放射性气体扩散的预估.doc

放射性气体扩散的预估 摘要 本文是在大气扩散理论的基础上，综合考虑各种影响核辐射物质扩散的因素，包括风速，风向，雨水等因素，就所给三个问题，建立了五个模型。并利用Matlab对结果进行绘图，得出了与实际监测数据一致结果。 在模型一中，我们对泄漏点西向检测数据进行简单线性回归分析，刻画出了距离与辐射浓度的直观关系，得出在r=368.69时，核辐射量就降为0。在模型二中，我们建立了烟雾扩散模型并通过考虑热力抬升与地面反射对模型进行修正，用Matlab绘出了对人体有害的浓度区域。在模型三中，我们建立多点源的高斯模型模型，考虑干沉积，小风，地面的干沉积量， 雨洗作用，放射性衰变的影响，画出了风速k时的浓度等高线图。模型四采用了ADMS扩散模型，得到比高斯模型更锲合实际的数据。模型五从全球系统入手在以上模型的基础上对扩散进行了分析，得出核扩散对我国东南沿海和美国西安影响不大的结论。 关键词：放射性气体 扩散 浓度变化 高斯扩散模型 预测 ADMS模型 1 问题重述 一座核电站遇自然灾害发生泄漏，浓度为的放射性气体以匀速排出，速度为，在无风的情况下，匀速在大气中向四周扩散，速度为。 问题一，建立一个描述核电站周边不同距离地区、不同时段放射性物质浓度的预测模型。 问题二，当风速为时，给出核电站周边放射性物质浓度的变化情况，。 问题三，当风速为时，计算出上风和下风公里处的放射性物质浓度的预测模型。 问题四，将建立的模型应用于福岛核电站的泄漏，计算出福岛核电站的泄漏对我国东海岸与美国西岸的影响。 2 问题分析 对于问题一,我们只考虑在无风的条件下，，放射性气体以m/s的速度，匀速在大气中向四周扩散。在此条件下，探求一个模型来对核电站周边不同距离地区、不同时段放射性物质浓度进行预测。我们通过分析得出，本问题是一个无界条件下点源连续泄露的扩散问题。同时，我们为了使预测结果更为准确，还要考虑地面反射和热力抬升对气体扩散造成的影响，我们根据以上情况分别用线性规划模型和传统烟雾扩散模型进行分析，从而得出核电站周边不同距离地区、不同时段放射性物质浓度的预测模型，再通过适当的修正，最后对于该方程进行分析求解。 对于问题二，我们要在第一问的基础上考虑风速对气体扩散浓度的影响，这时我们还要加入重力沉积、雨洗作用、放射性衰变等因素对气体扩散的影响。为了进一步得出在有风条件下核电站周边放射性物质浓度的变化情况，我们通过MATLAB软件的绘图功能，最终在“连续点源放射性物质高斯扩散模型”的基础上经多次合理修正后得到更好的“优化高斯模型”。 对于问题三，该问题要求建立泄漏源上风口和下风口处放射性物质浓度的预测模型，由于在实际应用中，高斯模式的限制条件太过于苛刻，不利于模型在实际中的扩散，为了使建立的模型更具有推广性，我们应该寻求建立另外一种更具一般性的模型。 对于问题四，我们要考虑地球是一个大的系统，为了更准确的预估核辐射的扩散，我们应参考大量气象、地理、新闻资料，选择全球作为研究对象，综合考虑对应海域平均风速及风向、地理距离、海水对放射性物质扩散的部分反射系数等因素，预测出放射性核物质与实际情况比较。 模型假设与约定 福岛核电站面积较考虑扩散范围很小，放射性粉尘的扩散视为点源扩散。 只考虑碘131和铯137的影响，其他含量微小，影响不大的放射性核素忽略。 源排放点核电站以外的地区，在初始时间t=0时的浓度视为零，极微量的天然放射浓度忽略不计。不计逆温，对流的影响。放射性粉尘在扩散中只发生衰变，不发生其他化学物理反应。 受损核电站维修过程中，由于水蒸气继续排放，设单位水蒸气排放量不变。仅计算反应堆冷却产生的影响 由于气云在平整、无障碍物的地面上空扩散； 在考虑到风时水平风向，风速和风向不随时间变化。 4符号说明及名词定义 符号 说明 放射性气体的传播速度（kg/s） 风速，单位 泄漏点距有效地面的高度(m) 任意扩散时刻(s) 空间任意一点的放射性物质浓度 空间任意一点的放射性物质的扩散系数 一规则的球面面积 从泄漏源泄漏的放射性物质的总量 附加高度(m) 核泄漏出口处的温度(k) 环境温度(k) 设地面反射系数 源强，单位为 分别为用浓度标准差表示的轴上的扩散参数 沉降速度，单位为 地面干沉积率 冲洗系数 放射性核素的半衰期(s) 5 模型建立与求解 5.1问题（一） 5.1.1模型一线性规划模型 假设全球大气处于不对流状态，核物质会以恒定的速度s向四周扩散，辐射源的核辐射量近似作为核辐射总量，据检测，在距离福岛第一核电站南3公里的福岛县大熊町，检测到的最高浓度的放射量为每小时110微西弗,就以此浓度作为辐射源的核污染物浓度Q。，在地理位置上， 3月25号水中碘-13