Вплив вологості та температури на міграціюCs137 у грунтах Шацького національного природного парку

Міністерство освіти і науки України

Львівський національний університет імені Івана Франка

Факультет електроніки

Кафедра оптоелектроніки та інформаційних технологій

­Допустити до захисту:

Завідувач кафедри
________ проф. Половинко І. І.

“ ____ ” __________ 2013 р.

Призначити рецензентом

______

Декан факультету

________ проф. Половинко І. І.

“ ____ ” __________ 2013 р.

 

Вплив вологості та температури на міграціюCs¹³⁷ у грунтах Шацького національного природного парку

Дипломна робота магістра

Група ФеПм-51

Виконала

студентка 5-го курсу

________ Піхо А. М.

 

_______ доц. Катеринчук І. М.

 

Львів 2013

ЗМІСТ

Вступ . . . . . . . . . . . 3

РОЗДІЛ І ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА . . . . . .

1.1. Природа, джерела та вплив на людину радіоактивного забруднення довкілля . . . . . . . . .

1.2. Ґрунт як ланка міграції радіонуклідів . . . . . .

1.3. Математичне моделювання міграції в ґрунтах. . . . 12

1.3.1. Аналітичний метод . . . . . . . . 14

1.3.2. Методи чисельного моделювання . . . . . . 15

1.3.3. Елементи кореляційного аналізу . . . . . . 17

1.4. Вплив вологості та температури на міграцію радіонуклідів в профілі ґрунту . . . . . . . . . . .24

РОЗДІЛ ІІ МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕННЯ ТА РОЗРАХУНКІВ

2.1. Методика відбору проб вертикального зрізу шару ґрунту

2.2. Методика розрахунків

РОЗДІЛ ІІІ РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА

Висновки . . . . . . . . . . 29

Список літератури. . . . . . . . . 30

 

Вступ

Дослідження екологічних процесів, пов’язаних з міграцією радіонуклідів в ґрунтах Шацького національного природного парку (ШНПП), є актуальною темою сьогодні, коли Україна і зокрема Поліський регіон, що постраждав в Україні найбільшою мірою, перебувають у стані подолання наслідків Чорнобильської катастрофи. Найбільш цікавим для дослідження є ¹³⁷Cs, який, з огляду на його властивості та масштаби забруднення, може бути потенційним джерелом небезпеки для населення. Тому, природно, виникає необхідність у вивчені і прогнозуванні поведінки ¹³⁷Cs в усіх елементах природної екосистеми, а зокрема в ґрунтах, які можуть бути використані людиною. Найбільш вдалим інструментом для цього є математичне моделювання.

Визначення всіх чинників котрі потрібно враховувати при математичному моделюванні є актуальною задачею. Зокрема в даній роботі аналізується вплив погодних умов на перебіг міграції в ґрунтах ШНПП радіоцезію.

Мета роботи полягає у практичному застосуванні кореляційного аналізу. Визначення параметрів D та w дифузійно дрейфової моделі для ґрунтів ШНПП.

Об’єктом дослідження є процес міграції радіонуклідів та вплив на нього погодних умов в дерново – слабопідзолистому глеюватому супіщаному (ДСГ) , дерново – слабопідзолистому піщаному (ДСП) та дерново – слабопідзолистому супіщаному (ДСС) ґрунтах ШНПП. У якості вихідних даних були використані дані по питомій активності радіоізотопу ¹³⁷Cs, отримані в 1999 - 2011 рр. лабораторією прикладної гамма спектроскопії ЛНУ імені Івана Франка.

Предметом дослідження є дослідження процесу міграції ¹³⁷Cs з допомогою математичного моделювання та кореляційного аналізу в ґрунтових екосистемах Шацького національного природного парку.

Визначення параметрів дифузійно-дрейфової моделі міграції радіонуклідів та впливу на них погодних чинників дає можливість проведення аналізу стану забрудненості екосистеми і дозволяє детально вивчити шляхи міграції радіонуклідів з великим періодом напіврозпаду. Це дозволяє досліджувати особливості перерозподілу радіонуклідів в залежності від погодних умов. Дана робота має практичне застосування в задачах дослідження закономірностей міграції радіонуклідів в ґрунтових екосистемах, а зокрема в ґрунтах Шацького національного природного парку.

РОЗДІЛ І ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

1.1. Природа, джерела та вплив на людину радіоактивного забруднення довкілля

Іонізуюче опромінення надходить до нас з усюди: з всесвіту - “космічні промені; випромінювання природних радіоактивних елементів, що входять у склад земної кори, а також ці елементи у вигляді пилу попадають у повітря, або вимиваються водою у гідросферу.

Проте, останнім часом в навколишнє середовище почали надходити радіоактивні речовини техногенного походження. В результаті діяльності людини в довколишньому середовищі з'явилися штучні радіонукліди і джерела випромінювання. У зв'язку з індустріалізацією в природне середовище стали надходити у великих кількостях природні радіонукліди, що добуваються з глибин землі разом з корисними копалинами (вугіллям, газом, нафтою, мінеральними добривами, будівельними матеріалами та ін.). Радіоактивні елементи надходять в довкілля також в результаті роботи АЕС, ТЕС, підприємств ядерного паливного циклу (ЯПЦ), установ по захороненню ядерних відходів. [1]

Іонізуюче випромінювання – невидиме оком випромінювання високої енергії, що являє з себе потоки елементарних часток (електронів, позитронів, мезонів, протонів та нейтронів), а також більш важких багатозарядних іонів (альфа-частинки, ядра важких елементів). До іонізуючого випромінювання також відносять гамма- та рентгенівські промені, що мають електромагнітну природу. Всіх їх об’єднує схожість фізичних властивостей, та перш за все – аналогічний характер взаємодії з речовиною. Так, наприклад, кванти гамма- та рентгенівських променів при зустрічі з атомами речовини передають їм частку своєї енергії, при цьому електрично нейтральний атом речовини перетворюється у пару протилежно заряджених іонів. Частинка або квант високої енергії вибиває один з електронів, що виносить з собою з атома один від’ємний заряд, тому атом стає позитивно зарядженим, а електрон приєднується до сусіднього атома утворюючи від’ємний іон.

Іонізуючі випромінювання розділяють на два види: електромагнітне (гамма-випромінювання, рентгенівське випромінювання) і корпускулярне, що представляє собою α- і β-частинки, нейтрони й ін.

По своїх властивостях α-частинки володіють малою проникаючою здатністю і не представляють небезпеки доти, поки радіоактивні речовини, що випромінюють α-частинки, не потраплять усередину організму через рани, з їжею або з повітрям, що вдихається; тоді вони стають надзвичайно небезпечними.

β-частинки можуть проникати в тканини організму на глибину один – два сантиметри.

Великою проникаючою здатністю володіє g-випромінювання, що поширюється зі швидкістю світла, його може затримати лише товста свинцева або бетонна плита.

Ядра всіх ізотопів хімічних елементів називаються “нуклідами”. Значна частина нуклідів нестабільні, тобто вони можуть перетворюються в інші нукліди.

Наприклад, атом урану-238 випромінивши α-частку перетворюється в торій-234 торій також нестабільний. В підсумку цей ланцюжок перетворень закінчується стабільним нуклідом свинцю.

Спонтанний розпад нестабільного нукліда називається радіоактивним розпадом, а сам такий нуклід – радіонуклідом. При кожному розпаді вивільняється енергія, що передається далі у вигляді випромінювання. Тому кажуть, що випускання ядром двічі іонізованого ядра гелію, що складається з двох протонів і двох нейтронів - це α-випромінювання, випускання електрона або позитрона – β-випромінювання, при переході ядра з вищого енергетичного рівня на нижчий виникає g-випромінювання, котре вносить енергію рівну різниці між цими двома енергетичними рівнями ядра.

Утворення і розповсюдження радіонуклідів приводить до радіоактивного зараження повітря, ґрунту, води, що вимагає постійного контролю їхнього вмісту і вживання заходів по нейтралізації шкідливого впливу радіоізотопів на довкілля.

Вплив радіації виражається в порушенні процесів життєдіяльності клітин, тканин, органів і організму в цілому.

Шкідливо діє опромінення на білковий, жировий, вуглеводний обмін, окисні процеси, руйнує ферменти, білкові структури клітин та тканин. Паралізується ріст та поділ клітин. Порушення структури ДНК приводить до мутацій.

Рунт як ланка міграції радіонуклідів

Найважливішим елементом агроекосистеми безумовно, є ґрунтовий покрив. Радіонуклідне забруднення ґрунту визначається радіонуклідними випаданнями… Перерозподіл радіонуклідів у ґрунті відбувається дуже повільно. Через 4-8… Унаслідок цього відбувається переміщення радіонуклідів у ґрунті зі швидкістю 1-3 см на рік, при цьому 137Сs мігрує…

Математичне моделювання міграції в ґрунтах

Дослідження кількісних закономірностей вертикальної міграції радіонуклідів в ґрунтах цікавить нас з декількох точок зору: · вимивання радіонуклідів поверхневими водами із ґрунту забрудненої ділянки… · значення швидкості вертикальної міграції необхідне для оцінки небезпечності радіоактивного забруднення ґрунтових вод…

Математичне сподівання

· Дисперсія. · Стандартне середньоквадратичне відхилення. · Нормальний закон розподілу та його характеристики.

Умовне математичне сподівання буде розраховуватися за формулою

Для характеристики зв'язку між випадковими величинами X та У служить математичне сподівання перетинів відхилень X та Y від їх центрів, яке називають… сov(X, Y) = М[(Х-М(Х))( Y-М(Y))] (1.13) або

Вплив вологості та температури на міграцію радіонуклідів в профілі ґрунту

● фільтрація атмосферних опадів в глиб ґрунту; ● капілярний підтік вологи до поверхні в результаті випаровування; ● термопереніс вологи під дією градієнта температури;

РОЗДІЛ ІІІ РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА

3.1 Дерново-слабопідзолистий глеюватий супіщаний ґрунт ШНПП Визначаємо зміну густини ґрунту з глибиною ρ(hi) = m(hi)/V, для кожного…  

ДОДАТОК

Безпека життєдіяльності та охорони праці

 

ВСТУП

Для забезпечення безпечних умов праці та життєдіяльності велике значення має дотримання правил техніки безпеки праці та норм виробничої санітарії. Питання безпеки життєдіяльності під час виконання досліджень, описаних у дипломній роботі, виникає у зв’язку з небезпеками, що пов’язані з експлуатацією гамма-спектрометра АМА–8М: ураження електричним струмом, опромінення, можливість виникнення пожежі.

 

Загальні положення про охорону праці

Роботодавець - власник підприємства, установи, організації або уповноважений ним орган, незалежно від форм власності, виду діяльності,… Працівник - особа, яка працює на підприємстві, в організації, установі та… Дія цього Закону поширюється на всіх юридичних та фізичних осіб, які відповідно до законодавства використовують…

Права працівників на охорону праці під час роботи

Працівник має право відмовитися від дорученої роботи, якщо створилася виробнича ситуація, небезпечна для його життя чи здоров'я або для людей, які… За період простою з причин, передбачених частиною другою цієї статті, які… Працівник має право розірвати трудовий договір за власним бажанням, якщо роботодавець не виконує законодавства про…

Аналіз стану виробничих умов

Характеристика лабораторії

 

Аналіз методів дослідження та характеристика обладнання

Робота з ПЕОМ також має ряд потенційних негативних впливів як на фізіологічний, так і на психологічний стан людини. Разом з цим, робота на гамма–спектрометрі та на ПЕОМ пов’язана з небезпекою… 2.3. Характеристика об’єкта дослідження, речовин, їхні небезпечні властивості.

Допустимі рівні і наслідки опромінення

– охорони здоров’я людини від можливої шкоди, що пов’язана з опроміненням від джерел іонізуючого випромінювання (ІВ); – безпечної експлуатації джерел ІВ; – охорони навколишнього середовища.

Безпека роботи з джерелами струму

1) фізичний – пошкодження тканин; 2) хімічний – електроліз крові; 3) психофізичний – порушення роботи нервової системи.

Організаційно – технічні заходи

3.1.1. Об'ємно – планувальні рішення будівель та приміщень для роботи з ВДТ ЕОГМ і ПЕОМ мають відповідати вимогам цих Правил. 3.1.2. Розміщення робочих місць з ВДТ ЕОМ і ПЕОМ у підвальних приміщеннях, на… 3.1.3. Площа на одне робоче місце має становити не менше ніж 6,0 м2, а об'єм не менше ніж 20,0 м3.

Організація роботи на ПЕОМ

Отже, у разі планування робочого місця необхідно враховувати зручність розміщення дисплею, клавіатури та різних допоміжних пристроїв, а також… 1) на дисплеї ставити екранні фільтри, які в кілька разів зменшують… 2) сидіти за 80 см (приблизно на відстані витягнутої руки) від дисплея;

Гігієнічні вимоги до організації роботи з візуальними дисплейними терміналами електронно–обчислювальних машин

2) Рівні позитивних і негативних іонів у повітрі приміщень з ВДТ мають відповідати санітарно–гігієнічним нормам N 2152–80. 3) Вимоги до природного освітлення викладено в п.п. 2.1.4, 2.1.5 цих правил. … 4) Штучне освітлення в приміщеннях з робочими місцями, обладнаними ВДТ ЕОМ та ПЕОМ, має здійснюватись системою…

Шум і вібрація

2) Устаткування, що становить джерело шуму (АЦП, принтери тощо), слід розташовувати поза приміщенням для роботи ВДТ ЕОМ і ПЕОМ. 3) Для забезпечення допустимих рівнів шуму на робочих місцях слід застосовувати засоби звукопоглинання, вибір яких має обґрунтовуватись спеціальними інженерно–акустичними…

Неіонізуючі електромагнітні випромінювання

2) Значення напруженості електромагнітних полів на робочих місцях з ВДТ мають відповідати нормативним значенням (ГДР N 3206-85, ГДР N 4131-86, СН N… 3) Інтенсивність потоків інфрачервоного випромінювання має не перевищувати допустимих значень відповідно до СН 4088-86, ГОСТ 12.1.005-88.

Правила пожежної безпеки

Система запобігання пожежі включає: – Контроль та профілактику ізоляції; – Наявність плавких вставок та запобіжників в електронному обладнанні;

ВИСНОВКИ

В разі суворого дотримання норм безпеки, методики експерименту та методики використання наявної апаратури гарантується безпека виробничої та наукової діяльності в лабораторії і виключається будь–який вплив на навколишнє середовище. Лабораторія та виробничі умови, створені в ній, в цілому відповідають існуючим нормам та вимогам безпеки життєдіяльності.

 

ЛІТЕРАТУРА

1. Норми радіаційної безпеки України, НРБУ –97, – 127 с.

2. Долин П.А. Основы техники безопасности в електроустановках/ П.А. Долин – М.: Энергоатомиздат, 1984, – 448 с.

3. Державні санітарні правила і норми роботи з візуальними дисплейними терміналами електронно–обчислювальних машин ДСанПІН. 3.3.2007, –98 с.

4. Пожежна безпека. Нормативні акти та інші документи. В 2–х т. К.: Основа, 1997. – Т.1. – 446 с., Т.2. – 448 с.