Математическое моделирование процессов переноса радона в системе грунт-атмосфера

Паровик Роман Иванович

    Актуальность работы

    Исторически сложилось так, что первые работы по исследованию концентрации радона в подпочвенном воздухе и грунтовых водах были инициированы с целью разведки радиоактивных руд /10, 11, 41, 109, 112/. В дальнейшем эти исследования сформировались в эманационный метод, основу которого составляет процесс массоперепоса под действием механизмов диффузии и адвекции в грунте радиоактивного газа радона (222Rn), который является продуктом распада радия (226Ra). В результате этих исследований была разработана математическая диффузонно-адвективная модель переноса радона в грунте, которая стала классической и нашла широкое применение в различных областях знаний.

    В последние десятилетия наблюдается резкий всплеск работ по исследованию динамики радона в области геодинамики. Результаты таких исследований с большой достоверностью дают основание рассматривать радон как индикатор напряженно-деформированного состояния геосреды и возможность его использования для прогноза сильных землетрясений или горных ударов в шахтах /8, 17, 23, 31, 69, 83, 85, 91, 102, 104, 105, 106, 110, 116, 129, 132, 139/. Изменение структуры геосреды в результате деформаций в силу тех или иных причин ведет к изменению интенсивности выделения радона в приземный слой атмосферы.

    Велика роль радона в формировании электрического поля приземного слоя атмосферы, так как, являясь естественным ионизатором, он оказывает влияние на его проводимость. При увеличении стока радона в приземный слой атмосферы ее проводимость увеличивается за счет ионизации радоном и продуктами его распада, что приводит к уменьшению напряженности атмосферного электрического поля /1, 28, 78, 98, 101/, что может быть связано с сейсмической активностью /29, 75, 93/, а в некоторых случаях приводит к лесным пожарам /97/.

    Использование моделей массопереноса в области радиоэкологии и радиационной безопасности позволяет изучать перенос радионуклидов, в том числе радиоактивного газа радона, в атмосферу из хранилищ радиоактивных отходов, и прогнозировать пути их дальнейшего распространения, а так же контролировать предельно допустимые нормы в жилых помещениях /2, 20, 43, 65, 82, 99, 103/.

    Многообразие задач, решение которых требует дальнейшего развития моделей переноса радона в различных средах и системах определяет актуальность настоящей работы. Например, классическая модель диффузии-адвекции радона /41/ не позволяет объяснить аномальные всплески в поведении подпочвенного радона в случае однородной геологической структуры и отсутствия глубинных источников или разломов /83/. Объяснить данный эффект можно только фрактальными свойствами среды. Известно, что фрактальные свойства среды порождают более интенсивные процессы переноса /6, 15, 39, 79, 87, 88, 121, 127, 138/. Математический аппарат по изучению сред с фрактальными свойствами хорошо развит /38, 68, 77, 89, 115/, и его применение к задачам переноса радона представляет большой научный интерес.

    Положения, выносимые на защиту:

    1. Модель переноса радона в системе «грунт-атмосфера» в режиме обычной диффузии и ее аналитическое решение. 

    2. Модель переноса радона в системе «грунг-атмосфера» в режиме аномальной диффузии и ее аналитическое решение. 

    3. Модель переноса радона в системе «грунт-атмосфера» в режиме аномальной адвекции и ее аналитическое решение. 

    4. Алгоритм для расчета плотности потока радона с поверхности земли, в котором входными данными являются экспериментально полученные временные ряды подпочвенных радоновых полей на разных глубинах.

    Математическое моделирование процессов переноса радона в системе "грунт-атмосфера" : диссертация ... кандидата физико-математических наук : 05.13.18 / Паровик Роман Иванович; [Место защиты: Комсомольск-на-Амуре гос. техн. ун-т].- Петропавловск-Камчатский, 2009.- 112 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-1/1068