Перенос радона
Попавшие в атмосферу радионуклиды подвергаются влиянию различных физических процессов, которые и определяют их дальнейшую судьбу. Наиболее важные с точки зрения дозиметрии процессы — это рассеяние радиоактивных продуктов в атмосфере и последующее их удаление из атмосферы. Рассеяние радионуклидов, поступивших в приземный пограничный слой (нижние несколько метров атмосферы), обусловлено как ветровым переносом (адвекция), так и перемешиванием (диффузия), происходящими как в локальном, так и в глобальном масштабе. Первоначально радионуклиды рассеиваются благодаря локальной циркуляции атмосферы. Этот процесс занимает несколько часов или дней и приводит к распространению их в горизонтальной плоскости на несколько километров. Разбавление и перемешивание вызываются турбулентными вихрями и сдвигами ветра. В вертикальном направлении эти вихри ограничены размерами слоя перемешивания, а в горизонтальном они распространяются в зависимости от скорости ветра. Адвективная составляющая (обычный перенос радионуклидов) определяется по измерениям параметров ветра на поверхности и на различных высотах, производимым различными метеорологическими системами, работающими как часть местных, региональных или глобальных сетей мониторинга. Ветровые потоки, наблюдаемые в отдельных регионах, можно рассматривать как состоящие из среднего ветрового компонента и накладывающегося флуктуационного компонента (обычно называемого вихревым), который может быть связан с диффузными (турбулентными) свойствами потоков. Атмосферная турбулентность состоит из широкого спектра вихрей, охватывающих расстояния от тысячи километров до размера молекул. Происходит непрерывный перенос кинетической энергии от более крупных вихревых потоков к мелким, в области которых энергия рассеивается. Интенсивность турбулентного перемешивания атмосферы в первую очередь зависит от неоднородности подстилающей поверхности, сдвигов ветра по высоте и вертикального распределения температур в атмосфере. Следовательно, можно ожидать большей интенсивности турбулентного движения над пересеченной местностью, нежели над равниной, и в периоды, когда сильный нагрев солнечным светом приводит к вертикальной температурной нестабильности.
В приграничном слое турбулентность часто зависит от вертикальных температурных градиентов в атмосфере и вариабельности как горизонтальных направлений, так и скорости ветра. Теоретическая основа подобных взаимосвязей обычно мало понятна, поэтому приходится полагаться на эмпирические соотношения, полученные на базе метеорологических полевых экспериментов.
Радиоактивные продукты удаляются из атмосферы двумя основными механизмами: вымыванием с помощью осадков и сухим выпадением. Вымывание осадками — это выведение аэрозольных и газообразных веществ из атмосферы с различными видами осадков. Этот процесс включает в себя поступление радионуклидов в капли дождевой воды и последующее выпадение вещества на поверхность земли. Интенсивность данного процесса, который определяет длительность пребывания вещества в атмосфере, может в значительной степени обусловливать характер поля выпадений и концентрации переносимых по ветру веществ. Удаление радиоактивных частиц и газов из атмосферы через выпадение осадков зависит от сложных микрофизических и микрохимических процессов, которые являются функциями условий как внутри, так и вне несущих природные облака слоев. К ним относятся: образование капель на ядрах конденсации, диффузия газов и твердых частиц в облачные и дождевые капли, аэродинамический и электростатический захват, термофорез и диффузиофорез. Удаление из атмосферы посредством сухого выпадения играет большую роль в пределах лежащего у поверхности слоя, где переносимая ветром радиоактивность может приходить в контакт с поверхностью посредством различных механизмов. Это диффузия, гравитационное оседание, столкновения, захват, электростатические эффекты, диффузиофорез и термофорез. Эти процессы чрезвычайно сложны и мало изучены, поэтому их обычно моделируют через скорость осаждения, которую определяют как поток осаждаемого вещества, деленный на концентрацию в воздухе. Выпавший на поверхность материал может впоследствии снова перейти в атмосферу под влиянием ветра и механических воздействий, обусловленных человеческой деятельностью.
Процесс повторного перехода в суспензию может продолжаться над загрязненной территорией в течение длительного времени. Физические процессы, включенные в явление ресуспензии, также слабо изучены и с трудом поддаются измерению. Изучение ресуспензии часто основывается на концепции коэффициента ресуспензии, который определяется отношением концентраций в атмосфере к концентрациям на поверхности. Эти коэффициенты, однако, могут варьироваться в пределах многих порядков величины, и, следовательно, их использование ограничено для предсказания ингаляционной дозы, обусловленной ресуспензированными загрязнителями. При создании численных моделей нередко используется именно скорость ресуспензии, которая является функцией различных физических процессов, таких, как скачкообразное движение частиц и перемещение по поверхности. Считается, что скорости ресуспензии зависят от типа почв, размеров частиц, влажности поверхности, силы ветра у поверхности и атмосферной стабильности, однако они также варьируются в пределах нескольких порядков величины. Таким образом, наша способность предсказывать скорость ресуспензии ограничена недостаточным пониманием задействованных физических процессов и большой изменчивостью наблюдаемых скоростей.
