Радіобіологія фул вершин (передмовалесс, вступлесс етс. едишн)

330

Сьогодні дуже багато методів та способів математичного моделювання. В даній роботі був використаний метод камерних моделей. Цей метод передбачає: розбиття ланцюга подій системи «середовище» на сукупність ланок (камер); встановлення найбільш суттєвих зв’язків, котрі описують перенесення радіонуклідів окремими камерами об’єднують компоненти в одну систему; створення математичного апарату, який моделює динаміку поводження радіонуклідів в системі [2,3].

В якості програмного забезпечення використовувався математичний продукт – MAPLE V.

Моделювання радіоекологічних процесів у типових гірських екосистемах. Для дослідження була обрана типова екосистема, що складається з дев'яти камер: вершина гори, льодовик, альпійський луг, чагарники, ліс, пасовище, агрофона, ріка та населення, що використовує ці території. ( рис.11.9).

Взаємодія між камерами задається за допомогою коефіцієнтів швидкостей переходу радіонуклідів із камери в камеру за одиницю часу в один рік ( а12 , а23 , а34 і т.д.) табл.11.3. (тут використано середні

значення коефіцієнтів, які отримані з натурних досліджень та літературних даних):

332

Розглянемо два випадки забруднення гірської екосистеми:

1)забруднення радіонуклідом відбулося безпосередньо на вершині гори;

2)радіонуклідне забруднення сталося одразу на кількох складових: вершині гори, льодовику та альпійському лузі.

У першому випадку початкові умови системи диференціальних рівнянь мають вигляд:

x(0) 100, y(0) 0, z(0) 0, k(0) 0, l(0) 0, m(0) 0, n(0) 0, p(0) 0, r(0) 0.

А у другому, коли забруднення почалося одночасно із забруднення вершини гори, льодовика та лугу, мають наступний вигляд:

x(0) 0,33, y(0) 0,33, z(0) 0,33, k(0) 0, l(0) 0, m(0) 0, n(0) 0, p(0) 0, r(0) 0.

333

Розв’язавши систему цих рівнянь отримаємо розв’язки, які подамо у вигляді таблиці (табл.11.4), де першими ідуть результати по

моделюванню першого випадку, а в дужках - результати дослідження другого випадку забруднення гірської екосистеми.

Таблиця 11.4 Накопичення радіонуклідів у камерах для двох випадків викиду . 1-випадок коли викид забруднив тільки вершину

Як видно з таблиці, результати досліджень показали суттєву різницю між наслідками забруднення у цих випадках. Найбільш небезпечним для людини є другий випадок

забруднення, тобто забруднення великої частини гори: це підвищує величину прогнозованої колективної дози для населення.

Якщо порівняти результати моделювання розподілу радіонукліда Cs 137 у схиловій екосистемі (для середніх коефіцієнтів переходу) (рис.11.6,11.7), де для людини максимальна активність радіонукліда становить 10% на 50 рік, то все ж таки найбільш небезпечним для людини буде рівномірне забруднення гірської екосистеми (рис.11.10,

рис.11.11):

334

векосистемі, яка екосистемі, яка реалізується

На цих рисунках представлена динаміка надходження радіонуклідів у гірських екосистемах до людей, які формують колективну дозу для населення, що використовують дану гірську екосистему. Значення на ординатах графіків визначають долю радіонуклідів від запасу, що формують колективну дозу для населення. Встановлено, що у випадку забруднення значної частини гори, може сформуватися у тричі

r 18 16 14 12 10 8 6 4 2

0

0 20 40 60 80 100 120 t

335

Рис.11.12. Накопичення колективної дози від радіонукліда для населення у гірській екосистемі (рівномірне забруднення), де r - доля (%) від запасу радіонукліда в екосистемі, яка реалізується через колективну дозу, t - час ( роки).

більша колективна доза, ніж у випадку забруднення тільки вершини. Таким чином з цього прикладу можна зробити слідуючи висновки:

1.Запропонована в даній роботі модель працює і придатна для моделювання природних процесів у гірських екосистемах.

2.Даний метод дозволяє проводити реконструкцію екологічних процесів по даним натурних процесів.

3.Аналіз результатів моделювання показує, що відбувається інтенсивний перерозподіл радіонукліда в даній гірський екосистемі

4.Вміст радіонукліда у всіх камерах, крім першої, та у другому випадку і другої камери, мають пік, котрий пов’язаний з двома процесами – накопичення та скиду радіонукліда.

5.Положення пікових значень вмісту радіонукліда по камерам зсувається по часу. Чим нижче розташована камера, тим дальше формується пікове значення.

6.Величина піка залежить від співвідношення швидкостей притоку радіонукліда та швидкостей скиду радіонукліда з кожної камери: спочатку досягається пік, а потім відбувається поступове зменшення кількості забруднювача за рахунок скиду та розпаду радіонукліда.

7.Проаналізувавши дані розрахунків, а також графічного матеріалу, можна побачити, що швидкість розподілу радіонуклідів, а значить швидкість очищення кожної камери прямо залежить від величини

значення aij .

8. Показано, що відбувається накопичення радіонукліда в популяції населення, що використовує дану гірську екосистему. Розрахунки по моделі вказують на те, що частина радіонукліда, яка формує колективну дозу у людей зростає у часі і досягає помітних значень 5,4% у першому випадку та 17% у другому. Це означає зростання прогнозованої колективної дози у разі рівномірного забруднення значної частини гори.

Моделювання радіоекологічних процесів методом камерних моделей при оцінці екологічного стану на прикладі села Галузія Маневицького району Волинській області. В даному розділі використані, дані натурних експедиційних досліджень вмісту 137Cs у ґрунті, рослинах, молоці, коровах (прижиттєво) та у людей (вимірювання на лічильниках випромінювань людини – ЛВЛ), опитування населення на територіях вибраних сіл Волинської області,

336

віднесених до другої та третьої зон; здійснене математичне моделювання з використанням камерних моделей. Численними дослідженнями було встановлено, що на території с. Галузія формуються значні дозові навантаження у людей внаслідок великих значень коефіцієнтів переходу в системі ґрунт-рослини і високих рівнів забруднення сіна, молока, м`яса, лісових продуктів – грибів та ягід.Наші попередні оцінки показали, що для даної території є три основні напрями надходження радіонуклідів 137Cs до людини, які більш докладно розглянуті нижче. Перший з них – через урочища (пасовища та сіножаті), що є кормовою базою для молочної і м`ясної худоби. Цей напрям формує в середньому до 70 % усієї дози. Другий напрям – надходження через лісові продукти – гриби та лісові ягоди, що складає в середньому 20 % загальної дози. Третій – присадибна ділянка (город) забезпечує в середньому 10 % від загальної дози для жителів цих населених пунктів.

Блок-схема камерної моделі села представлена на рис.11.13, а схема розрахунку камерної моделі– на рис. 11.14. Було розглянуто камерну модель потоків радіонуклідів у селі Галузія Маневицького району Волинської області та проведений розрахунок результатів даної моделі. За отриманим рішенням побудовані графіки виносу радіонуклідів з усіх полігонів (пасовищ, лісу і городу) та проведено аналіз отриманих результатів.

338

Рис. 11.14. Структурована блок-схема екосистеми, що досліджується.

Дані, що отримані за моделями, добре корелюються з даними натурних досліджень.В даному розділі роботи зроблено такі висновки: 1. Розроблено та проаналізовано камерну модель реальної екосистеми села Галузія Маневицького району Волинської області, що попало під вплив аварії на Чорнобильській АЕС.

2. В моделі враховані всі основні потоки радіонуклідів -137Cs.

3. Блок-схема включає чотири основних пасовища (на одному з яких вирощують сіяні трави). До блок-схеми включені також потоки радіонуклідів від лісових продуктів (гриби та ягоди), а також – від використання городньої продукції.

4.Отримано розрахункові дані щодо динаміки потоків радіонуклідів по камерах досліджуваної екосистеми.

5.Проведено оцінку та спрогнозовано очікуване забруднення радіонуклідами основних продуктів харчування – молока, м’яса, картоплі та овочів, а також дозових навантажень людей протягом певного часу після аварії на ЧАЕС.

6. Показано, що значні дозові навантаження для трьох груп населення (діти, робітники та пенсіонери) формуються за рахунок постійного вживання молока від корів, які випасаються на

339

забруднених пасовищах. Доза від вживання молока становить 4060 % від усієї дози для людей.

7. Показано, що помітні рівні забруднення молока сформувались на цій території не відразу після аварії, а тільки у 1992-1994 роках. 8.Підтверджено, що важливим компонентом дозоутворення у цьому регіоні є використання лісових продуктів – грибів та ягід.

9.Показано, що значна частина колективної дози не формується локально у даному селі, а експортується на інші території через вивіз молока, м’яса та лісових продуктів.

10.Отримані результати свідчать, що екологічна безпека даної території може бути досягнута лише за умов використання цілої системи захисних контрзаходів, використання яких на сьогоднішній день є недостатнім.

Моделювання радіоекологічних процесів методом камерних моделей при оцінці екологічного стану на прикладі села Коцюбинчики Чортківського району Тернопільської області.

Аналогічно до с. Галузія, здійснено розрахунки і по с. Коцюбинчики Тернопільської області. Це дозволило зробити порівняльну характеристику двох досліджуваних полігонів.