放射性物质在大气中的行为.ppt

放射性物质在大气中的行为 4.1放射性物质在大气中的化学行为 4.2放射性物质在大气中的输运和弥散 4.3放射性物质在大气中的沉积和再悬浮 放射性物质在大气中的化学行为 放射性物质在大 气中的化学行为 形成气溶胶 主要源于被大气中本身存在的固体微粒或雾所捕集 发生化学反应 氧化反应 碳酸盐化反应 光化学反应 同位素交换反应 1、什么是干绝热递减率什么是干绝热递减率 干气团绝热上升或下降单位高度干气团绝热上升或下降单位高度(通常通常100m)的温度变的温度变化量称为干绝热递减率，用化量称为干绝热递减率，用d表示，单位表示，单位K/100m 空气块空气块 膨胀（做功）膨胀（做功）耗内耗内 能能 T 定性定性 空气块空气块 压缩（外气对它做功）压缩（外气对它做功）T 内能内能（由压力变化引起由压力变化引起）ddd iTz4.2放射性物质在大气中的输运和弥散 定量定量（单位质量的环境空气）（单位质量的环境空气）由热力学第一定律由热力学第一定律 ddpTRpTCpgdZdPgdZdPRTPRTPVpCgdZdTmKKKgJsmCgdZdTdZdTPid100/98.0)./(1005/81.92又气压随高度变化规律：又理想气体状态方程：将代入，则得：实际中Ti与环境温度T之差不超过10，Ti/T1。干空气气体常数287.0J/(Kg.K)气温直减率dZdT表示干空气在作干绝热上升（或下降）运动时，每表示干空气在作干绝热上升（或下降）运动时，每升高（或下降）升高（或下降）100m，温度降低（或升高）约温度降低（或升高）约1。2 2、气温的垂直分布（温度层结）、气温的垂直分布（温度层结）dZdT气温直减率气温直减率 （大气）（大气）（递减层结）（递减层结）逆温是大气温度随高度增加而升高逆温是大气温度随高度增加而升高的现象，逆温层结是强稳定的大气的现象，逆温层结是强稳定的大气层结，不利于污染物的扩散。层结，不利于污染物的扩散。d 正常分布层结正常分布层结 ，中性层结（绝热直减率）中性层结（绝热直减率）0 ，等温层结等温层结 0 ，逆温层结逆温层结 d 正常分布层结正常分布层结 ，中性层结（绝热直减率）中性层结（绝热直减率）0 ，等温层结等温层结 3、大气稳定度及其判据 定义：大气在垂直方向上稳定的程度；反映其是否容易发生定义：大气在垂直方向上稳定的程度；反映其是否容易发生 对流对流 定性描述：定性描述：外力使气块上升或下降外力使气块上升或下降 气块去掉外力气块去掉外力 气块减速气块减速，有返回趋势有返回趋势，稳定稳定 气块加速上升或下降气块加速上升或下降，不稳定不稳定 气块停在外力去掉处气块停在外力去掉处，中性中性 不稳定条件下有利于污染物扩散不稳定条件下有利于污染物扩散 大气稳定度及其判据 定量判断 ipiiTpT气块：气块：环境：环境：ipiiTpT气块：气块：环境：环境：()(1)iig TTTagTT()iigaiiippRTRT（单位体积块）加速度（单位体积块）加速度，将，将代入上式得：代入上式得：()(1)iig TTTagTT()iigaiiippRTRT（单位体积块）加速度（单位体积块）加速度，将，将代入上式得：代入上式得：()iigaiiippRTRT（单位体积块）加速度（单位体积块）加速度，将，将代入上式得：代入上式得：0diiTTz0TTz 气块：气块：环境：环境：zzz高度高度（一般均满足绝热条件）（一般均满足绝热条件）0diiTTz0TTz 气块：气块：环境：环境：zzz高度高度（一般均满足绝热条件）（一般均满足绝热条件）zzz高度高度（一般均满足绝热条件）（一般均满足绝热条件）d()agzT00iTT假设假设 则有则有 单位体积的气块所受的力单位体积的气块所受的力 浮力：浮力：g 重力：重力：ig 准静力条件：准静力条件：P=Pi d()agzTddd混合层混合层0,a0 不稳定不稳定0,a0 稳定稳定中性层中性层0，a=0 中性中性稳定层稳定层0，a0,a0 不稳定不稳定0,a0 稳定稳定中性层中性层0，a=0 中性中性稳定层稳定层0，a0 逆温，非常稳定逆温，非常稳定气块加速度与其位移方向相同，气块加速运动 气块加速度与其位移方向相反，气块减速运动 有关辐射逆温有关辐射逆温 在晴朗无云或少云在晴朗无云或少云、风力不大的夜晚风力不大的夜晚，地面辐射冷却很快地面辐射冷却很快，贴近地面的大气温度下降最多贴近地面的大气温度下降最多，而高层大气冷却慢而高层大气冷却慢，造成造成温度自下而上的增加温度自下而上的增加，称为辐射逆温称为辐射逆温。辐射逆温层的产生是有规律的辐射逆温层的产生是有规律的，一般只在夜间形成一般只在夜间形成，早晨早晨随着太阳不断加热地表随着太阳不断加热地表，地面温度上升地面温度上升，逆温自下而上逐逆温自下而上逐渐消失渐消失，一般在上午完全消失一般在上午完全消失。下午下午 日落前日落前1h 夜间夜间 日出日出 上午上午10h 烟流形状与大气稳定度的关系烟流形状与大气稳定度的关系 波浪型（不稳）波浪型（不稳）d 锥型（中性锥型（中性or弱稳）弱稳）d 爬升型（下逆，上不稳）爬升型（下逆，上不稳）漫烟型（上逆、下不稳）漫烟型（上逆、下不稳）扇型（逆温）扇型（逆温）60，弱太阳高度角15 35，同时应考虑云量的影响 4.11a 4.11b PG曲线的应用 地面最大浓度估算 zxxzh2/12max由h和 由zx曲线（图4.11b）反查出xxmax 由yx曲线(图4.11a）查y 由式（4.19)计算最大浓度 2/12max2,2maxheuhQxxxzyz扩散参数的确定中国国家标准规定的方法扩散参数的确定中国国家标准规定的方法 我国在修订我国在修订P-T法基础上产生了国家标准法法基础上产生了国家标准法(GB/T 13201-91)。太阳高度角太阳高度角 辐射等级辐射等级 地面风速地面风速 该方法的技术路线是：根据时间、地理位置、太阳倾角确该方法的技术路线是：根据时间、地理位置、太阳倾角确定太阳高度角，利用天气条件确定辐射等级，然后利用辐定太阳高度角，利用天气条件确定辐射等级，然后利用辐射等级和风速确定大气稳定度，最后查扩散参数幂函数表，射等级和风速确定大气稳定度，最后查扩散参数幂函数表，确定扩散参数。确定扩散参数。式式4.26，地理，地理 纬度，倾角纬度，倾角 稳定度稳定度 云量云量 表表4.4 表表4.5 表表4.6 扩散参数的确定中国国家标准规定的方法 扩散参数的选取扩散参数的选取 扩散参数的表达式为（取样时间扩散参数的表达式为（取样时间0.5h，按表查算），按表查算）平原地区和城市远郊区，平原地区和城市远郊区，D、E、F向不稳定方向提半向不稳定方向提半级级 工业区和城市中心区，工业区和城市中心区，C提至提至B级，级，D、E、F向不稳定向不稳定方向提一级方向提一级 丘陵山区的农村或城市，同工业区丘陵山区的农村或城市，同工业区 取样时间大于取样时间大于0.5h，不变，不变，1221,aayzxx2121()qyyz取样时间 时间稀释指数1ht100h,q=0.3,0.5ht1h,q=0.2 烟云抬升的原因有两个：烟云抬升的原因有两个：是烟囱出口处的烟流具有一初始动量（使它们继续垂直是烟囱出口处的烟流具有一初始动量（使它们继续垂直上升）；上升）；是因烟流温度高于环境温度产生的静浮力。是因烟流温度高于环境温度产生的静浮力。这两种动力引起的烟气浮力运动称这两种动力引起的烟气浮力运动称烟云抬升烟云抬升，烟云抬升有，烟云抬升有利于降低地面的污染物浓度。利于降低地面的污染物浓度。2.烟气抬升高度的计算烟气抬升高度的计算 初始动量：初始动量：速度速度、内径内径 浮力：烟温度浮力：烟温度 烟气抬升主要影响因素烟气抬升主要影响因素 有效源高有效源高 hhhshs烟囱的几何高度 h烟气抬升高度 2.烟气抬升高度的计算烟气抬升高度的计算 4/14SFhmCDxuWDhisi3/13/2044.1siuWDh03烟羽下沉修正因子烟羽下沉修正因子W0/us1.5时时C=0，W0/us1.5,C=3（1.5 W0/us）De（1）高烟囱的烟羽抬升高度）高烟囱的烟羽抬升高度 取较小值，适用于稳定度取较小值，适用于稳定度A-D 3/16/15.1SFShm取较小值，适用于稳定度取较小值，适用于稳定度E,F 2202imDWF稳定度参数，E级S=8.7104，F级S1.75103 （2）低烟囱的烟羽抬升高度）低烟囱的烟羽抬升高度 hs低于建筑物高度低于建筑物高度,按地面源考虑即按地面源考虑即h=0 建筑物高建筑物高 hs 2.5倍建筑物高倍建筑物高 按混合源考虑虑或未知时，按地面源考按高位源考虑511,5000sssuWuWuW100（1Et）时段为高位源）时段为高位源 100100（1Et）时段为地面源）时段为地面源 sstsstuWuWEuWuWE/5.1),/(06.03.05.11/),/(58.158.20000夹带系数 练习：碘练习：碘-131以平均排放速率以平均排放速率10Bq/s从高从高60m的烟囱排出，烟的烟囱排出，烟囱排出口内径囱排出口内径0.5m，外径，外径0.6m，排烟速度，排烟速度12m/s。对其有影响。对其有影响的最近建筑物高的最近建筑物高30m。大气稳定度。大气稳定度C级，源高处风速级，源高处风速6 m/s。试。试求排放点下风向求排放点下风向1km处碘处碘-131的轴线浓度（不考虑尾流效应）的轴线浓度（不考虑尾流效应）CDxuWDhisi3/13/2044.1siuWDh03建筑物高建筑物高 hs 2.5倍建筑物高，应分情况考虑倍建筑物高，应分情况考虑 20suw按混合源考虑按混合源考虑 100（1Et）时段为高位源）时段为高位源 Et时段为地面源时段为地面源 0.5/5.1),/(06.03.05.11/),/(58.158.20000sstsstuWuWEuWuWE18.0206.03.0tEzyuQyx)0,0,(地面轴线浓度)2exp(),0,0,(22zzyhuQhx地面源 高架源 稳定度C，x=1km处y=99.1 z=61.4 sBq/107.84.611.99614.310)0,0,0,1(54.140200025.044.144.13/13/23/13/20CDxuWDhisi325.0330siuWDh抬升高度 sBqhuQhzzy/1015.5)4.61263exp(1.994.61614.310)2exp(),0,0,1(52222有效高度 60+3=63 加权平均浓度 sBq/108.5%18107.8%821015.55553、有效源释放高度的平均风速、有效源释放高度的平均风速 幂函数风速扩线模式 mhhuu1010 某核电厂烟囱高150m，烟气抬升高度75m，核素的排放量200Bq/s。估算烟囱出口风速3m/s，大气稳定度C级时地面最大浓度是多少？发生在什么位置？（用P-G法）2/122,2maxheuhQxxxzyz第二步：确定出现地面最大浓度的下风向距离。第二步：确定出现地面最大浓度的下风向距离。第一步：确定出现地面最大浓度的第一步：确定出现地面最大浓度的Z向扩散参数。向扩散参数。第三步：确定出现地面最大浓度的第三步：确定出现地面最大浓度的y向扩散参数。向扩散参数。第四步：计算地面最大浓度。第四步：计算地面最大浓度。一工厂在源高一工厂在源高H=30m处以处以100Bq/s的速度排放污染物质，的速度排放污染物质，风速为风速为3m/s，在下风向距离，在下风向距离1000m处，扩散系数分别取处，扩散系数分别取y=30m，z=20 m。计算烟流中心线上污染物的浓度；。计算烟流中心线上污染物的浓度；中心线以左中心线以左60 m、以下、以下20 m处处 污染物的浓度。污染物的浓度。3、长期平均浓度的估算长期平均浓度的估算 气象部门提供的风向资料是按气象部门提供的风向资料是按16方位给出的方位给出的，每个方位相当于每个方位相当于一个一个22.5 的扇形的扇形。因此因此，可按每个