где

,                                                    (11)

.                                                                                                                 (12)

Влитературе, например, в [3]используется более простой вид уравнения турбулентной диффузии при m=0.Это приближение основано на том, что в природе хорошо выполняются неравенства:

 и .

Такимобразом, при m=0уравнение турбулентной диффузии принимает окончательный вид:

                                                (13)

сначальными условиями:

                                                                                                   (14)

играничными условиями [4]:

,                                     (15)

где b- скорость сухого осаждения; w - гравитационная скорость примеси; z₀ - параметршероховатости подстилающей поверхности.

Функциональныезависимости величин продольной - u(z), поперечной - v(z)скоростей ветра, а также коэффициента турбулентной диффузии - k(z) отвысоты z от подстилающей поверхности имеют различный вид в рамкахразличных метеорологических моделей.

Список литературы к Приложению № 16

1. Марчук Г.И. Математическое моделирование в проблемеокружающей среды М.: Наука, 1982, 320 с.

2. Ван дер Ховен (van der Hoven J.) Power spectrumol horizontal wind speed in the frequency range from 0,00007 to 900 cycle perhour. J. Meteorology, vol. 14, № 2, 1957.

3. Лайхтман Д.Л. Физика пограничного слоя атмосферы. Л.:Гидромет. изд-во, 1970, 340 с.

4. Бызова Н.Л., Кротова М.А., Натанзон Г.А. О граничномусловии в задачах рассеяния примеси в атмосфере. Метеорология и гидрология,1980, № 2, с. 14-20.

Приложение№ 17

Анализ математических моделей переноса примеси ватмосфере

Известно,что степень влияния радиоактивных примесей при выбросах с АС определяетсяуровнем их приземных концентраций. Оценка последних может быть получена врамках моделей, различающихся как способом описания диффузионных процессов, таки описанием турбулентности в пограничном слое атмосферы. Эти различия могутиграть значительную роль в формировании концентрации радиоактивной примеси какна различных расстояниях от источника, так и в различных метеорологическихусловиях, определяя, таким образом, характерную область применимости той илииной модели. Ниже приведем краткую характеристику моделей, используемых всистеме радиационного мониторинга для прогностических оценок радиоактивногозагрязнения окружающей среды в условиях радиационных аварий на ОИАЭ.

Вмодели МАГАТЭ распределение концентраций загрязняющих частиц в атмосфере припостоянной скорости ветра описывается из предположения двойного распределения вуравнении Гаусса. Концентрация примеси, согласно этой модели, существеннозависит от двух параметров - горизонтальной s_у ивертикальной s_z дисперсий координатчастиц примеси. При кратковременном точечном выбросе концентрация примесиописывается выражением:

,         (1)

где Р_В- мощность выброса, Бк/с; h - эффективная высота источника выбросов,[м]; и_h- скорость ветра на высоте выброса, [м/с]; f_R; f_F; f_W - безразмерныепоправки на радиоактивный распад, осаждение и вымывание радиоактивной примесисоответственно. Скорость ветра на высоте источника h для однообразногоравнинного рельефа местности описывается выражением:

,                                                                                                          (2)

где и₀- скорость ветра на высоте флюгера; h₀ - высота флюгера; m - параметр,зависящий от состояния (класса) устойчивости атмосферы. для выражений s_уи s_z, в настоящеевремя, используют формулы Смита-Хоскера [1],в соответствии с которыми эти величины принимают следующий вид:

;                                                                                        (3)

,                                                                                                (4)

,

,

где x- расстояние от источника выбросов, c₁, c_2, c₃, a_1, a₂, b₁,b₂, d₁, d₂ -параметры, зависящие от класса устойчивости атмосферы [1,2].

Косновным недостаткам Гауссовых моделей можно отнести слабую обоснованностьиспользования закона Гаусса для описания распределения примеси по вертикали, атакже условность типизации (условное разделение состояния устойчивостиатмосферы на шесть классов) метеорологических условий [3],хотя нельзя отрицать и определенные удобства при таком подходе. РазнообразиеГауссовых моделей в значительной степени связано с различными методами оценокэтих величин. Наиболее широко используемыми методами являются: методПасквилла-Гиффорда, основанный на номограммах для шести классов устойчивостиатмосферы; метод, основанный на учете вертикального градиента температуры; метод,основанный на учете флуктуации ветра; метод "разделенной сигмы" ит.д. Модель отличается значительной простотой в использовании, ее рекомендуютприменять для расстояний (в направлении ветра) не более 10 км при высотеисточников не выше 100 м.

Воснове Эйлеровой и Лагранжевой моделей лежит возможность математическогопредставления движения жидкости (воздушной среды) в переменных Эйлера илиЛагранжа. В первом случае аргументом является совокупность координат точекпространства, а компоненты вектора скорости жидкости в данной точкепространства являются функциями этих координат и времени. Во второйрассматривают некоторую бесконечно малую частицу жидкости в фиксированныймомент времени t₀ с координатами (x₀, y₀, z₀) и, перемещаясь вслед за ней, рассматривают ее координаты впоследующие моменты как функции времени и ее начальных координат. Такимобразом, во втором случае скорости частиц представляют собой производные откоординат по времени. Используя каждый из подходов в той или иной моделиполучают модели Эйлера или Лагранжа. Модель Эйлера обладает рядом преимуществпо сравнению с Гауссовыми моделями, поскольку позволяет учесть нестационарностьисточника выброса, влияние пространственных и временных вариацийметеорологических величин на распространение примеси, использоватьполуэмпирические модели приземного слоя атмосферы для более реалистическогоописания турбулентности. Эйлеровы модели также различаются между собой взависимости от способа получения метеорологических величин - скорости ветра икоэффициента турбулентной диффузии. К такого типа моделям относится и модельработы [4],в которой метеорологические параметры получают на основе решений замкнутойсистемы уравнений пограничного слоя атмосферы. Эти модели в отличие отГауссовых достаточно сложны, требуют значительного времени счета на ЭВМ, что донедавнего времени сдерживало их практическое использование. Однако широкоераспространение персональных ЭВМ высокого уровня полностью решило эти проблемы,что и позволяет использовать эти модели в режиме реального времени (on-line)для проведения диагностических прогнозов по загрязнению внешней среды приавариях на АС.

Призаданных метеорологических параметрах (продольной и поперечной скоростях ветра,коэффициенте турбулентной диффузии и поперечной (относительно направленияраспространения примеси) дисперсии) не существует принципиальных проблемрасчета концентраций в любой точке пространства в направлении выброса примеси.Если и возникают определенные затруднения в оценке концентрации в полепространственно-временных измерений скорости ветра, то они, в первую очередь,связаны с некорректным измерением этих метеовеличин. При сложной орографииповерхности обычно используют дополнительные данные [5],а при оценке концентрации на расстояниях свыше 50-100 км необходимоиспользовать данные метеорологической сети Роскомгидромета, но эти проблемы ужене относятся к компетенции АС.

Определенноепреимущество перед Эйлеровыми имеют модели, основанные на Лагранжевом подходе.В этих моделях непрерывная струя обычно представляется в видепоследовательности дискретных клубов. Для каждого клуба рассчитываетсятраектория его движения в меняющемся во времени и пространстве поле ветра ирассчитывается диффузионный перенос в направлениях перпендикулярных ктраектории. Концентрацию примеси в любой точке пространства представляют каксумму вкладов от каждого лагранжевого элемента.

ВЛагранжево-Эйлеровой модели переноса и рассеяния примеси [6]ее горизонтальный перенос описывается с помощью понятия Лагранжевой траекториидвижения клуба примеси, а для описания атмосферной диффузии клуба ввертикальном направлении на каждом шаге вычисления горизонтальной траекториирешают полуэмпирическое одномерное уравнение турбулентной диффузии. Вгоризонтальном направлении, перпендикулярном траектории клуба, концентрацияпримеси описывается Гауссовой функцией с дисперсией, зависящей отпродолжительности распространения клуба и устойчивости атмосферы. Модельдостаточно сложна и при ее использовании в целях прогнозирования загрязненияокружающей среды кроме измерений скорости ветра, температуры, направления ветрана нескольких уровнях в приземном слое атмосферы, необходимых для расчета такихпараметров как масштаб Монина-Обухова L и динамической скорости V_*, требуются измерения вектора скорости ветра на эффективнойвысоте и величины геострофического ветра на высоте пограничного слоя атмосферы,что, в свою очередь, требует шаропилотного зондирования атмосферы.Лагранжево-Эйлерову модель наиболее целесообразно использовать для оценкизагрязнения воздушного бассейна при трансграничном переносе радиоактивнойпримеси (свыше 1000 км и более).

Такимобразом, из краткого анализа моделей следует, что каждая из рассмотренных имееткак преимущества, так и недостатки, поэтому результаты сравнения расчетных и экспериментальныхданных должны показать преимущество той или иной модели, используемой дляоценки и прогнозирования радиоактивного загрязнения окружающей среды привыбросах АС в регионе, определяемом размерами зоны наблюдения (R ~ 30¸40 км).

Учитываятакие особенности моделей, естественно, что выбор (в зависимости от рода задач,для которых модель используется) следует остановить на тех, применение которыхнаряду с необходимыми метеорологическими приборами обходится дешевле.

Список литературы к Приложению № 17

1. Гусев Н.Г., Беляев В.А. Радиоактивные выбросы в биосфере.Справочник. М.: Энергоатомиздат 1991, 256 с.

2. Методы расчета распространения радиоактивных веществ вокружающей среде и доз облучения населения. М.: МХО ИНТЕРАТОМЭНЕРГО, 1992, 334с.

3. Глущенко А.И., Лайхтман Д.Л., Натанзон Г.А., Петров О.Г.,Хамьянов Л.П. О выборе метода расчета рассеяния радиоактивных примесей,выбрасываемых АЭС в атмосферу. Атомные электрические станции, вып. 4, 1981, с.154-158, М.: Энергоиздат, Сб. статей под общ. ред. Л.П. Воронина, 239 с.

4. Елохин А.П., Pay Д.Ф. Гибридный метод прогнозированиязагрязнения окружающей среды радиоактивной примесью, поступающей в атмосферупри выбросах с АЭС. В сб. Методы расчета распространения радиоактивных веществв окружающей среде и доз облучения населения. М.: МХО МНТЕРАТОМЭНЕРГО #, 1992с. 91, 283-303.

5. Учет дисперсионных параметров атмосферы при выбореплощадок для атомных электростанций. Руководство по безопасности (серия изданийпо безопасности № 50-SG-S3). Международное Агентство по Атомной Энергии, Вена,1982, 105 с.

6. Гаргер Е.К., Буйков М.В., Талерко Н.Н. Сравнение различныхметодик распространения примеси с экспериментальными данными. Международныйсеминар по вопросу разработки методик расчета размеров зон планирования иподготовки мероприятий по защите населения в случае запроектной аварии на АЭС исовещание по обсуждению содержания методики оценки изотопного состава, величиныактивности и характера аварийного выброса в атмосферу в зависимости от времени,активности в топливе и состоянии барьеров и систем безопасности. Сборникдокладов. Варна, НРБ, 7-12 мая 1990 г.

Приложение№ 18

Дифференциальная модель распространениярадионуклидов в атмосфере

Представляемаямодель описывает распространение примесей в атмосфере. Предполагается, чтопримеси могут быть в газовой и/или аэрозольной форме. При этом газовыекомпоненты (если они есть) могут иметь плотность, приблизительно равнуюплотности воздуха, и эффекты плавучести не учитываются.

Модельоснована на том, что распространение примеси в атмосфере описываетсяполуэмпирическим уравнением адвекции-диффузии. Это уравнение переноса идиффузии имеет вид:

,           (1)

гдес - объемная концентрация радиоактивной примеси в воздухе;

;  - горизонтальные компоненты скорости ветра;

;  - вертикальная компонента скорости ветра;

W_g - скорость гравитационного оседания(отлична от 0 (W_g>0)для аэрозольной составляющей);

K_x(x, y, z, t), K_y(x, y, z, t) - коэффициенты горизонтальной диффузии;

K_z(x, y, z, t) - коэффициент вертикальной диффузии;

Q(x, y, z, t) - мощность источника выброса;

S - член, учитывающий вымывание осадками,радиоактивный распад и появление радионуклида в результате реализации цепочекпревращений других радионуклидов, содержащихся в источнике выброса.

Граничныеусловия для (1) следующие.

Приz=0 задается поток примеси на подстилающуюповерхность за счет сухого осаждения:

,

гдеV_d -скорость сухого осаждения.

Наверхней границе расчетной области z=Z_m предполагается отсутствие потока

.

Набоковых (вертикальных) границах расчетной области предполагается условие: , где  - направление нормали к боковой границе).Следует отметить, что боковые границы располагаются далеко от центра струи ихарактер граничных условий не влияет на решение.

ВеличинаZ_mвыбирается таким образом, чтобы она была несколько больше высоты пограничногослоя атмосферы (ПСА): Z_m=1,2-1,5H_m (определение высоты ПСА обсуждаетсяниже). Если высота ПСА меняется со временем в течение расчета, то Z_m должно быть больше максимальногозначения H_m.

Скоростьветра и коэффициенты диффузии в уравнении (1) считаются заданными функциямикоординат и времени.

Метод решения уравнения переноса

Уравнение(1) с неоднородным полем скорости ветра при неизотропной турбулентности (безучета вымывания и цепочек превращений) решается методом статистическихиспытаний (метод Монте-Карло). Этот метод можно наглядно интерпретироватьследующим образом. Облако примеси представляется в виде большого количествапробных частиц (точек), каждая их которых движется в соответствии со скоростьюветра и, кроме того, подвергается случайным смещениям, моделирующимтурбулентное рассеивание. Объемная концентрация точек ассоциируется сконцентрацией примеси. Рассмотрим сначала решение уравнения вдали от источникаи без учета распада и вымывания.

Координатыточек удовлетворяют системе стохастических уравнений [1,2]:

; ; ,                                                       (2)

где

, ,                                                                    (2a)

.

Первыечлены в правых частях последних трех соотношений - компоненты усредненнойскорости ветра. Вертикальная скорость частицы отлична от скорости ветра, дажеесли гравитационная скорость равна нулю. Добавка W¢¢ необходима, как будет видно дальше, длясогласования решения при неоднородном коэффициенте вертикальной диффузии. Еевеличина будет найдена позднее.

U¹, V¹, W¹ - компоненты пульсации скорости ветра вдоль траекториичастиц, случайные функции. Предполагается, что значения пульсационной скоростив разные моменты времени на траектории частицы не скоррелированы между собой(характерное время затухания корреляций меньше временного шага интегрирования).Отметим, что движение пробных точек не моделирует реальных траекторий частицпримеси. Описываемая процедура представляет способ решения полуэмпирическогоуравнения (1).

Проинтегрируемсистему стохастических уравнений (2) на интервале dt с учетом указанных предположений окорреляционной функции скоростей:

, , ,

гдеdx, dу, dz - случайные смещения. Они удовлетворяютследующим соотношениям:

, ,

Здесь - коэффициенты, зависящие от корреляционныхфункций скоростей. Значок <.> означает усреднения по статистическомуансамблю. Теперь изменения координат точек в конкретной реализации процесса зашаг интегрирования может быть записано в виде:

, , ,                                                (3)

гдеa_x,a_у, а_z - случайные величины с Гауссовымраспределением вероятности, с нулевым математическим ожиданием и дисперсией , , .

Начальныеусловия для системы (2) следующие. Траектория каждой точки начинается в объемеисточника примеси:

; ; ,

гдеX_S,Y_S, Z_S- координаты источника.

Скоростьрождения точек в источнике пропорциональна интенсивности источника.

Уравнение(1) описывает изменения траектории Лагранжевых частиц. Траектория любойЛагранжевой частицы есть случайный Марковский процесс с независимымиприращениями.

Этотпроцесс можно связать с концентрацией примеси. Объемные концентрации примесимогут быть получены при помощи функции плотности вероятности m(x, y, z, t, x₀, y₀, z₀, t₀) - того, что частица, появившаяся вточке с координатами x₀, y₀, z₀ в момент времени t₀, окажется в момент времени t в точке с координатами x,y, z.

Объемнаяконцентрация следующим образом выражается через функцию плотности вероятности

                           (4)

гдеV - объем в атмосфере, который занимает источник.

Можнопоказать, что если в (3) принять:

; ; ,

тообъемная концентрация, соответствующая (4),удовлетворяет следующему уравнению:

                                         (5)

или

(6)

Вэтом уравнении U_r,V_y и W_y - компоненты регулярной скоростидвижения частиц как функции координат, определяемые (2a). В (6) учтено, чтогоризонтальные компоненты, согласно (2a), равны компонентам усредненнойскорости ветра U_r=U, V_y=V.

Какправило, производными от коэффициентов горизонтального турбулентного обмена посравнению с горизонтальной скоростью ветра можно пренебречь и положить . Длявертикальной компоненты это не так. Согласно (2a):

Есливыбрать  и подставить в (6), то последнее уравнениепримет следующий вид:

,

полностьюидентично (1) (без учета объемных источников и стоков). Учет объемных стоков играничных условий при реализации случайного движения точек описывается ниже.

Такимобразом, для того, чтобы концентрация примеси, выражаемая выражением (4),удовлетворяла исходному уравнению (1), необходимо, чтобы вертикальная скоростьдвижения частиц отличалась от скорости  на величину

.

Внекоторых моделях подобного типа член  в последнем уравнении системы (3) неучитывался [3].Это приводит к нереалистичному распределению примеси по высоте, скоплениюпримеси у поверхности, завышенным значениям выпадения. Так как в нижних слоях атмосферыкоэффициент вертикальной диффузии быстро растет с высотой, то за счет этогопоявляется эффективная средняя вертикальная скорость (на фоне турбулентныхпульсаций).

Граничные условия

Дляучета граничного условия, связанного с потоком на подстилающую поверхность,применяется следующий алгоритм. Рассмотрим частицы, находящиеся в объеме dxdy dz вокруг точки х, у. По определению скоростьосаждения на поверхность равна c(V_d+W_g),где c - концентрация в данной точке, рассчитанная указанным вышеспособом. За один временной шаг из данного объема выпадет активность dA, равная

.                                                                                           (7)

Выпавшаяактивность распределяется равномерно по площади dxdу. Одновременно полная активность всех точек в объеме dxdуdz уменьшается на dA, а активность каждой частицы в этом объеме- на dA/N (N - число частиц в объеме). При этомполное количество частиц в расчете не меняется.

Скоростьсухого осаждения может иметь разные значения для разных типов аэрозолей. Длямелких аэрозольных частиц, когда можно пренебречь гравитационным осаждением,наличие в выбросе аэрозолей с разными скоростями сухого осаждения учитываетсяследующим образом. Диапазон скоростей сухого осаждения делится на ряд групп, ивыражение (7) для величины выпавшей активности заменяется на:

,                                                                                           (7a)

гдеa_i - доля аэрозолей со скоростью сухогоосаждения V_di (i - номер группы). Движение пробных частиц при этомне меняется.

Еслив выбросе присутствуют аэрозоли с разными скоростями гравитационного оседания,то пробные частицы делятся на группы, каждая из которых имеет свою гравитационнуюскорость оседания.

Разбиениена группы по гравитационному осаждению требует знания распределения аэрозольныхчастиц в выбросе по размерам. Способ усреднения размеров в каждой группе (еслигруппа имеет достаточно широкий разброс размеров) зависит от поставленнойзадачи (он может сохранять полную массу частиц в группе или полнуюповерхность).

Длякрупных частиц (d > 50 мкм) осаждение на поверхность определяется восновном гравитацией. Для более мелких частиц сухое осаждение определяетсятурбулентным диффузионным потоком на поверхность, и скорость сухого осаждениязависит от метеорологических условий, от характера поверхности, химическихсвойств аэрозольных частиц и поверхности.

Вотсутствие информации о распределении размеров параметры групп по гравитационномуоседанию и сухому осаждению задаются пользователем. Так, в соответствии сдокументом [4]принимается, что аэрозольные частицы, возникающие при разрушении активной зоныреактора при тяжелой аварии, будут иметь размеры микронного диапазона. Гравитационнымоседанием таких частиц можно пренебречь, скорость сухого осаждения беретсяпорядка 0,8 см/сек для всех нуклидов, кроме изотопов йода, для которых онапринимается 2 см/сек и 0,01 см/сек для молекулярной и органической формсоответственно. Значения скорости сухого осаждения для различных нуклидов итипов подстилающей поверхности приведены в Приложении № 5.

Список литературы к Приложению № 18

1.Boughton B.A., J.M. Delauentis, W.E. Dunn A Stochastic Model of ParticleDiffusion in the Atmosphere. Boundary Layer Meteor, v. 40, 1987, pp. 147-163.

2.Zanetty P. New Monte Carlo scheme for simulation lagrangian particle diffusionwith wind shear effects. Appl. math. modelling, V. 8, 1984, pp. 188-192.

3. Костриков А.А., Новицкий М.А. Численное моделированиераспространения примеси от точечного источника в условиях бризовой циркуляции.Труды ИЭМ, вып. 37(120), 1986, с.25-38.

4. Методические рекомендации по выбору исходных данных ипараметров при расчете радиационных последствий аварий на АЭС. Утверждено Ген.директором ВНИИАЭС А.А. Абагяном, директором ГНЦ-ИБФ Л.А. Ильиным, Ген.директором НПО Тайфун А.Д. Орлянским, директором ИБРАЭ РАН Л.А. Большовым,Техническим директором концерна Росэнергоатом Б.В. Антоновым. М., 2001

Приложение№ 19

Нетрадиционные методы оценки радиоактивногозагрязнения окружающей среды

Традиционныеметоды прогнозирования радиоактивного загрязнения окружающей среды типа АСКРОоправдывают себя при наличии фиксированных источников радиационной опасности.Однако аварии на ФГУП НПО "МАЯК" (1957 г.) и в Томске (1993 г.)убеждают в необходимости разработки дистанционных (бесконтактных для человека)средств оценки загрязнения окружающей среды. В качестве таких средств могутслужить переносные и стационарные радиолокационные станции [1],или радиоуправляемые беспилотные дозиметрические комплексы [2-4].Преимущество таких систем перед традиционными очевидны - это бесконтактностьчеловека с радиоактивным загрязнением окружающей среды, высокая мобильностьоборудования, под последним понимается возможность установки таких средств наобычном, специализированном автотранспорте и различных авиасредствах.

Идеяиспользования методов радиозондирования атмосферы для обнаружения в нейионизационных образований техногенного происхождения [1]основана на особенностях распространения электромагнитных волн в плазме,которые хорошо изучены при распространении их в ионосфере. Вопросу жераспространения электромагнитных волн в плазме, возникающей в пограничном слоеатмосферы в результате промышленной деятельности ряда предприятий, не уделялосьдостаточного внимания в силу того, что источники плазмы имеют техногенноепроисхождение. Суть применения метода радиозондирования областей с источникамирадиоактивных выбросов и загрязненной радиоактивными аэрозолями подстилающейповерхности состоит в оценке коэффициента отражения, представляющего собойотношение квадратов амплитуд отраженной и падающей радиоволн от ионизационныхобразований (плазмоидов), возникающих в атмосфере при ионизации воздушной средыионизирующим излучением радионуклидов, распространяющихся в атмосфере врезультате радиационных аварий. По значению этого коэффициента отражения и рядаизмеряемых метеорологических (относительной влажности воздуха, температурыокружающей среды, давления, вертикальной составляющей скорости воздушного потока)и радиационных (спектральный состав фотонного излучения) параметров можносудить о величине P_В объемного источника, еслирадиозондированию подвергается источник радиоактивных выбросов, или о величинеплотности поверхностного загрязнения q₀, если зондируется подстилающая поверхность [5-7]в общем случае зависимость коэффициента отражения от P_В объемного источника выбросов с учетомтемпературно-влажностного режима пограничного слоя атмосферы имеет степеннойхарактер: R~(P_в)^D, где0,25 £ D £ 0,5; R - коэффициент отражения.Аналогичная зависимость имеет место и относительно плотности поверхностногозагрязнения q₀.

Идеяиспользования радиоуправляемого беспилотного дозиметрического комплекса [2-4]не нова, поскольку аналогична известному методу авиационной разведки, которыйшироко использовался для обнаружения залежей урановых руд. Новизна методасостоит в том, что для определения объемной активности газоаэрозольнойрадиоактивной примеси, распространяющейся в атмосфере в результате радиационнойаварии, используется не аспирационный метод, широко применяемый для этих целей,а совокупность спектрометрического и дозиметрического оборудования, позволяющаяпроводить измерение в режиме реального времени. Последнее дает возможностьпроводить измерения объемной активности непосредственно в облакегазоаэрозольной радиоактивной примеси, распространяющейся в атмосфере врезультате радиационной аварии, что обеспечивает оперативность полученияинформации при развитии аварии, а также позволяет производить прогностическиеоценки радиоактивного загрязнения окружающей среды и его последствий. Крометого, беспилотный дозиметрический комплекс с успехом может быть использован длянезависимой проверки эффективности существующих систем радиационногомониторинга указанных объектов, для радиационного мониторинга ОИАЭ при ихштатной работе, радиационного мониторинга акваторий, используемых для сброса, сцелью изучения вопросов миграции радионуклидов, распространяющихся в воднойсреде, и радиационного мониторинга зон (подстилающей поверхности), ранееподверженных радиоактивному загрязнению.

Список литературы к Приложению № 19

1. Боярчук К.А., Кононов Е.Н., Ляхов Г.А.Радиолокационное обнаружение областей локальной ионизации в приземных слояхатмосферы. Письма в ЖТФ, 1993, т. 19, вып. 6, с. 67-72.

2. Елохин А.П., Рау Д.Ф., Пархома П.А. Способ дистанционногоопределения концентрации радионуклидов в воздушном выбросе радиационно-опасныхпредприятий и устройство его осуществления. Федеральный институт промышленнойсобственности России. Заявка МПК G01T1/167 № 2006124100/28 с приоритетом от06.07.06. Патент № 2299451, бюл. № 14, решение о выдаче патента от 07.12.2006.

3. Елохин А.П., Сафоненко В.А., Улин С.Е., ДмитренкоВ.В., Пчелинцев А.В., Пархома П.А. Применение беспилотного дозиметрическогокомплекса для определения концентрации радионуклидов в атмосфере в условияхрадиационных аварий. Ядерные измерительно-информационные технологии, № 3(23),2007, с. 42-59.

4. Елохин А.П., Сафоненко В.А., Пчелинцев А.В., ПархомаП.А. Метод дистанционного определения концентрации радионуклидов в воздушномвыбросе радиационно-опасных предприятий, Экологические системы и приборы, № 5,2007, с. 9-15.

5. Елохин А.П. Способ дистанционного контролярадиационной обстановки зон с объектами радиоактивных выбросов и загрязнений.Заявка на изобретение РФ № 99108898. Приоритет от 21.04.99, Москва, ФедеральныйИнститут Промышленной Собственности России (ФИПСР), 18 с. Патент на изобретение№ 2147137 от 27.03.2000.

6. Елохин А.П. К вопросу о продольной устойчивостиионизационных образований техногенного происхождения. ЖТФ, № 8, 2001, c.98-108.

7. Елохин А.П. Продольная устойчивость ионизационныхобразований техногенного происхождения. Атомная энергия, том 89, вып. 6, 2000,с. 480-494.

Приложение№ 20

Метод определения необходимого и достаточногоколичества датчиков АСКРО, размещаемых на промплощадке и в СЗЗ ОИАЭ

Рис. 1. Иллюстрация выбора оптимального количества датчиков АСКРО

Кразмещению постов контроля в СЗЗ предъявляют демографические, экономические иэкологические требования. Демографические - определяются критерием численностинаселения: пост контроля устанавливается в населенном пункте с числом жителейне менее 5 тыс. человек [1].Экономические требования сводятся к ограничению числа постов (датчиков), чтообусловлено высокой стоимостью линий связи, оборудования (датчиков, приемопередающихинформацию устройств, систем персональных ЭВМ), зарплатой обслуживающегоперсонала, затратами на социальные нужды и т.д. Экологические требованиясводятся к обеспечению высокой степени информативности об уровнях загрязненияокружающей среды при любом направлении выброса, чего можно достигнутьувеличением числа постов контроля на промплощадке и в СЗЗ. Таким образом, числопостов контроля АСКРО играет значительную роль не только как одна из наиболееважных составных частей системы, но и как часть, формирующая стоимость системыв целом.

Дляопределения необходимого и достаточного числа датчиков, способныхзарегистрировать факел или облако радиоактивных выбросов, распространяющихся отисточника при любом направлении ветра 0£j£2p и при любом состоянии устойчивости атмосферы, воспользуемсяидеей работы [2],но в качестве "дозовых критериев" выберем мощность дозы внешнегооблучения, а в качестве порога - мощность дозы внешнего облучения для населения[3].Число постов контроля в этом случае найдем следующим образом. Положим, чторадиоактивная примесь рассеивается с высоты h_эф при наихудших метеорологическихусловиях, в качестве которых можно рассматривать категорию устойчивости типа Fиз класса устойчивости модели Пасквилла-Гиффорда [4].Этот класс характеризуется сильным ветровым переносом и слабой поперечнойдиффузией факела выбросов. На подстилающей поверхности на расстоянии R ~3* км от источника на проекции оси выбросазадают мощность дозы внешнего облучения, равную предельно допустимой для группы"В" (население), полагая, что такую мощность дозы создает факел выброса,распространяющийся в заданном направлении в выбранной точке (рис. 1).

Наподстилающей поверхности рассчитывают распределение мощности дозы внаправлении, перпендикулярном к радиусу, считая, что в максимуме распределения,т.е. на границе зоны по радиусу и достигается предельно допустимая мощностьдозы. В полученном распределении находят расстояние, на котором мощность дозыоказывается равной порогу чувствительности датчика (D_у)_min.Если это расстояние d, тонеобходимое число датчиков определится целой частью отношения N_н=[2pR/2d]=[pR/d], а достаточное - на единицу больше N_д=N_н+1. При классе устойчивости Fравно N_н=22¸24. При ином классе устойчивости(например, А), когда скорость переноса невелика, но значительна поперечнаядиффузия примесей, при неизменных остальных параметрах выброса (мощностьвыброса, радионуклидный состав) N_н=14¸16, что нетрудно понять из рис. 2. Такимобразом, наименьшее число датчиков, размещаемых в СЗЗ и регистрирующих факелвыбросов при любом направлении ветра, для класса устойчивости не ниже Fдолжно отвечать наихудшим условиям и составлять 22¸25. Следует отметить при этом, что сповышением чувствительности датчика, т.е. с уменьшением порога до 0,01m Зв/ч (последнее может быть получено засчет повышения чувствительности непосредственно регистрирующего элемента ипутем вычитания радиационного фона) значение d увеличится, а N_н - уменьшится без потери чувствительности системы в целом(наглядный пример того, как повышение качества дает количественный результат).

Рис. 2. Распределение мощности дозы внаправлении, перпендикулярном оси факела выбросов при Х=2750 м при устойчивом m₀=25,4 и неустойчивом m₀⁼-15,8 состояниях атмосферы [5]

Такимобразом, алгоритм определения необходимого и достаточного количества датчиковАСКРО, размещаемых на промплощадке и в СЗЗ ОИАЭ, сводится к:

1.Заданию радиуса СЗЗ R₀.

2.Определению эффективной высоты выброса h_эф.

3.Определению направления выброса радиоактивной примеси в атмосферу;

4.Проведению расчета пространственного распределения мощности дозы внешнегооблучения на высоте 1 м в локальной системе координат для наихудшего состоянияустойчивости атмосферы (состояния типа F в рамках классификации моделиПасквилла-Гиффорда).

5.Построению кривой распределения мощности дозы внешнего облучения в локальнойсистеме координат XY на границе СЗЗ (рис. 1) (максимум распределения (наоси Y) соответствует предельному значению мощности дозы для населения).

6.Нахождению на построенной кривой распределения мощности дозы D'(X)значения, соответствующего величине предельной чувствительности датчикафотонного излучения системы АСКРО и соответствующего этой величине значенияабсциссы X¢=d.

7.Определению необходимого количества числа датчиков фотонного излучения системыАСКРО целой частью отношения: N_н=[2pR₀/2d]=[pR₀/d].

8.Определению достаточного количества числа датчиков фотонного излучения системыАСКРО выражением N_д=[pR₀/d]+1.

Полученныезначения N_ни N_дбудут отвечать соответственно необходимому и достаточному количеству датчиковфотонного излучения системы АСКРО, размещаемых вокруг ОИАЭ.

Указаннуюпроцедуру оценки необходимого и достаточного количества числа датчиковфотонного излучения системы АСКРО целесообразно проводить, предварительнонабирая статистические данные по сезонным и годовым изменениям скорости ветра итемпературы, характеризующим состояние устойчивости атмосферы, в рамкахисследований метеорологических особенностей региона, в котором размещается АС.

Список литературы к Приложению № 20

1. Автоматизированная система контроля радиационнойобстановки в районе расположения атомных станций (АСКРО). Общие техническиетребования к системе и структуре размещения в районе расположения атомнойстанции. М.: Минатомэнерго СССР, 1988.

2. Кюммель М. Разработка оптимальной сети измерений дляпроведения контроля окружающей среды на АЭС. В кн. Обеспечение радиационнойбезопасности при эксплуатации АЭС. Кн. 5, М.: Энергоатомиздат, 1984, с. 78-89.

3. Елохин А.П. Принципы размещения датчиков мощностидозы вокруг АЭС. Атомная энергия. Т.76, Вып. 3, 1994, с. 188-193.

4. Учет дисперсионных параметров атмосферы при выбореплощадок для атомных электростанций. Руководство по безопасности (серия изданийпо безопасности № 50-SG-S3). Международное Агентство по Атомной Энергии, Вена,1982, 105 с.

5. Елохин А.П. Оптимизация методов и средствавтоматизированных систем контроля радиационной обстановки окружающей среды.Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М.: МИФИ,2001, 325 с.

______________________

* В настоящее времяпроисходит пересмотр границ СЗЗ АС и зон наблюдения в сторону их уменьшения.

Приложение№ 21

Принцип размещения детекторов фотонного излученияАСКРО на промплощадке и в СЗЗ ОИАЭ

Рассмотренныйв Приложении№ 20 принцип размещения постов контроля в С33 целесообразен лишь приусловии, что примеси при нештатной работе или аварийной ситуации выбрасываютсяиз вентиляционных труб АС. В этом случае наиболее важные параметры выброса,такие, как начальные температура T₀ и давление струи P₀, мощность выброса P_В, радионуклидный состав примесей или спектральный фотонногоизлучения, могут быть измерены специальными датчиками или их совокупностью,установленными в устье венттрубы. Иная ситуация возникает принесанкционированном выбросе примесей в виде перегретой газовой струи изотверстий, клапанов, неплотностей сосудов, рваных отверстий или щелей,возникающих в случае взрыва или разрыва резервуаров, находящихся под высокимдавлением и высокой температурой. В этом случае экспериментально почтиневозможно определить ни параметры струи, выбрасываемой из отверстий, ниобъемную активность примесей, ни их радиационные характеристики, поскольку не известенспектр или средняя энергия фотонного излучения, и, в конечном счете, невозможноопределить масштабы радиоактивного загрязнения окружающей среды и оценить егоэкологические последствия, так как подобные аварии являются крайне редкими и немогут быть прогнозируемыми. Разработка же универсальной аппаратуры, которуюможно было бы использовать для определения указанных параметров и характеристикв любых ситуациях, - задача почти невыполнимая и, кроме того, может привести крезкому удорожанию АС. Тем не менее, радиоактивное загрязнение окружающей средыв случае мощного нестационарного импульсного выброса примесей через отверстияможет быть успешно оценено при использовании показаний технологическихдатчиков, устанавливаемых в сосудах и определяющих температуру и давлениесреды, и показаний датчиков АСКРО, определяющих мощность дозы внешнегооблучения от облака, образовавшегося в результате выброса. При этом датчики напромплощадке и в СЗЗ должны быть расположены по определенному правилу, котороетребует, чтобы расстояние от возможного источника радиационной опасности (АС)до любого датчика было строго различно. Чтобы убедиться в этом, достаточнорассмотреть в общем случае выражение для мощности дозы в точках P_i,j,k=P(x_i,y_j,z_k), расположенных на подстилающейповерхности, от объемного источника (облака) с распределением объемнойактивности в нем q(x, y, z):

,    (1)

где a(E) - зависимостьчувствительности детектора от энергии фотонного излучения примесей в облаке; m_a(E), m(E) - коэффициентыпередачи энергии и линейного ослабления фотонного излучения в воздухесоответственно;  - фактор накопления; a(Е), b(Е)- известные функции энергии [1];j(E) - подлежащийопределению дифференциальный спектр фотонного излучения примесей; x, y,z - текущие координаты; x_i, y_j, z_k, , - координаты датчиков АСКРО; V -область интегрирования; ; .

Предполагаякратковременность выброса, можно пренебречь его смещением относительно осисимметрии. Требование кратковременности существенно упрощает метод оценкимощности дозы, создаваемой облаком, тогда как оценка мощности дозы вдинамическом режиме распространения требует учета не только деформации облака,но и учета метеорологических факторов атмосферы, особенностей подстилающейповерхности и т.д. (ниже будет показано, как обойти и эти трудности).

Координатыцентра масс облака определим следующим образом:

; ; ; .

Полагая,что расстояние  от точки центра масс до любого поста контроляАСКРО значительно больше характерного размера облака, объемную активность q(x,y, z) представим в виде:

,                                                                (2)

где d(х)- дельта функция. Проводя в уравнении (1), интегрирование по объему с q(x,y, z) вида выражения (2), получаем:

,        (3)

где R_i,j,k=R_i; i=1,2,3…N_д,; N_д -достаточное число детекторов фотонного излучения системы АСКРО. Уравнение (3)относительно функции j(Е) представляет собой уравнение Фредгольмапервого рода и относится к классу некорректных задач при заданной погрешности DD измерения датчиковфотонного излучения. Нетривиальное решение этого уравнения возможно, если . Уравнениерешают заменой j(Е)групповым спектром, аппроксимацией интеграла конечной суммой и, таким образом,при различных i задачу сводят к системе линейных алгебраическихуравнений, т.е. решают систему вида:

,                                                                                                                      (4)

где  - матрица N_д´M(N_д³M) с матричным элементом a_i,j:

;

 - вектор искомого решения с компонентами j_j, j = 1, 2,3, ... m;  - заданный вектор результатов измерений скомпонентами .

Рис.1. Гистограммы спектров фотонного излучения: 1 - исходный j(E)_апр (Е_ср=0,567МэВ), 2 - восстановленный с использованием метода Y. Su (Е_ср=0,526 МэВ), 3 -восстановленный с использованием метода регуляризации Тихонова А. Н (Е_ср=0,512МэВ)

Изимеющихся методов решения подобных систем уравнений наибольшее применениеполучили методы регуляризации [2,3]и итеративной регуляризации [4],в которых искомое решение находят, учитывая погрешность как правой частиуравнения (4), так и оператора , если онаесть (в данной задаче эта погрешность может быть обусловлена факторомнакопления). Вместе с тем, для задач спектрометрии ионизирующего излученияразработаны и специальные методы, особенностью которых является жесткоетребование положительностирешения j_j³0, j = 1, 2, 3, _ m и отсутствие погрешности воператоре  [5-7].Для проверки методов расчета j_j использует так называемый метод"бумажного эксперимента": задают исходный спектр j_апр(Е), затем по уравнению (3) находят значения D(R_i), которые искажают в пределах погрешностиреальных показаний датчиков (15¸25 %), после чего решают обратную задачуопределения j_j.Из представленных на рис. 1 результатов решения уравнения (4) следует, чтоисходный и восстановленный спектры удовлетворительно согласуются, а в табл. 1вместе с указанными спектрами приведено решение системы линейных алгебраическихуравнений, полученное тривиальным обращением матрицы (неудовлетворительноерешение): , где  - матрица сопряженная ,  - обратная матрица размером ;  - вектор.

Таблица 1

Сравнение исходного j_апри восстановленных спектров

При решении некорректных задачобычно рассматриваются два случая. В первом задается погрешность в правой части(векторе ) и вовтором - погрешность задается правой части и ядре уравнения (3). Впредставленном документе ограничиваются первым случаем. Вместе с тем, и в том ив другом случаях в работе [3]разработан устойчивый метод решения задачи. Однако для рассматриваемой задачимогут быть использованы и другие методы: метод N. Sconfield [5], Y. Su [6],H. Fabian [7].Эти методы отличаются от метода работы [2]тем, что они требуют строгой положительности решения, что полностью отвечаетрассматриваемой задаче. Между собой эти методы отличаются определеннымалгоритмом, суть которого сводится к поправке диагональных элементов матрицы.Последнее определяет скорость сходимости задач, которые решают, используяитерационные процедуры. Ниже приведены алгоритмы указанных методов, реализациякоторых осуществляется пошагово, при этом вектору  в уравнении (4) соответствует вектор  в методах I и II, а вектору правой части  соответствует вектор :

Вработе [7]исходное уравнение имеет аналогичный вид:

, i =1, 2, _ m,                                                                                     (5)

где Q_i,j - элементматрицы, соответствующей матричному элементу a_i,j матрицы  в уравнении (4); искомый вектор  - вектору ; векторправой части  - вектору . Искомыйвектор  в этой работе находят из уравнения:

,                                                                                                                      (6)

в которомнулевое приближение искомого вектора  находят с помощью единичной диагональнойматрицы d⁽⁰⁾из уравнения:

.                                                                                                              (7)

Этоприближение в общем случае не удовлетворяет уравнению (5), но дает возможностьоценить нулевое приближение вектора :

,                                                                                                             (8)

чтопозволяет получить поправочные диагональные элементы матрицы :

, k =1, 2, ... m.                                                                                      (9)

Такимобразом, полученные оценки матричных элементов диагональной матрицы  позволяют предложить следующий алгоритмоценки искомого вектора .

Еслив п. 3 достигается условие сходимости, то решение считается найденным. В рядеслучаев целесообразно задавать не погрешность, а число итераций, после чегорешение считается найденным. Из рис. 1 следует, что значение средней энергиивосстановленных спектров меньше исходного. Последнее нетрудно понять, еслиучесть, что средняя энергия представленных распределений также представляетсобой интегральную величину:

. Поэтомуналичие погрешности в спектральных распределениях, возникающих при заданиипогрешности измерения датчиков, подтверждает справедливость формулы,описывающей оценку средней величины аргумента случайной функции при заданной ееотносительной погрешности d, которая для средней энергии <E_tot> будетиметь вид: < E_tot> = <E_cp> (1-d).

Следуеттакже отметить, что найденная таким образом средняя энергия фотонного излученияот объемного источника, образовавшегося в результате радиационной аварии наОИАЭ, по показаниям датчиков системы АСКРО не будет соответствовать какому-либоопределенному радионуклиду, но, тем не менее, даст возможность провести оценкирадиоактивного загрязнения окружающей среды и дозовых нагрузок на персонал инаселение.

Рис. 2. Возможное размещение датчиков фотонногоизлучения в СЗЗ по спирали Архимеда (на пересечении кривой с лучами) имноголучевой звездой в вершинах и основаниях лучей [8]

Такимобразом, алгоритм определения спектрального состава фотонного излучениярадиоактивной примеси и его средней энергии сводится к следующему:

1.Определению эффективной высоты подъема радиоактивного облака, при использованиипоказаний технологических датчиков, измеряющих в резервуаре температуру идавление среды.

2.Определению показаний детекторов фотонного излучения системы АСКРО,расположенных на промплощадке и в СЗЗ.

3.Заданию координат датчиков АСКРО и координаты источника с учетом егоэффективной высоты.

4.Вычислению расстояния  от источника докаждого из детекторов.

5.Определению спектрального состава фотонного излучения радиоактивной примеси, спомощью одного из методов, описанных выше [5], [6],[7].

6.Определению средней энергии фотонного излучения.

Рис. 3. Определение приращения радиуса-вектораR_iи его последующего значения по предыдущему. Н_I- высота источника; r_i - расстояние наподстилающей поверхности от основанияисточника до детектора фотонногоизлучения АСКРО

Условие, i =1, 2, 3 _ N_д накладывает определенные требования кразмещению детекторов фотонного излучения АСКРО, которые сводятся к исключениюосевой и центральной симметрии при их размещении, поскольку в противном случаечисло уравнений вида (3) или (4), отличающихся правой частью, уменьшится в 2или 4 раза (при осевой симметрии) или приведет к полному вырождению системылинейных алгебраических уравнений (при размещении датчиков по периметру СЗЗ,т.е. при центральной симметрии). Кроме того, как уже отмечалось, размещениедатчиков по периметру зоны надежно регистрирует факел выброса илираспространение облака при любом направлении ветра. Учет этих двухпротиворечивых требований приводит к тому, что R_i датчиков фотонного излучения должновозрастать с увеличением азимутального угла, отсчитываемого от какого-либонаправления (например, как в спирали Архимеда). Графики таких кривых приведенына рис. 2 и представляют собой либо гладкую кривую, для которой R_i, является функцией угла; R_i=R₀q_i, q_i=iDq; I=1, 2, …N_д; Dq=2p/N_д, либо многолучевую звезду. Согласно работе [8],каждый из датчиков N_i,где i=1, 2, …N_д;, установлен на расстоянии радиуса-вектора R_i от источника радиоактивных выбросов (нарасстоянии r_iот основания источника), отличном от соответствующих расстояний всех остальных g - датчиков на величину DR_i (Dr_i на подстилающей поверхности) - рис. 3,причем для R_i£1000 м DR_i находят из выражения:

,                                                           (10)

адля R_i£1000 м DR_i³W,

где

;                                                                                              (11)

Рис. 4. Определение зависимости DR_i как функциирадиуса-вектора R_i(DR_i=f(R_i))

dD - максимальнаяотносительная погрешность измерения мощности дозы датчиком фотонного излучения;m=m(E_ср) -линейный коэффициент ослабления фотонного излучения радиоактивной примеси ввоздухе, м^-1; E_ср- средняя энергия фотонного излучения радиоактивной примеси МэВ. Вывод формул(10), (11) основан на следующих соображениях. Упомянутые выше двапротиворечивых требований по размещению датчиков АСКРО могут быть учтены, еслирасстояние от источника выбросов до любого из датчиков контроля R_i будетотличаться от соответствующих расстояний всех остальных датчиков на величину,большую или равную расстоянию между двумя точками на местности, в которыхотносительная разность мощностей доз от контролируемого источника, по крайнеймере, больше или равна величине удвоенного значения максимальной относительнойпогрешности измерения мощности дозы с помощью используемых датчиков. Этисоображения записываются выражением:

,                                                                                        (12)

где D(R+DR), D(R) - значения мощностей доз в точках(R+DR), (R)соответственно и .

Посколькув бесконечной среде мощность дозы описывается выражением: , то всоответствии с формулой (12) получают:

.            (13)

Полагаяв последнем B(E,R+DR)»B(E,R), при выполнении неравенства (DR/R)²<<1 получают выражение(10), а при выполнении неравенства DR/R<<1 - выражение(11). Практически зависимость DR_i=f(R_i), определяемую формулой (10), находят изграфика, который строят согласно выражению (10), используя в качестве аргумента заданные значения R_i. Для R_i>1000 м, R₀ находят из условия DR_i=R_i+1-R_i=W, что дает R₀=N_дW/2 и при dD = 30 % и E_cp=1 МэВ, R₀=444 м, W = 111 м. При заданном R₀ величину r₀ определяют из условия: . При R_i£1000 м минимальное значение R_i выбирают равным , где в качестве высоты источника H_I, принимают высоту венттрубы АС, апоследующие значения R_i+1,R_i+2 находят, используя формулу (10) иликривую рис. 4 для определения DR_i и соотношение: R_i+1=R_i+DR_i. При найденных R_i, DR_i, расстояния r_i на плоскости (подстилающей поверхности)от основания источника до датчика, при заданной величине H_I, для больших и малых R_i, находят, принимая r_min=r₁=H_I,из выражений:

                                                            (14)

Такимобразом, предложенный метод расстановки детекторов фотонного излучения АСКРО, сучетом их необходимого и достаточного количества и равномерности азимутальногораспределения вокруг АС, удовлетворяет экономическим, экологическим ифизическим принципам, которые дают основание говорить, что расстановка постовконтроля, выполненная указанным методом, действительно является оптимальной.

Список литературы к Приложению № 21

1. Машкович В.П., Кудрявцева А.В. Защита от ионизирующихизлучений. Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1995, 496 с.

2. Тихонов А.Н. О решении некорректно поставленных задачи метод регуляризации. ДАН СССР, 1963, т. 191, № 3, с. 501-509.

3. Тихонов А.Н. Об устойчивости обратных задач. ДАНСССР, 1943, Т. 39, № 5, с. 195-198.

4. Фридман В.М. Метод последовательных приближений дляинтегральных уравнений Фредгольма I-го рода. Успехи математических наук, 1956,Т. 11, № 1, с. 233-234.

5. Sconfield N. Proc. Symp. NAS-NS3017, 1962, p. 108.

6. Su Y. Study of scintillatio№spectrometry unfolding methods. nucl. Instr. Meth., 1967, v. 54, p. 109-115.

7. Fabian H.U., Nemsman U.Determination of the energy spectrum of a gamma-ray flash. - Atomkernenergie,1970, BD 16, S. 143-145.

8. Елохин А.П., Pay Д.Ф. Система контроля радиационнойобстановки в зонах размещения объектов атомной промышленности. Патент РФ №2042157, бюллетень № 23 от 20.08.95.

Приложение№ 22

Метод уточнения величины мощности выброса

Припостановке задачи в выражение, описывающее источник выброса радиоактивнойпримеси в уравнении (14) Приложения № 4,входит множителем мощность выброса Р_в. Если рассматриваемаяпримесь является радиоактивной, что и будем предполагать в дальнейшем, томощность выброса будет определяться произведением расхода G [м³/с] на объемную активностьпримеси Q[Кюри/м³] (Р_в=GQ). Поэтому для определения мощностивыброса необходимо измерять две величины: расход G и объемную активностьQ. Разработки датчиков, непосредственно измеряющих мощность выброса, внастоящее время отсутствуют. Величину расхода, в основном, определяют, исходяиз полной мощности вентиляционных установок, имеющих вывод в венттрубу.Объемная активность не может определяться в динамическом режиме, поэтому величинамощности выброса известна со значительной погрешностью. Вместе с тем, суточнением мощности выброса корректируется как объемная активность воздушногобассейна, так и масштабы радиоактивного загрязнения окружающей среды в целом.

Воспользуемсятем, что уравнение (14) Приложения № 4является линейными и мощность выброса в решение входит линейно, поэтому,рассчитывая некоторую интегральную величину, в которую мощность выброса входиткак множитель (например, мощность дозы от факела радиоактивных выбросов), иизмеряя эту величину, например, датчиками АСКРО, полагая при этом, что ихколичество должно быть достаточным в СЗЗ [1,2],численное значение величины мощности выброса найдется как отношение измереннойвеличины мощности дозы к расчетной (при  - единичной мощности выброса, т.е., где  - измеренное значение мощности дозы,  - расчетное значение при единичной мощности).В общем случае алгоритм определения численного значения величины Р_ввыглядит следующим образом.

1.Выбирают датчик, ближайший к оси следа выброса на подстилающей поверхности.

2.Регистрируют показания этого датчика в различные моменты времени , гдеi = 1, 2, 3, _, L, учитываянестационарность процесса переноса радиоактивного облака при его движении вдольоси.

3.Находят момент времени t*,в котором показание будет максимальным.

4.Вычисляют в тот же момент времени в точке выбранного датчика мощность дозы  при P_в=1, т.е. находят:

,

вкоторой  рассчитано по уравнениям (14) и (1)Приложений № 20,21при P_в=1.

5.Так как , тоизмеренная величина  и рассчитанная при P_в=1 определяютсясоотношением: , чтои позволяет найти искомое значение .

6.Если в области распространения следа радиоактивного облака окажется несколькодатчиков i = 1,2, ..., N' то,осуществляя подобную процедуру для каждого i-го датчика, абсолютное численноезначение P_внаходят как среднеквадратичное .Такая оценка позволит избежать влияния нестабильной работы какого-нибудь одногоиз датчиков на величину P_в.

Длястационарного выброса, измеряя величину мощности дозы внешнего облучениядатчиками АСКРО, полагая при этом, что их количество удовлетворяет критериюдостаточности, численное значение мощности выброса найдется как отношениевеличин мощностей доз измеренной и расчетной (при единичной мощности выброса)по формуле:

,

где  - измеренное значение мощности дозы,  - расчетное значение при единичной мощности.

Послеумножения на P_ввсех искомых функционалов, вычисленных с q_ед(x, y,z, t), получаютраспределения в абсолютных единицах.

Приэтом следует учитывать, что с уменьшением измеряемой мощности дозы  увеличивается относительный вклад фоновогозначения мощности дозы, и, таким образом, растет погрешность мощности выброса.Чтобы убедиться в этом рассмотрим оценку величины мощности выброса при наличииестественного или техногенного фона фотонного излучения.

Пустьвеличина  представляет собой фоновую мощность дозы,создаваемую фотонным излучением естественного или техногенного происхождения, аизмерение мощности дозы в условиях аварийного выброса осуществляется в двухточках на расстояниях Y₁и Y₂,(Y₁<Y₂),отстоящих от оси выброса X, представляющих соответственно значения  и ,удовлетворяющих неравенству  (рис. 1).

Рис.1. Оценка величины мощности выброса радиоактивной примеси в атмосферу с учетомфоновых значений мощности дозы естественного или техногенного происхождения

Введемзначение веса d_i,представляющего собой относительный вклад разности измеренного значениямощности дозы за вычетом фонового значения к ее абсолютной величине . Очевидно,что при выполнении указанных неравенств d₁>d₂ и d₂~0, если . Приопределенных нами условиях величины d₁ и d₂ будут представлять собой следующее: , , ачисленные значения мощности выброса, измеряемого при нормировке на тот илидругой детектор, с учетом весов будут определяться соответственно выражениями:

,  и .

Такимобразом, с учетом фоновых значений, общее выражение для численного значениямощности выброса определится выражением: , где  и . Послеумножения всех искомых функционалов на P_в, вычисленных с q_ед(x, y, z, t), получим распределения в абсолютныхединицах.

Список литературы к Приложению № 22

1. Корн Г, Корн Т. Справочник по математике (для научныхработников и инженеров). М.: Наука, 1974, с. 48.

2. Елохин А.П., Соловей А.Ф. Оценка и прогнозированиемасштабов радиоактивного загрязнения окружающей среды при выбросах АЭС. Атомнаяэнергия, т. 77, вып. 2, 1994, с. 145-152.

Приложение№ 23

Метод выбора наиболее оптимального датчика длянормировки

Еслидетекторы фотонного излучения дозиметрического контроля (датчики АСКРО),расположенные в C33, зафиксировать в полярной системе координат z=z( R_i, j_I), где R_i - радиус i-годетектора, j_i - азимутальныйугол, под которым детектор расположен относительно начала отсчета (с севера наюг по часовой стрелке), то при задании направления выброса (биссектрисы растворафакела), задаваемого углом j_b,один из детекторов фотонного излучения будет расположен наиболее близко к осивыброса (рис. 1). Очевидно, что мощность дозы, регистрируемая этим датчикомАСКРО, будет выше, чем у других. Поэтому и мощность выброса следует определятьпо этому датчику.

Алгоритмопределения датчика ближайшего к оси выброса выглядит следующим образом.

Рис.1 Геометрия определения координат и номера датчика, ближайшего к оси выбросарадиоактивной примеси 1 -10 - детекторы фотонного излучения постов контроляАСКРО, (X,Y) -жесткаясистема координат, (Х',Y)-локальная система координат

1.При заданном направлении выброса, датчик ближайший к оси выброса, находят,выбирая минимальное значение тангенса угла датчиков ACKPO, расположенных врастворе (- 90, + 90) относительно направления выброса (рис. 1).

2.Если тангенсы углов, под которыми расположены несколько датчиков относительнонаправления выброса, будут равны, то ближайшим к оси выбирается детектор,имеющий меньший радиус R_i.Аналогично поступают, если детекторы лежат на одной прямой (на одном луче).

3.Значение мощности дозы каждого датчика в СЗЗ фиксируется в ЭВМ и хранится втаблице под своим номером "i". Для датчика, выбранногоближайшим к оси выброса, определяют декартовы координаты (x_i,y_i) с осью "X¢"вдоль направления выброса и его номер "i", по которому затемнаходят значение мощности дозы, регистрируемое этим датчиком.

Приложение№ 24

Термины и определения

1. Мощностьвыброса радиоактивной примеси, [Бк/с] - величина, равная произведению секундногорасхода G [м³/с] на объемную активность А_v [Бк/м³].

2. Орографияподстилающей поверхности - особенности региона, учитывающие своеобразностьрельефа подстилающей поверхности и ее шероховатость.

3. Пограничныйслой атмосферы - прилегающий к земной поверхности слой атмосферы высотой всреднем около 1000 м, свойства которого, в основном, определяются динамичными итепловыми воздействиями земной поверхности.

4. Приземныйслой атмосферы - часть пограничного слоя атмосферы; нижний, прилегающий кземной поверхности слой тропосферы толщиной 30-50 м (иногда до 250 м), свойствакоторого в значительной степени определяются близостью подстилающейповерхности; в этом слое атмосферы скорость ветра, температура и влажностьвоздуха особенно быстро меняются с высотой, а также обычно возникают приземныеинверсии температуры, туманы, заморозки, скапливаются загрязнения.

5. Состояниеустойчивости пограничного слоя атмосферы - состояние пограничного слояатмосферы, характеризуемое относительно устойчивыми во времени полямиметеорологических элементов (температурой, скоростью ветра, его направлением,влажностью и т.д.).

6. Шероховатостьподстилающей поверхности - неровности подстилающей поверхности, вчастности, городские строения, растительный покров, снежный покров и другиефакторы, оказывающие значительное влияние на характер распространениявоздушного потока. Влияние таких неровностей учитывается с помощью измененияпараметра шероховатости z_0.