Пассивные методы обнаружения радиоактивных выбросов в атмосферу
( 2.5 )
СН4 + h( ( СН2 + Н2 ; Н2 + h( ( H + H ,
( 2.6 )
СH4 + h( ( CH + H2 + H ,
( 2.7 )
Спектр поглощения ультрафиолетового излучения в этой области
непрерывен.
Фотолиз аммиака происходит под действием ближнего и вакуумного
ультрафиолета и состоит из трёх основных первичных процессов :
NH3 + h( ( NH2 + H ( < 280 нм ,
( 2.8 )
NH3 + h( ( NH + H2 ( < 224 нм ,
( 2.9 )
NH3 + h( ( NH + H + H ( < 1457 нм ,
( 2.10 )
Процессы ( 2.8 ) и ( 2.10 ) являются наиболее вероятными при
диссоциации , когда длина волны излучения ( < 280 нм.
Основной первичный фотохимический процесс при фотодиссоциации
формальдегида происходит по схеме
HCHO + h( ( H + HCO ( пороговая длина волны ( ( 350 нм ).
Основным первичным процессом при диссоциации молекул воды , когда ( (
105 ( 190 нм является образование атомарного водорода и гидроксила ОН
H2O + h( ( H + OH ( < 242 нм.
Кроме того , молекулярный водород Н2 образующийся в результате
протекания второстепенных ( то есть не приведённых выше ) реакций , может
также диссоциировать в атмосфере под действием излучения с длинами волн ( =
84,47 ( 110,8 нм по схеме
Н2 + h( ( H + H
( 2.11 )
На основании проведённого рассмотрения следует , что существует ряд
каналов , по которым в реальной атмосфере образуется атомарный водород и
гидроксил ОН в результате процессов фотолиза водородосодержащих соединений.
Равновесная концентрация атомов Н и радикала ОН определяется процессами
рождения и рекомбинации. Однако их фоновая концентрация ( а следовательно ,
и излучение в СВЧ диапазоне длин волн ) должны быть меньше тех , что
образуются в результате выбросов в атмосферу радиоактивных веществ.
Остановимся теперь на фоновом излучении , которое характерно для высот
, меньших 10 км. По своему происхождению электромагнитный фон можно
разделить на природный и техногенный. Излучения атомарного водорода и
гидроксила ОН , являющиеся индикаторами радиоактивного загрязнения
атмосферы , относятся к категории техногенного электромагнитного фона. Выше
отмечалось , что их регистрация возможна лишь в случае выделения полезного
сигнала на уровне шумов.
В свою очередь природный электромагнитный фон может иметь атмосферное
либо литосферное происхождение. Кроме того существует ещё и космическое
радиоизлучение. Рассмотрение начнём с литосферного электромагнитного фона
[40]. Полная классификация электромагнитного фона приведена в табл. 2.3 .
Генерация электромагнитного излучения из литосферы в свободное
пространство обусловлена преимущественно двумя механизмами [40,41] :
а) адгезионно - когезионным механизмом генерации , при котором его
появление вызвано образованием разрядов между свежезаряженными стенками
разрушающихся минералов ;
б) флуктуационным механизмом генерации излучения , который вызван
наличием остаточной поляризации минералов , изменяющейся под действием
тепловых или радиационных полей , что в свою очередь приводит к
перераспределению энергии и появлению в минералах электрических и
электромагнитных полей.
Не вдаваясь в подробности протекания перечисленных процессов , отметим
лишь , что литосферное электромагнитное излучение регистрируется в
диапазоне от 100 кГц до 2.5 МГц , то есть находится далеко от тех частот ,
которые излучают как атомарный водород , так и гидроксил ОН.
Источниками электромагнитного излучения в атмосфере являются (см. табл.
2.3 ) :
а) грозовые разряды ;
б) предгрозовое радиоизлучение ;
в) непрерывно - шумовое радиоизлучение грозовых облаков и циклонов.
Радиоизлучение линейной молнии исследовалось в работах [ 42 , 43 ]. Оно
было регистрировано в узком диапазоне частот ( 0.1 ( 0.2 ) ГГц через 0.1
( 0.4 с после появления лидера грозового разряда и продолжалось в среднем
около 50 нс. Спектральная плотность такого излучения оказалась низкой и
составляла 10-12 ( 10-10 Вт/см2 Гц на расстоянии 1 км от молнии.
Физическая природа двух последних видов излучений обусловлена , с одной
стороны , колебаниями поверхностей заряженных капель воды и , с другой
стороны , их дроблением коагуляцией. Непрерывно - шумовое радиоизмерение
грозовых облаков и циклонов наблюдается на частотах от сотен кГц до сотен
МГц.
Излучают радиоволны и различные светящиеся объекты , возникающие в
атмосфере и имеющие , как правило , плазменное происхождение ( см. табл.
2.3 ) . Однако все эти явления принадлежат к числу непериодических
быстропротекающих процессов и время их жизни значительно меньше , чем время
жизни радиоактивного облака ( или шлейфа ) в атмосфере. По этой причине они
вряд ли окажут решающее влияние на результаты измерений.
К природному электромагнитному фону относится также космическое
радиоизлучение. Для него мощность шума выражается через радиационную
температуру , которая соответствует температуре абсолютно чёрного тела ,
когда суммарные мощности обоих излучений равны. Кривые изменения
радиационной температуры шумов от частоты представлены на рис. [ 44 ].
Из рис. 2.5 видно , что мощность шумов различных видов радиоизлучения
оказывается меньшей в полосе частот 1.0 ( 10.0 ГГц. Строго говоря , эта
величина зависит от времени суток , однако не превышает 10-21 Вт/м2 [ 39 ].
Ослабление радиоизлучения на частоте 1.4 ГГц за счёт поглощения его в
атмосфере не превышает 2 дБ при различных углах места ( приёмной антены [
45 ]. При ( = 90( в спокойной атмосфере оно минимально и составляет всего
0.03 дБ. Фоновый аэрозоль не оказывает также заметного влияния на
поглощение радиосигналов. Значения коэффициентов ослабления при
распространении радиоволн в дожде составляют 0.002 ( 0.010 дБ/км. В [ 36 ]
для уменьшения уровня шумов атмосферного водорода измерения предлагается
производить в тёмное время суток. Co своей стороны, мы полагаем , что
мощность полезного сигнала возрастёт , если измерения проводить не во время
дождя , а при относительной влажности воздуха , близкой к 100%. В этом
случае резко возрастает выход атомарного водорода и гидроксила ОН при
разложении молекул Н2О , вследствие их радиоактивного облучения.
Таблица 2.1.
Значения а1, а2 , в1 , в2 , c1 и c2 для различных классов
устойчивости
| | | |
|Класс |(y |(z |
|устойчивости | | |
| |c1 |a1 a2 |
| |c2 |в1 в2 |
| 3 | 0.11 | 10-4 |0.1120|9.5(10-4| |0.718 |
| | | | | |0.920 | |
| 4 | 0.08 | 10-4 |0.0980|1.35(10-| |0.668 |
| | | | |3 |0.889 | |
| 5 | 0.06 | 10-4 |0.0609|1.96(10-| |0.684 |
| | | | |3 |0.895 | |
Таблица 2.2.
Значения а1, а2 ,в2 , c1 и c2 для вычисления горизонтальной
(у и вертикальной дисперсии примеси (z в зависимости от класса
устойчивости
| | | |
|Класс |(y |(z |
|устойчивости | | |
| |c1 |a1 a2 |
| |c2 |b2 |
| 3 | 0.22 |4 10-4| 0.20 | 0 | 0 |
| 4 | 0.16 |4 10-4 | 0.14 |3 10-4 | -0.5 |
| 5 | 0.11 |4 10-4| 0.08 |1.5 10-4| -0.5 |
Рис.2.1. Кривые изменения уровня максимальной концентрации радионуклидов в
шлейфе в зависимости от расстояния до источника выбросов для
различных показателей стратификации атмосферы: 1 - n = 3; 2 - n = 4;
3 - n = 5. Случай а) - гладкая поверхность; случай б) - неровная
(шероховатая) поверхность: лес, пригород и пр.
Рис.2.2.Изменения по высоте контуров шлейфа выбросов, взятых по
уровню 1/е от максимальной концентрации радионуклидов, для
различных показателей стратификации атмосферы: 1 - n = 3; 2 - n = 4;
3 - n = 5. Случай а) - гладкая поверхность; случай б) - неровная
поверхность; лес, пригород и пр.
Рис.2.3. Фотохимическое время жизни атомарного водорода Н и гидроксила ОН
(соответственно кривые 5 и 6) и постоянные времени их переноса: 1
- для зонального переноса, 2 - для меридионального переноса, 3 - для
вертикального переноса, 4 - для случая одномерной диффузии.
Рис.2.4. Модельные распределения концентраций атомарного водорода и
гидроксила ОН, вычисленные в полдень для марта месяца.
Рис.2.5.Изменение мощности фонового излучения в зависимости от частоты: 1
- космический фон без учета влияния атмосферы; 2 - то же с учетом
влияния атмосферы; 3 - атмосфосферный электромагнитный фон.
26. Протасевич Е.Т. Метод определения радиоактивного загрязнения окружающей
среды по свечению воздуха // Оптика атмосферы и океана. - 1994. - Т.7,
N 5. - С. 697-700.
| | скачать работу |
Пассивные методы обнаружения радиоактивных выбросов в атмосферу |