Тема: Создание технологии радиационного мониторинга с

14.575.21.0105
1
Федеральная целевая программа
«Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического
комплекса России на 2014—2020 годы»
Рациональное природопользование
Тема: Создание технологии радиационного мониторинга с оптимальным набором синхронно контролируемых
маркеров-индикаторов экстремальных климатических явлений
Соглашение
Руководитель проекта:
14.575.21.0105 на период 2014 - 2016 гг.
Профессор кафедры Прикладной физики (№12) Физико-
технического института Томского политехнического университета Яковлева Валентина
Станиславовна
Получатель субсидии:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический
университет"
Цели и задачи проекта
Индикаторные свойства радионуклидов и ионизирующих излучений известны и активно используются достаточно давно для получения новых знаний о динамических процессах, происходящих в атмосфере и
литосфере, совершенствования моделей переноса газов и аэрозолей, а также в целях прогноза опасных явлений природного и техногенного характера. Высока роль ионизирующей радиации и естественной
радиоактивности, особенно радиоактивного газа радон, в радиоэкологии, сейсмологии, физике приземного слоя атмосферы, строительстве. В связи с этим научными коллективами и государственными структурами
производят радиационный мониторинг приземной атмосферы и исследование динамики активности некоторых радионуклидов в приземной атмосфере и грунте. Мониторингом почвенного радона и плотности потока
радона с поверхности земли занимаются, в основном, с целью прогноза землетрясений, либо, эпизодически в радиоэкологических и геоэкологических изысканиях.
Комплексный подход к радиационному мониторингу был предложен нашим научным коллективом, и начиная с 2000 г. производятся синхронные измерения динамики характеристик полей α-, β- и γ-излучений в
системе "грунт-приземная атмосфера" в вертикальном разрезе. Такой подход позволил получить ряд новых важных научных находок (зависимостей, закономерностей и т.п.), например, была выявлена иная,
отличающаяся от традиционных представлений, зависимость альфа-активности от высоты над земной поверхностью, т.е. с ростом высоты поток альфа-излучения возрастает, это же справедливо и для радона. Мы
объясняем этот факт влиянием городской инфраструктуры. Таким образом, в случае городской атмосферы требуется усовершенствование моделей переноса радионуклидов. В отличие от α-излучения, потоки β- и γизлучений почти экспоненциально снижаются с ростом высоты, однако влияние снежного покрова искажает эту зависимость, вплоть до обратной. Интенсивные осадки приводят к скачкообразному повышению
атмосферного β- и γ-фона в несколько раз, что связано с влиянием атмосферного и почвенного радонового поля. Необходимо отметить, что аномальное поведение бета- и фотонных компонент происходит на очень
небольших, в масштабах толщины атмосферы, высоте. Подобные аномальные выбросы могут быть расценены специалистами служб радиационного контроля, а особенно автоматическими системами радиационного
контроля, как сигнал об опасном техногенном явлении. Применение комплексного подхода к радиационному мониторингу позволило экспериментально доказать, что экстремальные климатические явления, приводят
к аномальным изменениям в атмосферном радиационном фоне и динамике радона в поверхностном грунте, причем, величина и длительность аномалий различны для разных радиационных характеристик, и зависят
от многих факторов (вид излучения, характеристики среды, глубины, высоты расположения детекторов излучений и пр.). По результатам многолетних исследований нами был предложен новый радиационный β/γиндикатор опасных природных и техногенных явлений – отношение измеренных значений плотности потоков бета и гамма-излучений в приземной атмосфере. Согласно численным экспериментам отношение выходов
бета и гамма-излучений (β/γ-индекс) в единице объема воздуха в единицу времени на определенной высоте от земной поверхности является постоянной величиной для данной точки контроля в условиях «хорошей
погоды». Опираясь на результаты исследований нашего коллектива, проводимых на стыке ядерной и теоретической физики, гео- и гелеофизики, и учитывая опыт зарубежных научных групп по данной тематике
предлагаемый проект "Создание технологии радиационного мониторинга с оптимальным набором синхронно контролируемых маркеров-индикаторов экстремальных климатических явлений" является актуальным,
соответствует современным мировым научным тенденциям и указанным приоритетному в РФ направлению и критической технологии.
Основная цель исследования – это обеспечение создания инновационной технологии радиационного мониторинга с оптимальным набором синхронно контролируемых маркеров-индикаторов экстремальных
климатических явлений, которая предназначена для внедрения с целью усовершенствования в уже существующие и планируемые системы радиационного контроля окружающей среды.
Ожидаемые результаты проекта
В ходе выполнения исследования должны быть получены следующие научно-технические результаты:
а) анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов, относящихся к разрабатываемой теме;
б) обоснование выбора направления исследований;
в) патентные исследования;
г) теоретическое исследование способов создания технологии радиационного мониторинга с оптимальным набором синхронно контролируемых маркеров-индикаторов экстремальных климатических явлений;
д) методологический подход и результаты определения оптимального набора радиационных величин, которые при их синхронном мониторинге будут служить надежными и достоверными маркерами-индикаторами
экстремальных климатических явлений;
е) апробация технологии радиационного мониторинга с оптимальным набором синхронно контролируемых маркеров-индикаторов экстремальных климатических явлений в асейсмичном регионе;
ж) технико-экономическая оценка результатов исследования;
з) обобщение и выводы по результатам исследования;
и) рекомендации по использованию результатов ПНИ в реальном секторе экономики, а также в дальнейших исследованиях и разработках.
Перспективы практического использования
Результаты исследования будут полезны при разработке нового алгоритма вычета радоновой компоненты из данных радиационного контроля атмосферного γ-фона. Учитывая, что продукты распада, которые
присоединяются к нерадиоактивным атмосферным аэрозолям, являются необходимым компонентом при изучении процессов осаждения за счет дождевых и снежных осадков. На международном уровне технология
может быть интересна научным коллективам и организациям работающим в междисциплинарных исследованиях с природной и техногенной радиоактивностью, геотрассерами построенными на физике переноса
соответствующих радионуклидов в той или иной среде и других областях науки, техники и технологий, так или иначе соприкасающимися с исследованиями фоновых измерений радиоактивности
Одной из основных задач практического применения создаваемой технологии радиационного мониторинга с оптимальным набором синхронно контролируемых маркеров-индикаторов экстремальных климатических
явлений является уточнение данных о состоянии приземной атмосферы с точки зрения прогностических карт предупреждений (например, такой как карта гидрометцентра РФ:
http://www.meteoinfo.ru/hdmapsmeteoalarmsyb).
Результаты исследовательской работы, полученные в 2015 г.
Текущие результаты проекта:
а) Разработаны технические принципы пространственно-временной динамики характеристик полей α-, β-, γ- и нейтронных полей излучений в приземной атмосфере.
б) Разработан метод определения оптимального набора радиационных величин, которые при их синхронном мониторинге должны служить надежными и достоверными маркерами-индикаторами экстремальных
климатических явлений.
в) Экспериментально выявлено, в отсутствие снежного покрова (весна – осень) уровень β- и γ-радиоактивности приземной атмосферы падает с высотой.
г) Выявлено, при исследовании реакции трассеров-индикаторов на опасное явление (ОЯ), что отношения ПП альфа-излучений на разных высотах практически не реагируют на прохождение циклонов.
д) Выявлено, при исследовании реакции радиационных трассеров на сильное задымление (при лесных пожарах), что падение дальности видимости Sm приводит к согласованному уменьшению уровня α- фона, для βи γ- фона зарегистрировано плавное нарастание уровня фона на интервале интенсивного задымления.
е) Получено, что ряд исследованных радиационных величин или их отношений одинаково реагируют на определенное ОЯ, вследствие чего были определены основные индикаторы, а также дублирующие, среди
которых оказалась радиационная величина – ПП нейтронного излучения, которые можно не включать в оптимальный набор.
ж) Разработана математическая модель структуры и динамики полей ионизирующих излучений и естественной радиоактивности в приземной атмосфере и поверхностном слое грунта, включающая:
-модель переноса изотопов радона и дочерних продуктов его распада в приземной атмосфере;
-диффузионно-адвективную модель переноса радона в грунте;
-алгоритм расчета пространственно-временных распределений плотности потоков ионизирующих излучений и поглощенных доз.
з) Получены эмпирические выражения для экспресс-оценок вертикальных распределений мощности поглощенных доз и плотности потоков бета- и гамма-излучений.
и) Анализ результатов численного моделирования выявил пропорциональность между дозой в мкГр/ч и плотностью потока выраженной в 1/(м2с) для β-излучения, что позволяет делать простой переход от одной
характеристики излучения к другой. Коэффициент пропорциональности равен ~10000, и не зависит от высоты, радионуклидного состава грунта и соотношения удельных активностей радионуклидов.
к) Диффузионно-адвективная модель переноса радона в грунте модернизирована посредством представления скорости адвекции функцией от глубины грунта и времени, учитывающей влияние температуры и
теплопроводности грунта на объемную активность (ОА) радона в суточном и годовом ходе.
л) Разработаны алгоритм контроля структуры и динамики полей ионизирующих излучений и естественной радиоактивности в приземной атмосфере и поверхностном слое грунта и метод мониторинга плотности потока
радона с поверхности грунта.
м) Разработан алгоритм и математическая модель мониторинга оптимального набора синхронно контролируемых радиационных маркеров-индикаторов экстремальных климатических явлений в асейсмичном регионе.
н) Разработан сайт проекта, направленный на освещение и популяризацию ПНИ.
Партнеры проекта
ООО «Элекард»
Рабочий коллектив инженеров-разработчиков будущего предприятия сформировался в 1979 году под крылом СКБ «Оптика» СО АН СССР. Прикладная исследовательская работа команды привела к созданию в 1988
году предприятия «Элекард». В то время фирма занималась разработкой и изготовлением оборудования для перевода видео изображений в цифровой формат.
В 1992 году в Томск приехала делегация южнокорейской академии наук. Сегодняшняя деятельность ООО «Элекард» не ограничивается только мультимедийными разработками. Компания занимается созданием
распределенных систем автоматизации, позволяющих мониторировать и контролировать самые различные производственные процессы. Распределенная программная среда контроля системы, работающая под
управлением программного обеспечения, создаваемого сотрудниками ООО «Элекард», позволяет создавать технические решения любого размера, способные управлять целыми заводами. Опыт ООО «Элекард» в
области исследований, производства и внедрения технических решений делает его конкурентоспособным участником современного российского рынка. Широкие интересы компании делают ее открытой для
множества форм взаимодействия с потенциальными партнерами
14.575.21.0105
1