Помощь студентам в учебе
Исследование особенностей переноса радона в почвенном воздухе
|
Введение 11
1 Литературный обзор 13
1.1 Зависимость концентрации радона в почве от глубины 14
1.2 Зависимость от метеорологических параметров 16
1.2.1 Краткосрочные изменения: суточные вариации радона в почве 16
1.2.2 Долгосрочный изменение: сезонные вариации радона в почве 24
2 Объект и методы исследования 32
3 Исследование пространственной и временной динамики ОА радона в грунте 36
3.1 Исследование суточных вариаций ОА радона в грунте 36
3.1.1 Выявленные закономерности в суточной динамике 36
3.1.2 Влияющие факторы 43
3.2 Исследование сезонных вариаций ОА радона в грунте 53
3.2.1 Закономерности сезонных изменений ОА радона в грунте 53
3.2.2 Влияющие факторы 56
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 59
4.1 Предпроектный анализ 59
4.1.1 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения 59
4.1.2 SWOT-анализ 62
4.2 Планирование управления научно-техническим проектом 63
4.2.1 Иерархическая структура работ проекта 63
4.2.2 Контрольные события проекта 64
4.2.3 План проекта 65
4.3 Бюджет научно-технического исследования 66
4.3.1 Расчет материальных затрат 67
4.3.2 Расчёт амортизации оборудования для экспериментальных работ 68
4.3.3 Затраты на оплату труда исполнителей научно-технического
исследования 69
4.3.4 Отчисления во внебюджетные фонды 71
4.3.5 Накладные расходы 71
4.4 Формирование бюджета затрат научно-технического исследования 72
4.5 Организационная структура проекта 73
4.6 Матрица ответственности 74
4.7 Определение ресурсной эффективности исследования 75
Заключение 79
Список публикаций 82
Список использованных источников 83
Приложение А Литературный обзор (английский язык) 87
1 Литературный обзор 13
1.1 Зависимость концентрации радона в почве от глубины 14
1.2 Зависимость от метеорологических параметров 16
1.2.1 Краткосрочные изменения: суточные вариации радона в почве 16
1.2.2 Долгосрочный изменение: сезонные вариации радона в почве 24
2 Объект и методы исследования 32
3 Исследование пространственной и временной динамики ОА радона в грунте 36
3.1 Исследование суточных вариаций ОА радона в грунте 36
3.1.1 Выявленные закономерности в суточной динамике 36
3.1.2 Влияющие факторы 43
3.2 Исследование сезонных вариаций ОА радона в грунте 53
3.2.1 Закономерности сезонных изменений ОА радона в грунте 53
3.2.2 Влияющие факторы 56
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 59
4.1 Предпроектный анализ 59
4.1.1 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения 59
4.1.2 SWOT-анализ 62
4.2 Планирование управления научно-техническим проектом 63
4.2.1 Иерархическая структура работ проекта 63
4.2.2 Контрольные события проекта 64
4.2.3 План проекта 65
4.3 Бюджет научно-технического исследования 66
4.3.1 Расчет материальных затрат 67
4.3.2 Расчёт амортизации оборудования для экспериментальных работ 68
4.3.3 Затраты на оплату труда исполнителей научно-технического
исследования 69
4.3.4 Отчисления во внебюджетные фонды 71
4.3.5 Накладные расходы 71
4.4 Формирование бюджета затрат научно-технического исследования 72
4.5 Организационная структура проекта 73
4.6 Матрица ответственности 74
4.7 Определение ресурсной эффективности исследования 75
Заключение 79
Список публикаций 82
Список использованных источников 83
Приложение А Литературный обзор (английский язык) 87
Радоновая проблема (облучение легких) в последние десятилетия стала особенно актуальной - на радон Rn и его дочерние продукты распада (ДПР), по некоторым оценкам [1-2], может приходиться до 50-70 % дозы облучения, получаемой населением от всех природных источников радиации. Радиоактивные газы проникают через трещины и щели в фундаменте, накапливаются в помещениях и попадают в организм человека ингаляционным путем, что и предопределяет их опасность.
Надо отметить, что источники формирования атмосферного радона и его относительный вклад в суммарную дозу облучения до сих пор достоверно не установлены. К наиболее вероятным источникам можно отнести почвогрунты, растения, грунтовые воды, вулканические извержения, сжигаемые природный газ и уголь, добычу и переработку полезных ископаемых [3]. Есть предположения [4] об образовании радона за счет атмосферных (пыльные бури, сгорание метеоритного вещества) и космических (космическая пыль, магнитное поле Солнца) явлений.
До настоящего времени в основе методов оценки потенциальной радонопасности участков строительства лежат представления о постоянстве радонового поля приповерхностных пород во времени и пространстве. На основе этой модели считается, что результаты однократных измерений плотности потока радона (ППР) с поверхности почв, полученные в случайный момент времени соответствуют (в пределах погрешности измерения) среднегодовому значению ППР [5]. Исследования [6,7] дают основания говорить о том, что модель, заложенная в основу применяемых в настоящее время методов некорректна, что приводит к некорректным результатам оценки радоноопасности территорий, неподдающимся однозначной интерпретации. Это делает тему исследования особенностей переноса радона в почвенном воздухе особенно актуальной в настоящее время.
Кроме того исследования последних лет привели к идее прогноза сейсмических событий на основе изучения процесса выделения (эксгаляции) газа радона из массива горных пород [7]. В период Ташкентского землетрясения 1966 г. было замечено, что концентрация радона в подземных водах начинает возрастать за несколько дней до землетрясения, повышаясь в 5—7 раз непосредственно перед толчком [8]. Сегодня использованием данных физических процессов для мониторинга сейсмической активности зоны наблюдения занимаются в Индии, Израиле, США, Тайване, Турции и других странах.
В опубликованной литературе, к сожалению, мало представительных данных о динамике изменения содержания радона по почвенному профилю. Комплекс, установленный на экспериментальной площадке ИМКЭС-ТПУ, позволяет производить одновременный мониторинг характеристик разных видов излучений на разных высотах и глубинах. Данные многолетнего мониторинга позволят увеличить достоверность прогнозных оценок, а также дадут возможность определять или уточнять параметры модели переноса радона в геологической среде и приземной атмосфере.
Цель данной работы - исследование особенностей переноса радона в почвенном воздухе.
Задачи:
1) обзор и анализ литературы по тематике диссертации;
2) формирование базы данных по результатам измерения объемной активности радона на разных глубинах;
3) статистическая обработка экспериментальных данных по радиационным величинам и метеопараметрам;
4) поиск закономерностей в поведении почвенного радона на суточном, годовом и синоптическом масштабах; выявление влияющих факторов.
Надо отметить, что источники формирования атмосферного радона и его относительный вклад в суммарную дозу облучения до сих пор достоверно не установлены. К наиболее вероятным источникам можно отнести почвогрунты, растения, грунтовые воды, вулканические извержения, сжигаемые природный газ и уголь, добычу и переработку полезных ископаемых [3]. Есть предположения [4] об образовании радона за счет атмосферных (пыльные бури, сгорание метеоритного вещества) и космических (космическая пыль, магнитное поле Солнца) явлений.
До настоящего времени в основе методов оценки потенциальной радонопасности участков строительства лежат представления о постоянстве радонового поля приповерхностных пород во времени и пространстве. На основе этой модели считается, что результаты однократных измерений плотности потока радона (ППР) с поверхности почв, полученные в случайный момент времени соответствуют (в пределах погрешности измерения) среднегодовому значению ППР [5]. Исследования [6,7] дают основания говорить о том, что модель, заложенная в основу применяемых в настоящее время методов некорректна, что приводит к некорректным результатам оценки радоноопасности территорий, неподдающимся однозначной интерпретации. Это делает тему исследования особенностей переноса радона в почвенном воздухе особенно актуальной в настоящее время.
Кроме того исследования последних лет привели к идее прогноза сейсмических событий на основе изучения процесса выделения (эксгаляции) газа радона из массива горных пород [7]. В период Ташкентского землетрясения 1966 г. было замечено, что концентрация радона в подземных водах начинает возрастать за несколько дней до землетрясения, повышаясь в 5—7 раз непосредственно перед толчком [8]. Сегодня использованием данных физических процессов для мониторинга сейсмической активности зоны наблюдения занимаются в Индии, Израиле, США, Тайване, Турции и других странах.
В опубликованной литературе, к сожалению, мало представительных данных о динамике изменения содержания радона по почвенному профилю. Комплекс, установленный на экспериментальной площадке ИМКЭС-ТПУ, позволяет производить одновременный мониторинг характеристик разных видов излучений на разных высотах и глубинах. Данные многолетнего мониторинга позволят увеличить достоверность прогнозных оценок, а также дадут возможность определять или уточнять параметры модели переноса радона в геологической среде и приземной атмосфере.
Цель данной работы - исследование особенностей переноса радона в почвенном воздухе.
Задачи:
1) обзор и анализ литературы по тематике диссертации;
2) формирование базы данных по результатам измерения объемной активности радона на разных глубинах;
3) статистическая обработка экспериментальных данных по радиационным величинам и метеопараметрам;
4) поиск закономерностей в поведении почвенного радона на суточном, годовом и синоптическом масштабах; выявление влияющих факторов.
Проведен анализ литературы по тематике диссертации. В результате анализа показано, что исследование особенностей переноса радона в почвенном воздухе является актуальной темой, рассмотрены методы исследования и приведены результаты исследований динамики почвенного радона.
Сформирована база данных по результатам измерения объемной активности радона. В ней представлены данные мониторинга с 2010 по 2013 года на глубинах 0,1 м, 0,2 м, 0,5 м и 1м.
Проведена обработка экспериментальных данных по радиационным величинам и метеопараметрам. Данные представлены так, что можно наблюдать суточные и сезонные изменения радиационных величин.
Суточные вариации ОА радона наблюдались ежегодно с 2010 по 2013 на всех глубинах. Данные колебания характерны для летнего периода. Постоянных суточных вариаций зимой не обнаружено.
В результате анализа данных выявлено, что основным влияющим фактором суточных вариаций почвенного радона в летний период является температура воздуха. Коэффициент корреляции для глубины 0,5 м составил 0,84, а для глубины 1 м 0,79. Результаты регрессионного анализа показали, что увеличение температуры на один градус должно сопровождаться увеличением ОА радона глубине 0,5 м на 0,13 кБк/м , а на глубине 1 м - на 0,5 кБк/м .
Экспериментально полученные суточные вариации ОА радона на глубинах 0,5 м и 1м испытывают временную задержку относительно вариаций температуры воздуха. Выявлено, что максимум ОА радона на глубине 0,5 м наступает позже на -2,5 ч, чем максимум атмосферной температуры, а на глубине 1 м - позже на -4,5 ч. Максимум ОА радона приходится на дневное (послеобеденное) время, а минимум наблюдается ночью.
Летом изменения атмосферного давления не отражают суточных вариаций ОА радона в почве.
Осадки могут существенно повлиять на суточный ход ОА радона. Так проливной дождь интенсивностью 14 мм/ч вызвал резкие скачок уровня радона в грунте на глубине 1м. Такое поведение радона можно объяснить тем, что проливной дождь быстро заполняет поры грунта, так что газообмена между почвенным и атмосферным воздухом существенно снижается. Таким образом, запирающий верхний влажный слой почвы с заполненными водой порами способствует повышению содержания радона в почвенном воздухе на глубине 1 м.
Дожди меньшей интенсивности также меняют суточный ход ОА радона. Изменения ОА радона, скорее всего, связаны с тем, что продолжительные дожди повышают влажность грунта, снижая поток радона к границе грунт - атмосфера, и тем самым повышая концентрацию радона на больших глубинах.
Данные мониторинга ОА радона в грунте на экспериментальной площадке ТОРИИ с 2010 по 2013 года показали, отсутствие суточных вариаций в зимний период. Анализ возможных влияющих факторов показал, что причина этого - наличие снежного покрова.
В зимнее время температура отражает среднее изменение уровня радона в почве. Скачки ОА радона в почве в данный период года следует связывать с осадками и изменениями атмосферного давления. При этом уменьшение давления сопровождается ростом ОА радона и наоборот.
Исследования сезонных вариаций показали, что более низкие значения объемной активности радона на глубинах 0,1 м и 0,2 м были зафиксированы в мае и летние месяцы, а более высокие значения объемной активности радона - в феврале, марте и апреле. Большие значения ОА радона на глубинах 0,1 м и 0,2 м могут быть объяснены тем, что в зимний период почва уплотняется снегом, и замороженный верхний слой почвы мешает выходу радона в открытое пространство, в то время как летом почвенный газ радон может легко перемещаться в сухой, потрескавшейся, пористой почве и может выходить на открытый воздух. Также, повышенное содержание влаги в почве в зимний период вызывает более высокую эманацию радона, это приводит к более высоким концентрациям радона в почвенном воздухе.
Обнаружена сезонность амплитуд вариаций ОА радона на всех глубинах. В целом весной и осенью амплитуда вариаций ОА радона заметно больше, чем летом (зимние месяцы не анализировались ввиду отсутствия непрерывных экспериментальных данных). Так летом 2013 года коэффициент вариаций на всех рассматриваемых глубинах лежал в диапазоне 4-6%, осенью - 8-16%, а весной 20-35%. Это, скорее всего, обусловлено климатическими и почвенными условиями: весной и осенью в городе Томске наблюдаются сильные вариации значений атмосферного давления и температуры.
Ежегодно на всех глубинах замечено существенное изменение в ходе ОА радона в период таяния снега. Наибольшие значений ОА радона наблюдаются тогда, когда температура воздуха в сутках колеблется около нуля, принимая в дневное время положительные значения, а в ночное - отрицательные. В это время при положительных температурах воздуха снег тает, и пористость снежного покрова снижается. Также в ночное время при отрицательных температурах образуется запирающая ледяная корка. Из-за этого, радон не может легко перейти в атмосферу и увеличивает концентрацию почвенного радона в грунте.
Сформирована база данных по результатам измерения объемной активности радона. В ней представлены данные мониторинга с 2010 по 2013 года на глубинах 0,1 м, 0,2 м, 0,5 м и 1м.
Проведена обработка экспериментальных данных по радиационным величинам и метеопараметрам. Данные представлены так, что можно наблюдать суточные и сезонные изменения радиационных величин.
Суточные вариации ОА радона наблюдались ежегодно с 2010 по 2013 на всех глубинах. Данные колебания характерны для летнего периода. Постоянных суточных вариаций зимой не обнаружено.
В результате анализа данных выявлено, что основным влияющим фактором суточных вариаций почвенного радона в летний период является температура воздуха. Коэффициент корреляции для глубины 0,5 м составил 0,84, а для глубины 1 м 0,79. Результаты регрессионного анализа показали, что увеличение температуры на один градус должно сопровождаться увеличением ОА радона глубине 0,5 м на 0,13 кБк/м , а на глубине 1 м - на 0,5 кБк/м .
Экспериментально полученные суточные вариации ОА радона на глубинах 0,5 м и 1м испытывают временную задержку относительно вариаций температуры воздуха. Выявлено, что максимум ОА радона на глубине 0,5 м наступает позже на -2,5 ч, чем максимум атмосферной температуры, а на глубине 1 м - позже на -4,5 ч. Максимум ОА радона приходится на дневное (послеобеденное) время, а минимум наблюдается ночью.
Летом изменения атмосферного давления не отражают суточных вариаций ОА радона в почве.
Осадки могут существенно повлиять на суточный ход ОА радона. Так проливной дождь интенсивностью 14 мм/ч вызвал резкие скачок уровня радона в грунте на глубине 1м. Такое поведение радона можно объяснить тем, что проливной дождь быстро заполняет поры грунта, так что газообмена между почвенным и атмосферным воздухом существенно снижается. Таким образом, запирающий верхний влажный слой почвы с заполненными водой порами способствует повышению содержания радона в почвенном воздухе на глубине 1 м.
Дожди меньшей интенсивности также меняют суточный ход ОА радона. Изменения ОА радона, скорее всего, связаны с тем, что продолжительные дожди повышают влажность грунта, снижая поток радона к границе грунт - атмосфера, и тем самым повышая концентрацию радона на больших глубинах.
Данные мониторинга ОА радона в грунте на экспериментальной площадке ТОРИИ с 2010 по 2013 года показали, отсутствие суточных вариаций в зимний период. Анализ возможных влияющих факторов показал, что причина этого - наличие снежного покрова.
В зимнее время температура отражает среднее изменение уровня радона в почве. Скачки ОА радона в почве в данный период года следует связывать с осадками и изменениями атмосферного давления. При этом уменьшение давления сопровождается ростом ОА радона и наоборот.
Исследования сезонных вариаций показали, что более низкие значения объемной активности радона на глубинах 0,1 м и 0,2 м были зафиксированы в мае и летние месяцы, а более высокие значения объемной активности радона - в феврале, марте и апреле. Большие значения ОА радона на глубинах 0,1 м и 0,2 м могут быть объяснены тем, что в зимний период почва уплотняется снегом, и замороженный верхний слой почвы мешает выходу радона в открытое пространство, в то время как летом почвенный газ радон может легко перемещаться в сухой, потрескавшейся, пористой почве и может выходить на открытый воздух. Также, повышенное содержание влаги в почве в зимний период вызывает более высокую эманацию радона, это приводит к более высоким концентрациям радона в почвенном воздухе.
Обнаружена сезонность амплитуд вариаций ОА радона на всех глубинах. В целом весной и осенью амплитуда вариаций ОА радона заметно больше, чем летом (зимние месяцы не анализировались ввиду отсутствия непрерывных экспериментальных данных). Так летом 2013 года коэффициент вариаций на всех рассматриваемых глубинах лежал в диапазоне 4-6%, осенью - 8-16%, а весной 20-35%. Это, скорее всего, обусловлено климатическими и почвенными условиями: весной и осенью в городе Томске наблюдаются сильные вариации значений атмосферного давления и температуры.
Ежегодно на всех глубинах замечено существенное изменение в ходе ОА радона в период таяния снега. Наибольшие значений ОА радона наблюдаются тогда, когда температура воздуха в сутках колеблется около нуля, принимая в дневное время положительные значения, а в ночное - отрицательные. В это время при положительных температурах воздуха снег тает, и пористость снежного покрова снижается. Также в ночное время при отрицательных температурах образуется запирающая ледяная корка. Из-за этого, радон не может легко перейти в атмосферу и увеличивает концентрацию почвенного радона в грунте.