автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Проблемно-ориентированная система обработки информации о состоянии приповерхностных хранилищ отходов

На правах рукописи

005045181

Сухов Андрей Александрович

Проблемно-ориентированная система обработки информации о состоянии приповерхностных хранилищ отходов

05.13.01 Системный анализ, управление и обработка информации (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 1 МАЙ 2 012

Москва - 2012

005045181

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет приборостроения и информатики»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор,

Михайлов Борис Михайлович Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

Никольский Сергей Николаевич,

МИЭМ ПИУ ВШЭ,

кандидат технических наук, доцент Коагпушенко Александр Петрович АІГТУ им. Н. Э. Баумана Ведущая организация: Санкт-Петербургский институт инфор-

матики и автоматизации РАН

Защита состоится 30 мая 2012 г. в 12.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.119.02 нрп ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет приборостроения и информатики», по адресу: 107906, г. Москва, ул. Стромынка, д. 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет приборостроения и информатики».

Автореферат разослан 26 апреля 2012 г.

Отзывы и замечания по автореферату в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба высылать по вышеуказанному адресу на имя учёного секретаря диссертационного совета.

Учёный секретарь диссертационного совета, к.т.н., доцент

•б— Зеленко Г. В.

Общая характеристика работы

Актуальность работы Надежное хранение радиоактивных отходов (РАО), в т. ч. при включении их в цементную матрицу (ЦМ), является важной оставляющей экологической безопасности. Наиболее распространенный способ иммобилизации РАО низкой и средней активности в России и за рубежом является цементирование. Подавляющее большинство приповерхностных (глубиной до 8м) хранилищ 60-90-х годов консервации представляют собой бетонные заглубленные резервуары с зацементированным монолитом РАО. Эксплуатационный срок таких хранилищ составляет 300 лет, однако в процессе храпения на цементный компаунд воздействует агрессивные факторы окружающей среды. Проведенные модельные испытания показали наличие микробиологического разрушения цементной матрицы после 8-10 лет хранения, анализ реальных образцов керна бурения хранилищ в возрасте более 40 лет хранения подтвердил наличие биодеструкции. В свете распоряжения правительства Российской Федерации от 25 августа 2008 г. N 1243-р и прилагаемого перечня технологий, имеющих важное социально-экономическое значение пли важное значение для обороны страны и безопасности государства (критические технологии); технологии атомной энергетики, ядерного топливного цикла, безопасного обращения с радиоактивными отходами и отработавшим ядерным топливом, задача создания проблемно-ориентирован-пой системы обработки информации о микробиологическом факторе деструкции (МБФД) и состоянии приповерхностных хранилищ (ПХ) радиоактивных отходов является актуальной.

Объект исследования: состояние структуры цементной матрицы, им-мобилизирующей радиоактивные отходы.

Предмет исследования: информационная структура системы мони-

торннга состояния приповерхностного хранилища радиоактивных отходов.

Целыо исследования является совершенствование системного, проблемно-ориентированного анализа и структуризация информации о микробиологическом факторе деструкции приповерхностных хранилищ радиоактивных отходов, разработка методов анализа данных. Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. Проведен системный, проблемно-ориентированный и структурный анализ информации микробиологического фактора деструкции приповерхностных хранилищ радиоактивных отходов;

2. Проведен анализ графических данных состояния структур цементной матрицы с радиоактивными отходами;

3. Проведен анализ графических данных микроструктуры цементной матрицы с радиоактивными отходами.

Научная новизна. В работе были получены следующие научные результаты:

1. Разработана структура проблемно-ориентированной системы анализа информации о микробиологическом факторе деструкции приповерхностных хранилищ радиоактивных отходов;

2. Предложен метод анализа графических данных состояния структур цементной матрицы с радиоактивными отходами;

3. Предложен метод анализа графических данных микроструктуры цементной матрицы с радиоактивными отходами.

Практическая значимость результатов исследования и их внедрение в практику:

1. Проблемно-ориентированная система обработки информации о состоянии приповерхностных хранилищ РАО внедренная в ГУП МосНПО «Радон» в составе системы поддержки принятия решений по технологии цементирования РАО;

2. Получены свидетельства Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам о государственной регистрации:

- Программы для ЭВМ «Проблемно-ориентированная система обработки информации о состоянии приповерхностных хранилищ радиоактивных отходов» № 201261239 от 14 марта 2012 г, приоритет от 19 января 2012 г.

■ Программы для ЭВМ «Программа адаптивной оценки информационных программных систем на базе интеллектуального анализа данных» № 2009016103, 5 ноября 2009 г, приоритет от 8 сентября 2009 г.

Базы данных «Защита цементированных компаундов с РАО от микробиологической деструкции» № 2012620285 от 14 марта 2012 г, приоритет от 19 января 2012 г.

Методы исследований. При разработке теоретических положений диссертационной работы использованы методы системного подхода структуризации информации, методы объектно-ориентированного программирования.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и получили одобрение па IV Российской молодежной Школе но радиохимии п ядерным

технологиям (Озерск, ФГУП "ПО "Маяк", 2010); XI, XII Всероссийской конференции молодых ученых по математическому моделированию и информационным технологиям (Красноярск, 2010, Новосибирск, 2011); Международном молодежном научном форуме «Ядерное будущее» (Голицыно, 2011), Молодежной конференции с элементами научной школы «Современные проблемы радиохимии и радиоэкологии» (к 25-летию аварии на ЧАЭС) (Москва, ГЕО-ХИ РАН, 2011); Ю"1 International Symposium KONTEC' 2011 «Conditioning of Radioactive Operational & Decommissioning Wastes» (April 06 - 08, 2011, Dresden, Germany); Четвертой конференции молодых ученых и специалистов РАДУГА-2010, РАДУГА-2011 «Обращение с РАО. Проблемы и решения» (Сергиев Посад, ГУП МосНПО «Радон», 2010, 2011г.); XI Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи НТТМ-2011 (Москва, ВВЦ, 2011).

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 9 печатных работах, из них 1 статья в рецензируемом журнале и 1 иностранная публикация.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, 1 приложения, изложена на 117 машинописных страницах, включая 10 рисунков, 4 таблицы, список литературы из наименований.

Содержание работы

В введении диссертационной работы обоснована ее актуальность, сформулирована цель, научная новизна исследований, показана практическая значимость полученных результатов.

В первой главе проведен анализ предметной области микробиологического фактора деструкции (МБФД) ПХ РАО. Оценка состояния структуры ЦМ, иммобилизирующей РАО, проводится на основе анализа поверхности цементных образцов-балочек, хранящихся в извлекаемых формах в ПХ, путем

экспертного визуального анализа. Данный вид оценки обладает погрешностью (до единиц процентов) и не позволяет накапливать данные о незначительных изменениях структуры ЦМ. Оценка микроструктуры ЦМ, иммоби-лизпрующей РАО, проводится на основе анализа внутренних сколов цемент-пых образцов-балочек с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), путем экспертного визуального анализа кристаллов гидратирован-ных минералов цемента. В виду сложного физико-химического состава ЦМ, оценка состояния ее микроструктуры не позволяет по графическим данным СЭМ получить количественную оценку изменения или деструкции кристаллов. Данные недостатки снижают эффективность анализа структуры ЦМ. Для совершенствования системного, проблемно-ориентированного анализа и структуризации информации о МБФД ПХ РАО поставлена задача разработки новых методов анализа данных.

Во второй главе представлена проблемно-ориентированная система анализа МБФД ПХ РАО. Разработкой структур информационных систем экологического мониторинга занимались такие ученые как Колыбанов К. Ю., Ла-дин Е. Г., Кантора Г. Я., Легович 10. С., Рождественский Д. Б. и др. Данные работы позволяют уточнить положение проблемно-ориентированной системы обработки информации о состоянии ПХ РАО в общей информационной системе предприятия. Приведенная общая информационная система предприятия обладает возможностью структурного и функционального развития. Информация о МБФД ПХ РАО не представлена в достаточной степени. Работы Ходжер Т. А., Соколова В. II., Румянцевой Н. А., Осипова В. И могут быть применены только при наличии, как минимум, двух микрофотографий одного объекта, полученных по определенной методике. Однако, как правило, экспериментальные графические данные уникальны, получены в единственном экземпляре.

В проведенном автором анализе данных о деструкции поверхности струк-

тур ЦМ, описываются принципы формирования графических данных на стенде автоматизированной съемки модельных образцов-балочек. Критериям оптимальности при получении фотографии являлись: цветовая контрастность анализируемого образца к фону, наличие и характеристики общего, отраженного освещения и источников направленного света, угол между оптической осыо фотоаппарата и воображаемой центральной осыо образца. Для получения цветовой контрастности образец помещался на белую непрозрачную ткань. Общий свет кадра формируются источниками дневного света. Направленный источник света представлял собой лампу накаливания мощностью АОШ. Направление света всегда выбрано в центр предметного стола. Оптимальный диапазон значений углов съемки от -00° до 00° но горизонтали. Угол между направленным источником света и оптической осыо объектива от 20°до 40° по горизонтали, и от 0°до 30° по вертикали.

Для оценки деструкции микроструктуры ЦМ сформирован массив данных (от 93 до 109) не разрушенных кристаллических структур цементных образцов, для различных степеней увеличения от х1400 до х6400 с шагом х500. Данные накапливались при анализе 47 образцов на СЭМ ЛЕОЬ ЛЭМ-бОЮЬУ в различные сроки (от 2 до 8 лет) натурных испытаний и хранения в лабораторных условиях.

Применение различных подходов к анализу поверхностей и внутренней микроструктуры ЦМ обусловливает методологическое разделение процессов анализа и формирование двух информационных потоков. На |рис 1] представлена структура проблемно-ориентированной системы.

Рис. 1. Структура проблемно-ориентированной системы (выделено утолщенной линией) в составе общей структуры информационного сопровождения (тонкая непрерывная линия) технологического движения РАО (выдел оно пунктирной линией)

В третей главе приведены разработанные методы обработки информации.

Метод расчета параметров ПК РАО. как функции среды развития микроорганизмов.

Определена параметрическая функция развития IIX, как функция среды развития микроорганизмов /,1Х и штаммов микроорганизмов /,1Х Rhodococcus, Bacillus, Pseudomonas.

/пх,/» „ = /(«,р/7, IV, 5) (1)

где:

£ - температура развития; рН - уровень кислотности среды; - наличие воды; 5 - наличие питательной среды.

Проведенный анализ особенностей ПХ РАО и технологических особенностей формирования ПХ показал, что уровень кислотности рН лежит в пределах 7-11 ед.(рН^ < рНыо). Наличие свободной воды (кристаллизуемой в порах цементной матрицы, конденсированной в хранилище при перепаде температур, проникновением атмосферных осадков из-за нарушения герметичности), принимается избыточным для развития микроорганизмов (Жпх > 1Умо). Питательная среда определяется (содержит): Солыо(ями) жидких радиоактивных отходов(ЖРО)(нитрат-ионы), органическими соединениями, минеральными маслами, органическими растворителями, дативной целлюлозой (древесина, бумага, ткань) (5пх > Яш)- Распределение различных компонентов питательной среды носит следующий характер:

1. Соли равномерно диффундированы в водном растворе затворения цемента (т.е. в ЖРО)

2. Масла условно равномерно каиельно диспергированы в цементном растворе благодаря предварительному перемешиванию.

3. Фрагменты твердых РАО(нативная целлюлоза) распределены произвольно.

Развитие бактерий возможно при соблюдении условий:

4°С < ¿их < ЖС. (2)

Для рассмотрения температурного режима, ПХ РАО рассматривается как прямоугольный параллелепипед с заданными сторонами. Перпендикулярно граням параллелепипеда приложены тепловые потоки: Татм - тепловое взаимодействие с атмосферой, Т,ч.0 - геотермальный тепловой поток, С, Ю, 3. В тепловое взаимодействие со вмещающей породой хранилища.

Тепловое взаимодействие с атмосферой, размерностью ккал • см~2 • т~1. синусоидально и выражено суммой синусоид радиационного баланса Я ( обусловленного тепловым потоком от Солнца), тепловых затрат па испарение Р, турбулентного теплообмена с атмосферой £.

Та™ = Я + Р + Ь (3)

Параметры II,РХ выбираются по усредненным ежемесячным значениям наблюдаемых в заданном регионе. Ежемесячное распределение тепла із монолит ПХ рассчитывается по формулам.

^ = х/Тііта • іц а (4)

Н =

Т

атм

tga

(5)

где, М - изменение температуры на грани хранилища; к - глубина проникновения тепла; а -Т^ЬпТ + С - теплоемкость вещества.

С ^бетона

100

\\' влажность.

Метод анализа состояния структуры цементной матрицы состоит из следующих основных этапов:

Этап 1. Из анализа |рис2,а| исключаются области, не содержащие изображения образца 5/,,,(белый фон, до 17% отличия от белого). Этап 2. Площадь деструкции поверхности образцов-балочек (¿¿,) определяется как область с значениями более 78% черного [рис2,б]. Этап 3. Площадь образца (5,р) определяется разницей площадей кадра (5СТ1)

1_____ .. ,-^.--г■'"М

■-■-»' '"у- • '' -М '"'■ЙЖ''

а,,'.',.-.■■ •*

*' - Г.-'.

а) б) »)

Рис. 2. Анализ фотографии поверхности образца: а исходный кадр; б области деструкции; в области образца без фона и области деструкции

и фона (5ь„).

= Б8П Бьд (6)

Этап 4. Деструкция образца-балочки определяется как соотношение площадей разрушений к площади поверхности образца [рис. 2,в].

5.

■ * 100%.

(7)

\чр

Метод анализа микроструктуры, цементной матрицы Метод основан на сравнении полученного кадра СЭМ /ст с усредненными значениями сопоставимых кадров из базы образцов },, и состоит из следующих основных этапов. Изменение микроструктуры ЦМ выражены изменением интенсивности отражения электронов от поверхности кристаллов ЦМ. Этап 1. Для поиска изменения микроструктуры ЦМ ./к, берется производная по направлению единичного вектора оси координат

~с1 ТТ

Л.

ди

дх

(8)

Этап 2. Для получения единой шкалы ординат гистограммы/л частной производной /¿„( по оси абсцисс откладывается величина модуля частной произ-

водной \fdsl, а по оси ординат суммарное количество данной величины) [рис. З.б,д|, берется соотношение суммарного количества величин к общему количеству величин.

Щр 5

г

•Ч/Ч ■■«¡да

г) Д) е)

Рис. 3. Анализ микрофотографии СЭМ: а исходный кадр; г сопоставимый кадр из базы целых кристаллов; б, д - гистограммы частных производных; в, е - усредненные гистограммы частных производных

Этап 3. Для равной оценки вкладов малых и больших разрушений необходимо иметь результирующую функцию //,„,.

Лт = Л ■ /ш-0), где

(9)

Д полученные значения, /пг нормирующую функцию, Дт нормированная гистограмма.

Этап 4. Деструкция кристалла выражается процентным соотношением сумм гистограммы анализа кадра без повреждений (//¡ть) » гистограммы анализа исходного кадра (/Лтсг):

Четвертая глава включает в себя описание компонентов комплекса программных средств, разработанных в рамках настоящей работы для реализации предложенной проблемно-ориентированной системы и методов анализа структуры иммобилизирующей ЦМ ПХ РАО. Приведенный экспериментальный расчет распределения температур в ПХ РАО ГУП МосНПО "Радон" [рис. 4]. Расчет показал, что объемы приповерхностных хранилищ, потенциально подверженные данному негативному фактору составляют от 10 до 80 % хранилища в зависимости от времени года. Усредненное количество локальных участков биоповреждепнй цементных компаундов за 4,5 года составляет 2,5 - 4 % от общей поверхности. Скорость разрушения кристаллов цементной матрицы в контакте с микроорганизмами-деструкторами составляет в сутки 0,12 - 0,25%. По результатам можно сделать вывод, что локальные очаги биоповрежсдсний в микроструктуре редки, однако при длительном хранении, усиливаясь сезонными перепадами температур и действием воды, могут способствовать ухудшению иммобилизациоппых свойств цементной матрицы, снижая радиационную безопасность вокруг хранилищ РАО.

Рис. 4. Экспериментальные данные по распределению температур ПХ РАО ГУП МосНПО "Радон"

В Заключении сделаны выводы о проделанной работе:

1. Проведено совершенствование системного, проблемно-ориентированного анализа и структуризация информации о микробиологическом факторе деструкции приповерхностных хранилищ радиоактивных отходов, разработаны методы анализа данных.

2. Разработана структура проблемно-ориентированной системы анализа информации о микробиологическом факторе деструкции приповерхностных хранилищ радиоактивных отходов.

3. Предложен метод анализа графических данных структур цементной матрицы с радиоактивными отходами.

4. Предложен метод анализа графических данных микроструктуры цементной матрицы с радиоактивными отходами.

Разработана проблемно-ориентированная система обработки информации о состоянии приповерхностных хранилищ РАО, внедренная и ГУГІ МосНПО «Радон» в составе системы поддержки принятия решении по технологии цементирования РАО.

получены свидетельства Федеральной службы но интеллектуальной собственности, патентам п товарным знакам о государственной регистрации:

- Программы для ЭВМ «Проблемно-ориентированная система обработки информации о состоянии приповерхностных хранилищ радиоактивных отходов» № 201261239 от 14 марта 2012 г, приоритет от 19 января 2012 г.

- Программы для ЭВМ «Программа адаптивной оценки информационных программных систем па базе интеллектуального анализа данных» № 2009616103, 5 ноября 2009 г. приоритет от 8 сентября 2009 г.

-- Базы данных «Защита цементированных компаундов с РАО от микробиологической деструкции» Л'» 2012620285 от 14 марта 2012 г, приоритет от 19 января 2012 г.

Основное содержание диссертации изложено в опубликованных работах:

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК

1. Горбу иона О. А., Сухов А.Л. Программно-математическая обработка графических экспериментальных данных мпкробиодсструкции цементной матрицы в приповерхностных хранилищах радиоактивных отходов //Экологические системы и приборы. 2011.JY' 12. -С.30-40.

Публикации п других изданиях

2. Olga A. Cîorbunova, Andrey A. Sukhov, Alexander S. Barinov Biocorrosion

of Cemented Radioactive Waste /'/ lOth International Symposium „Conditioning of Radioactive Operational & Decommissioning Wastes" KONTEC' 2011, April 06 - April 08, 2011, Dresdcn. Gcrinany. - PP. 634-638.

3. Сухов A. A., Горбунова О. A., Винокуров С. E. Инициализация переменных для прогнозирования микробиологической коррозии цементной матрицы в приповерхностных хранилищах РАО // Тезисы докладов 4-ой Росс, молодежной Школы но радиохимии и ядерным технология м, г. Озерск Челяб. обл., 6-10 сентября 2010 г.- Озерск: ФГУП "ПО "Маяк", 2010.-С.50-51.

4. Сухов Анд. А., Сухов Ант. А., Горбунова О. А. Анализ алгоритмов оценки повреждений кристаллов цементной матрицы при длительном х ранении радиоактивных отходов // Сб.тсз. докладов X I Всеросс. конф.молодых ученых по математическому моделированию и информационным технология м, Красноярск, 26-29 октября 2010 г.- Красноярск: Ип-т выч.технолопш СО РАН, 2010,- С.39-40.

5. Сухов А .А . Разработка методов математического анализа СЭМ -изображений биодеструкции цементных компаундов с радиоактивными отходами /' Сухов А. А., Горбунова О. А., Винокуров С.Е. // Современные проблемы радиохимии и радиоэкологии: Матер, молодежи, конф. с элементами научной школы (к 25-летию аварии на ЧАЭС), Москва, ГЕОХИ РАН, 7-8 июня 2011,- Сергиев Посад: ООО "'ВДВ "ПАК", 2011.-С. 59.

6. Сухов А. А., Горбунова О. А. Расчет снижения иммобилизационпых свойств цементной матрицы за счет биодсструкции приповерхностных хранилищ, отвержденных РАО // Ядерное будущее: Сб. тезисов докл. Межд. молодежного научного форума, г. Голицыпо Моск. обл., 2-5-27 апреля 2011 г.- М.:Изд. МИФИ- С.25-26.

7. Сухов А. А., Горбунова О. А. Разработка методов и расчет масштабов микробиологической деструкции приповерхностных хранилищ радиоактивных отходов // Научпо-тсхиичсскос творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях : Сб. докл. 3-ей М ежд. научно-практ. конф. в рамках 10ой Вссросс. выставки научно-технического творч. молодежи НТТМ-2011, Москва, ВВЦ, 28 июня-1 июля 20 11 г.- М.: МГСУ, 2011.-С.506-508.

8. Сухов А. А., Горбунова О. А. Оптимальные .параметры получения первичной графической информации микро-биодсструкции кондиционированных радиоактивных отходов // Сб.тез. докладов XII Всеросс. конф. молодых ученых по математическому моделированию и информационным технологиям, Новосибирск, 3-6 октября 2011 г.- Новосибирск: Ин-т выч.технологий СО РАН, 2011.С.48-49.

9. Сухов А. А., Горбунова О. А. Разработка методов и расчет масштабов

. микробиологической деструкции приповерхностных хранилищ радиоактивных отходов // РЛДУГЛ-2011. Обращение с РАО. Проблемы и решения : Сб.тез. докладов V I Конф. молодых ученых и специалистов, Сергиев Посад, ГУП МосНПО "Радон", 5-7 октября 2011 г. Авторские свидетельства:

10. Свидетельство Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам о государственной регистрации программы для ЭВМ «Проблемно-ориентированная система обработки информации о состоянии приповерхностных хранилищ радиоактивных отходов» № 201261239 от 14 марта 2012 г, приоритет от 19 января 2012 г.

11. Свидетельство Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам о государственной регистрации программы для ЭВМ «Программа адаптивной оценки информационных программных систем на базе интеллектуального анализа данных»

№ 2009616103, 5 ноября 2009 г, приоритет от 8 сентября 2009 г.

12. Свидетельство Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам о государственной регистрации базы данных «Защита цементированных компаундов с РАО от микробиологической деструкции» № 2012620285 от 14 марта 2012 г, приоритет от 19 января 2012 г.

Подписано в печать 19.04.2012 г. Формат 60x90 '/i<¡. Печать офсетная. Объем 1,25 п. л. Тираж 100 экз. Заказ 640. Отпечатано с готовых диапозитивов в филиале ГУП МО «Мытищинская типография» «Загорская типография» 141300, Московская обл., г. Сергиев Посад, пр. Красной Армии, д. 212Б Тел. (496) 547-60-60, (496) 540-25-70, факс 540-25-70

Введение

Глава 1. Анализ предметной области микробиологического фактора деструкции приповерхностного хранилища радиоактивных отходов

1.1. Приповерхностное хранилище радиоактивных отходов

1.2. Микробиологическая деструкция цементной матрицы

1.3. Анализ приповерхностного хранилища радиоактивных отходов, как среды развития микроорганизмов.

1.4. Анализ оценки состояния структуры цементной матрицы иммобилизирующей РАО.

1.5. Анализ оценки состояния микроструктуры цементной матрицы иммобилизирующей РАО.

1.6. Выводы по первой главе

Глава 2. Проблемно-ориентированная система анализа микробиологического фактора деструкции приповерхностного хранилища радиоактивных отходов.

2.1. Анализ информационной структуры системы мониторинга приповерхностных хранилищ радиоактивных отходов

2.2. Анализ методов оценки структуры цементной матрицы

2.3. Анализ методов оценки микроструктуры цементной матрицы

2.4. Разработка структуры проблемно-ориентированной системы

2.5. Выводы по второй главе

Глава 3. Методы обработки различной информации . 69 3.1. Метод оценки объёмов приповерхностного хранилища, пригодных для развития микроорганизмов.

3.2. Метод анализа структуры цементной матрицы.

3.3. Метод анализа микроструктуры цементной матрицы

3.4. Выводы по третьей главе.

Глава 4. Практическое использование разработанной проблемно-ориентированной систем обработки информации

4.1. Рассчет и анализ температурного баланса приповерхностного хранилища предприятия ГУП МосНПО «Радон»

4.2. Анализ деградации иммобилизующей цементной матрицы образцов длительных натурных испытаний.

4.3. Анализ деградации микроструктуры кристаллов цементной матрицы.

4.4. Программная реализация предложенных методов.

4.5. Выводы по четвертой главе.

Актуальность работы Надежное хранение радиоактивных отходов (РАО), в т. ч. при включении их в цементную матрицу (ЦМ), является важной оставляющей экологической безопасности. Наиболее распространенный способ иммобилизации РАО низкой и средней активности в России и за рубежом является цементирование. Подавляющее большинство приповерхностных (глубиной до 8м) хранилищ 60-90-х годов консервации представляют собой бетонные заглубленные резервуары с зацементированным монолитом РАО. Эксплуатационный срок таких хранилищ составляет 300 лет, однако в процессе хранения на цементный компаунд воздействует агрессивные факторы окружающей среды. Проведенные модельные испытания показали наличие микробиологического разрушения цементной матрицы после 8-10 лет хранения, анализ реальных образцов керна бурения хранилищ в возрасте более 40 лет хранения подтвердил наличие биодеструкции. В свете распоряжения правительства Российской Федерации от 25 августа 2008 г. N 1243-р и прилагаемого перечня технологий, имеющих важное социально-экономическое значение или важное значение для обороны страны и безопасности государства (критические технологии); технологии атомной энергетики, ядерного топливного цикла, безопасного обращения с радиоактивными отходами и отработавшим ядерным топливом, задача создания проблемно-ориентированной системы обработки информации о микробиологическом факторе деструкции (МБФД) и состоянии приповерхностных хранилищ (ПХ) радиоактивных отходов является актуальной.

Целью исследования является совершенствование системного, проблемно-ориентированного анализа и структуризация информации о микробиологическом факторе деструкции приповерхностных хранилищ радиоактивных отходов, разработка методов анализа данных. Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. Проведен системный, проблемно-ориентированный и структурный анализ информации микробиологического фактора деструкции приповерхностных хранилищ радиоактивных отходов;

2. Проведен анализ графических данных состояния структур цементной матрицы с радиоактивными отходами;

3. Проведен анализ графических данных микроструктуры цементной матрицы с радиоактивными отходами.

Научная новизна. В работе были получены следующие научные результаты:

1. Разработана структура проблемно-ориентированной системы анализа информации о микробиологическом факторе деструкции приповерхностных хранилищ радиоактивных отходов;

2. Предложен метод анализа графических данных состояния структур цементной матрицы с радиоактивными отходами;

3. Предложен метод анализа графических данных микроструктуры цементной матрицы с радиоактивными отходами.

Практическая значимость результатов исследования и их внедрение в практику:

1. Проблемно-ориентированная система обработки информации о состоянии приповерхностных хранилищ РАО внедренная в ГУП Мос-НПО «Радон» в составе системы поддержки принятия решений по технологии цементирования РАО;

2. Получены свидетельства Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам о государственной регистрации:

- Программы для ЭВМ «Проблемно-ориентированная система обработки информации о состоянии приповерхностных хранилищ радиоактивных отходов» № 201261239 от 14 марта 2012 г, приоритет от 19 января 2012 г.

- Программы для ЭВМ «Программа адаптивной оценки информационных программных систем на базе интеллектуального анализа данных» № 2009616103, 5 ноября 2009 г, приоритет от 8 сентября 2009 г.

- Базы данных «Защита цементированных компаундов с РАО от микробиологической деструкции» № 2012620285 от 14 марта 2012 г, приоритет от 19 января 2012 г.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и получили одобрение на IV Российской молодежной Школе по радиохимии и ядерным технологиям (Озерск, ФГУП "ПО "Маяк", 2010); XI, XII Всероссийской конференции молодых ученых по математическому моделированию и информационным технологиям (Красноярск, 2010, Новосибирск, 2011); Международном молодежном научном форуме «Ядерное будущее» (Голицыно, 2011), Молодежной конференции с элементами научной школы «Современные проблемы радиохимии и радиоэкологии» (к 25-летию аварии на ЧАЭС) (Москва, ГЕОХИ РАН, 2011); 10i/l International Symposium KONTEC' 2011 «Conditioning of Radioactive Operational h Decommissioning Wastes» (April 06 - 08, 2011, Dresden,

Germany); Четвертой конференции молодых ученых и специалистов РА-ДУГА-2010, РАДУГА-2011 «Обращение с РАО. Проблемы и решения» (Сергиев Посад, ГУП МосНПО «Радон», 2010, 2011г.); XI Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи НТТМ-2011 (Москва, ВВЦ, 2011).

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 9 печатных работах, из них 1 статья в рецензируемом журнале и 1 иностранная публикация.

4.5. Выводы по четвертой главе

В главе приведены расчеты объемов приповерхностных хранилищ РАО, Государственного унитарного предприятие города Москвы - объединенного эколого-технологического и научно-исследовательского центра по обезвреживанию РАО и охране окружающей среды "Радон". Приведена практическая реализация предложенных методов, выполнен анализ ряда фотографий структуры цементных образцов-балочек, ряд микрофотографий. Были использован язык высокоуровнего программирования "Delphi", язык статистической обработки данных - "R".

1. Антонов А. В. Системный анализ. Учебник для вузов / A.B. Антонов. - М.:Высш.шк.,2004. 1.BN 5-06-004832-4

2. ГОСТ Р 52037-2003 Могильники приповерхностные для захоронения радиоактивных отходов. Общие требования.

3. Статистический анализ данных в системе R. Учебное пособие /А.Г. Буховец, П.В. Москалев, В.П. Богатова, Т.Я. Бирючинская; Под ред. проф. Буховца А.Г. —Воронеж: ВГАУ, 2010. — 124 с.

4. В.А. Лагунов, А.Б.Синани Компьтерное моделирование деформирования и разрушения кристаллов. / Лагунов В.А., Синани А.Б. // Физика твердого тела. — 2001. — том 43, вып. 4 стр 664-650

5. Т.А. Ходжер, М.Л. Тягун, Использование методов цифровой фотограмметрии для воссоздания рельефа чешуи байкальского омуля / Т.А. Ходжер, М.Л. Тягун // Вычислительные технологии. — 2005 Том 10, № 4. стр 108-110

6. В. Н. Соколов Количественный анализ микроструктуры горных пород по их изображениям в растровом электронном микроскопе / В. Н. Соколов // Соровский образовательный журнал — 1997 8. стр. 72-78

7. А. В. Матвеев, В. П. Котов, М. И. Мушкудиани, Применение информационных технологий в управлении средой обитания: Учеб. пособие / ГУАП. СПб., 2005. 96 е.: ил. ISBN 5-8088-0161-3

8. Брыков, A.C. Гидратация портландцемента Текст]: учебное пособие / А. С. Брыков. СПб.: СПбГТИ(ТУ), 2008. - 30 с.

9. В. С. Оскерко, 3. В. Пунчик Компьютерные информационные технологии. В 3 частях. Часть 2. Базы данных и знаний :моногр ИТ-МО, уч пособие / В. С. Оскерко, 3. В. Пунчик // Минск.: БГЭУ. 2011, 230с.

10. РБ 011-2000 Оценка безопасности приповерхностных хранилищ радиоактивных отходов

11. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1031-01 Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов

12. ГОСТ Р 51883-2002 Отходы радиоактивные цементированные. Общие технические требования

13. Посад, ГУП МосНПО «Радон». Сергиев Посад: ООО «ВДВ «ПАК»

14. А.А Сухов, O.A. Горбунова Защита зацементированных РАО от микробиологической коррозии / А.А Сухов, O.A. Горбунова // Безопасность окружающей среды. — 2010. — № 3. — С. 126-130.

15. О. А. Горбунова, Влияние микробиологической деструкции цементной матрицы на безопасность длительного хранения кондиционированных радиоактивных отходов / Горбунова О. А. // Физика и химия обработки материалов. — 2011. — JV5 4. — С. 98-106.

16. А. Г. Стромберг Физическая химия: Учеб. для хим. спец. фузов / А.Г. Стромберг, Д.П. Семченко; под ред. А.Г.Стромберга. — 5-е изд.,испр.—М.:Высш.шк., 2003. — 527 е.: ил.

17. Горбунова О. А., Баринов A.C. Микробиологическая оценкасостояния цементных компаундов с радиоактивными отходами после длительного хранения в приповерхностных хранилищах / Горбунова О. А., Баринов A.C. // Радиохимия. — V. 54.

18. А.Б. Рубин, Биофизика: в 2 т. Т. 1: Теоретическая биофизика / Рубин А.Б. М.:МГУ 2004. 464 с.

19. А.Б. Рубин, Биофизика (том 1). Теоретическая биофизика / А.Б. Рубин; СПбГУИТМО, Каф. теоретической физики и механики. МГУ. : СПбГУИТМО, 2006.

20. М. А. Быстрое, Автоматизированная интелектуально-информа-ционная система для обработки геолого-геофизической информации : дис. канд. техн. наук: 05.13.18, 05.13.01 / Быстров Максим Александрович. — Ижевск, 2004.

21. М. Ю. Быстров, Анализ и оптимизация систем физической защиты особо важных объектов : дис. канд. техн. наук: 05.13.01 / Быстров Михаил Юрьевич. — Пенза, 2004.

22. А. В.Сосновский, Математическое моделирования влияния толщины снежного покрова на деградацию мерзлоты при потеплении климата / Сосновский А. В. В. // Криосфера Земли. 2006. - V. т. X, № 3. - Р. с.83-88.

23. В. Н. Волкова, А. А. Денисов, Теория систем и системный анализ / В. Н. Волкова, А. А. Денисов. // М.:Юрайт — с.688

24. Т. Г. Габричидзе, Комплексная многоступенчатая система безопасности критически важных, потенциально опасных объектов : автореф. дис. док. техн. наук: 05.13.01 / Габричидзе Тамази Георгиевич ; ГОУ ВПО «ИжГТУ». Ижевск, 2008. - 50 с.

25. Д. А. Губанов, Особенности микробиологической коррозии композитных материалов и ее моделирование : автореф. дис. канд. техн. наук: 05.23.05 / Губанов Денис Алескандрович. — Пенза, 2004.

26. Е. А. Гурьева, Модели и методо обработки геодинамических данных и прогнозирование деформации грунтовых оснований площадок промышленных объектов : автореф. дис. канд. техн. наук: 05.13.01 / Гурьева Екатерина Александровна. — Москва, 2008.- 24 с.

27. Н. В., . Давидюк, Разработка системы поддержки принятия решений для обеспечения физической безопасности объектов : автореф. дис. канд. техн. наук: 05.13.11, 05.13.19 / Давидюк Надежда Валерьевна. — Астрахань, 2010.

28. Ю. К. Егоров-Тисмепко, Кристаллография и кристаллохимия / . Егоров-Тисменко ; под. ред. В. С. Урусова. М.:КДУ — 2005 с.592

29. И. А. Енгибарян, Системный анализ и разработка математических моделей надежности функционирования технических систем управления : автореф. дис. канд. техн. наук: 05.13.01 / Енгибарян Ирина Алешаевна. — Ростов-на-Дону, 2006.

30. М. И. Будыко, Атлас теплового баланса земного шара под ред. М. И. Будыко, М., 1963

31. Б. К. Чемоданов, Математические основы теории автоматического управления. В 3 т. Т. 2. / В. К. Чемоданов // М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана — 2008 — с. 615

32. Р. Р. Кантюков, Информационная поддержка системы эко-кон-троллинга предприятий химического профиля : дис. канд. техн. наук: 05.13.01/Кантюков Рафаэль Рафкатович. — Москва, 2009.- 112 с.

33. Д. Ю. Каталевский, Основы имитационного моделирования и системного анализа в управлении / . Каталевский Д. Ю. Каталевский. М.:МГУ 2011 —с. 688

34. П.В. Козлов, О. А. Горбунова, Цементирование как метод иммобилизации радиоактивных отходов низкой и средней активности / П.В. Козлов, О. А. Горбунова Озерск. : РИЦ ВРБ ФГУП «ПО «Маяк», 2011. - 96 с.

35. К. Ю. Колыбанов, Информационные системы экологического мониторинга предприятий химического профиля на базе технологий хранилищ данных : дис. доктор, техн. наук: 05.13.01/Колыбанов Кирилл Юрьевич. — Москва, 2008. — 252 с.

36. А Е., . Михеев, Исследование и разработка основных архитектурных решений современных медицинских информационных систем : автореф. дис. канд. техн. наук: 05.13.11 / Михеев Александр Евгеньевич. — Переславль-Залесский, 2005.

37. А. В. Могилев, Л. В. Листрова Могилев, Технологии обработки текстовой информации. Технологии обработки графической и мультимедийной информации. / A.B. Могилев, JI.B. Листрова // СПб.: БХВ-Петербург 2010 - с. 304

38. Мусаев А. А., Шерстюк Ю. М. Аналитические информационные технологии в задаче управления безопасностью промышленного предприятия / Мусаев А. А., Шерстюк Ю. М. // Труды СПИИ-РАН. — 2002. Т. 2, № 1. - С. с.84-91.

39. Н. Н. Григорьева, Линейные системы автоматического управления. / Н. Н. Григорьева М.:ГМА им. Макарова — 2008 — с. 190

40. НП-019-2000 — Сбор, переработка, хранение и кондиционирование жидких радиоактивных отходов. Требования безопасности.

41. НП-020-2000 — Сбор, переработка, хранение и кондиционирование твердых радиоактивных отходов. Требования безопасности.

42. НП-024-2000 Требования к обоснованию возможности продления назначенного срока эксплуатации объектов использования атомной энергии

43. НП-055-04 — Захоронение радиоактивных отходов. Принципы, критерии и основные требования безопасности

44. НП-058-04 — Безопасность при обращении с радиоактивными отходами. Общие положения.

45. НРБ-99 — Нормы радиационной безопасности

46. К.Б. Неблит Фотография / К.Б. Неблит // М.Искусство. — 1958

47. Р. А. Набатов, Объектно-ориентированная система создания и управления хранилищем данных промышленного предприятия : автореф. дис. канд. техн. наук: 05.13.01 / Набатов Роман Александрович ; КГТУ. Владимир, 2009. — 23 с.

48. Д. В. Немчинов, Управление рисками аварийных ситуаций па промышленных объектах (на примере установки хлорирования воды) : автореф. дис. канд. техн. наук: 05.13.01 / Немчинов Денис Валерьевич. — Астрахань, 2009. — 19 с.

49. O.A., Горбунова O.A. Состояние гидратированных цементных минералов под действием биокоррозии / Горбунова O.A. O.A. // Вестник МГСУ. 2010. - № 3. - С. 76-81.

50. ОСПОРБ-99 Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности

51. OTP ЯРБ — Общий технический регламент «Ядерная и радиационная безопасность»

52. Дж. Хоулта and Н. Крига and П. Снита и др.

53. Определитель бактерий Берджи / под ред. Хоулта, Крига, др.- М.: Мир, 1997.

54. В. О. Петров, Автоматизация анализа растровых изображений твердой фазы биологической жидкости медико-биологических препаратов : автореф. дис. канд. техн. наук: 05.13.01 / Петров Владимир Олегович ; ВолГТУ. — Волгоград, 2009. — 17 с.

55. А. Р. Гайдук, Теория автоматического управления. / А. Р. Гайдук

56. М.: Высшая школа — 2010 — с. 415

57. РБ-011-2000 Оценка безопасности приповерхностных хранилищ радиоактивных отходов

58. РБ-023-02 — Рекомендации по установлению критериев приемлемости кондиционированных радиоактивных отходов для их хранения и захоронения

59. Федеральный закон «Об экологической экспертизе» № 174-ФЗ от 23.11.95 г. / . РФ. — 1995.

60. Федеральный закон «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера № 68-ФЗ от 21.12.94 г. / РФ. 1996.

61. Федеральный закон «О радиационной безопасности населения» № З-ФЗ от 09.01.96 г / РФ. 1996.

62. Федеральный закон от 30 марта 1999 г. N 52-ФЗ "О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения" (с изменениями и дополнениями) / РФ. — 1999.

63. Федеральный закон от 11 июля 2011 г. N 190-ФЗ "Об обращении с радиоактивными отходами и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации" / РФ. — 2011.

64. ГОСТ Р ИСО/МЭК ТО 9294 Структурированная информация, прямо или косвенно предназначенная для восприятия человеком, которая может передаваться, храниться, разыскиваться и обрабатываться с помощью учрежденческих приложений

65. ГОСТ 95 10517-95 Хранилища твердых радиоактивных отходов. Общие требования

66. ГОСТ Р 50888-96 Радиоэкологический паспорт специализированного предприятия по обращению с радиоактивными отходами. Основные положения

67. ГОСТ Р 50926-96 Отходы высокоактивные отвержденные. Общие технические требования

68. ГОСТ Р 51141-98 Информация и соответствующий носитель

69. ГОСТ Р ИСО/МЭК 10031-1-2000 Информационная технология. Текстовые и учрежденческие системы. Модель приложений распределенного учреждения.

70. ГОСТ Р ИСО/МЭК 12119-2000 Информационная технология. Пакеты программ. Требования к качеству и тестирование

71. ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207-99 Информационная технология. Процессы жизненного цикла программных средств

72. ГОСТ Р 51824-2001 Контейнеры защитные невозвратные для радиоактивных отходов из конструкционных материалов на основе бетона. Общие технические требования

73. ГОСТ Р 51883-2002 Отходы радиоактивные цементированные. Общие технические требования

74. ГОСТ 2.052-2006 Единая система конструкторской документации. Электронная модель изделия. Общие положения.

75. ГОСТ Р 50.1.053-2005 Информационные технологии, основные термины и определения в области технической защиты информации

76. ГОСТ 13015.2-81 Конструкции и изделия бетонные и железобетонные. Маркировка .

77. ГОСТ 310.4-81. Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии

78. ГОСТ 12.1.048-85 Система стандартов безопасности труда. Контроль радиационный при захоронении радиоактивных отходов. Номенклатура контролируемых параметров

79. ГОСТ 34.003-90 Информационные технологии. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. Термины и определения

80. ГОСТ 34.601-90 Информационная технология. Комплекс стандартов и руководящих документов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы стадии создания

81. ГОСТ 17.0.0.01-76 Система стандартов в области охраны природы и улучшения использования природных ресурсов. Основные положения

82. В. Н. Степанов, Методы и программные средства автоматизации анализа изображений медико-биологических микрообъектов : автореф. дис. канд. техн. наук: 05.13.11 / Степанов Василий Николаевич. — Москва, 2005. — 24 с.

83. Ф. П. Тарасенко, Прикладной системный анализ /Ф. П. Тарасенко М.:КноРус 2010 - с. 224

84. М.М. Криштал Сканирующая электронная микроскопия и рентгеноспектральный микроанализ /М.М. Криштал // М.: Техносфера. 2009.- ISBN 978-5-94836-200-7

85. A.A. Фомин, Алгоритмы многомасштабной фильтрации изображений с произвольным коэффициентом изменения масштаба в практике дефектоскопических исследований : автореф. дис. канд. техн. наук: 05.13.01 / Фомин Андрей Александрович. — Казань, 2009. — 18 с.

86. Т.А. Ходжер, Информационная система фотограмметрического моделирования микрообъектов для биологических исследований : автореф. дис. канд. техн. наук: 05.25.05 / Ходжер Татьяна Андреевна ; ЛИН СО РАН. Иркутск, 2008. - 17 с.

87. Т.А. Ходжер, Информационная система фотограмметрического моделирования микрообъектов для биологических исследований : диссер. канд. техн. наук: 05.25.05 / Ходжер Татьяна Андреевна ; ЛИН СО РАН. Иркутск, 2008. - 17 с.

88. Е.Р. Хорошева, Теоретические основы построения интегрированных систем управления промышленных предприятий (на примере стекольных заводов) : автореф. дис. канд. техн. наук: 05.13.01 / Хорошева Елена Руслановна. — Владимир, 2007.

89. Д. Т. Чыоиг, Исследование и разработка универсального сервера с открытой архитектурой для информационной интеграции систем управления : автореф. дис. канд. техн. наук: 05.13.01, 05.13.06 / Чыонг Динь Тяу. — Санкт-Петербург, 2004.

90. А. Н. Швецов, Модели и методы построения корпоративных интеллектуальных систем поддержки принятия решений : автореф.дис. док. техн. наук: 05.13.01 / Швецов Анатолий Николаевич — Санкт-Петербург, 2004.

91. Мейер Б. Объектно-ориентированное конструирование программных систем. М.: Изд-во "Интернет-университет информационных технологий - ИНТУИТ.ру", 2005. - 1232 е.: ил.