РБ-053-10 Положение о повышении точности прогностических оценок радиационных характеристик радиоактивного загрязнения окружающей среды и дозовых нагрузок на персонал и население

Приложение N 7
к Положению о повышении точности
прогностических оценок радиационных
характеристик радиоактивного загрязнения
окружающей среды и дозовых нагрузок на
персонал и население, утвержденному
приказом Федеральной службы
по экологическому, технологическому
и атомному надзору

Постоянная вымывания осадками радиоактивной примеси

Вымывание является важным процессом удаления радионуклидов из атмосферы [1]. Процесс вымывания примесей из атмосферы разделяют на две стадии. В первой стадии вещество, которое вымывается или принимает участие в образовании капли облака и является ядром конденсации, или захватывается каплями облаков на этапе их развития, когда они еще не превратились в падающие дождевые капли. Эта стадия определяется как внутриоблачное вымывание. Во второй стадии вещество захватывает капля падающего дождя на всем пути полета до контакта с подстилающей поверхностью. Это стадия подоблачного вымывания. Существуют пять механизмов вовлечения молекул газа или частиц в каплю: 1) диффузофорез; 2) броуновская диффузия; 3) соударение и захватывание; 4) растворение газа; 5) образование капель на ядрах конденсации. Во время диффузофореза аэрозольные частицы движутся в направлении среднего потока молекул в воздухе. Явление диффузофореза характерно лишь для частиц диаметром менее 0,1 мкм. Общий вклад такого механизма в вымывание частиц дождевыми каплями незначителен. Случайное перемещение мелких частиц, вызванное столкновением с молекулами газа, также может способствовать переносу частицы к поверхности капли. Скорость броуновской диффузии определяется преимущественно размером частиц, и ее влияние становится ощутимым для частиц диаметром менее 0,1 мкм. В отличие от диффузии частиц, диффузия молекул газа является главным механизмом их перемещения к поверхности капли. Механизм инерционного соударения и захватывания характерен лишь для подоблачного вымывания. Молекулы газа благодаря своей легкости обходят падающую каплю, в то время как частицы со значительно большей массой оказывают сопротивление изменениям движения. Чем массивнее частица, тем в меньшей степени она претерпевает такие изменения.

Коэффициент вымывания зависит от интенсивности дождя [2]. Этот вопрос наиболее полно освещен в [3], [4]. Вместе с тем известно, что снегопад лучше очищает атмосферу, чем дождь. Так при испытаниях ядерного оружия коэффициент вымывания снегом давал значения, в несколько раз превышающие значения для дождя (сек, [3])

На вымывание газов дождями сильное влияние оказывает их растворимость в воде. Если объемная растворимость сернистого газа в воде при 0°С составляет 79,8 (сек - 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: CО<NО<Rn<О<Xe<Kr<Ne<CH<NO<Ar<О<CO<N<H<He. Таким образом, практически все газы, за исключением двуокиси углерода СО и двуокиси азота NО, вымываются хуже радона, а значит хуже аэрозолей не менее чем на порядок [3].

Рис.1 Коэффициенты вымывания частиц единичной плотности из подоблачного слоя атмосферы в зависимости от интенсивности дождя I для различных значений  (Chamberlain, 1953.) [4]: 1-4 мкм·г/см; 2-7,8 мкм·г/см; 3-16 мкм·г/см; 4-41 мкм·г/см; 5-81 мкм·г/см; 6-169 мкм·г/см; 7-400 мкм·г/см.

Зависимость коэффициента вымывания аэрозолей от размера капель дождя рассмотрена в работе [4]. Там же показано, что время жизни частицы , сек (время, в течение которого концентрация частиц золя уменьшается в раз) выражается через характерный параметр дождя - интенсивность (г/см·сек) формулой , где - наиболее часто встречающийся радиус водяных капель; - коэффициент захвата. Представляя постоянную вымывания в виде , находим , т.е. постоянная вымывания линейно зависит от интенсивности осадков.

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

Постоянную вымывания также можно представить в виде , где - интенсивность осадков, мм/ч; - величина абсолютной вымывающей способности дождя (для всех нуклидов, за исключением инертных газов, =10ч/мм·с, характерная для дождя интенсивностью =1 мм/ч, - относительная вымывающая способность осадков других типов. Относительная вымывающая способность различных типов осадков приведена в таблице 2 [4].

Список литературы к Приложению N 7

1. Пути миграции искусственных радионуклидов в окружающей среде. 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 в нижних 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 захвата частиц 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.