放射性核素在大气中传输与扩散的数值模拟

放射性核素在大气中传输与扩散的数值模拟

沈姚崧

在CTBT监测系统中,放射性核素监测是其中的一项重要内容。针对在大气中的输运问题开发了RATRANS程序。该程序考虑了实际地形、地貌对放射性污染物在大气中输运扩散的影响，根据实时的各种风场、气候潮湿程度的预报，分析放射性粒子的沉降、放射性气体的空间分布和时间分布，预测几小时至未来数日内的放射性核素传播的区域和数量。

RATRANS程序包含主计算程序模块、地形数据预处理、气象数据预处理、地形数据插值、气象数据插值、气象数据整体调整和输出数据后处理(包括可示化处理)等程序模块。目前该程序已经收录了全球地形地貌数据，以30rad s的步长（北京地区大约600m）排列；同时可以与全球气象数据库实时预报数据联结，以1rad步长（北京地区大约60km）排列（将来准备发展成以0.1rad 步长的排列）。该系统分析应急响应范围不受时间和地点的限制。该系统适用于中小尺度(区域范围可从几公里到几千公里)各种

空气污染物的事故性释放（或泄漏）的应急响应预报工作，特别是若与当地气象部门数据连接，则可以进一步提高RATRANS系统的数据分析精确度。该程序用途广泛，可以用于为放射性核素的监测提供指导；分析预测核反应堆事故释放的放射性有害气体在空气及地面的扩散分布；计算空气污染物微粒在空气中扩散分布和地面沉积；计算生物化学气体在空气中的扩散分布及对环境影响。该程序后处理采用动画形式，物理图像逼真、实时，分析结果简单明了。

用于计算核素在大气中的浓度分布的数学模型为如下对流扩散方程

其中，C 为核素的平均空气浓度；

为x ，y ，z 三个方向的速度分量；为X ，Y ，Z 三个方向的涡度系数.

RATRANS 程序具有很强的实时性，可以分析在任何时刻和任何位置上发生的核泄漏事故，给出未来几小时到几天内的放射性污染分布预测。现通过一例说明，假设1999年9月18日零点我国南方某地有放射性泄漏，释放出强度为1个放射性单位浓度的污染物，考察在未来的几天后该污染物在大气中的扩散及地面沉积。

通过计算，可以得到12h

后放射性污染物分布图（如图

1）。图中的绿色是地形轮廓

线，坐标原点（0，0）是该泄

漏点的位置。不同颜色的浓度轮廓线表示放射性污染物的

相对浓度大小，最里面的紫色线表示浓度在10-4～10-3,最外面的天蓝色线的浓度仅为10-9～

10-7

。由于输出结果非常丰富，这里仅给出一简要的图来说明。在实际的应用中，许多物理量随时间、空间的变化规律可以以动画的形式输出。

图1

12h 后1.5m 高位置大气中的放射性污染物浓度分布