автореферат диссертации по энергетике, 05.14.16, диссертация на тему:Разработка системы автоматизированного мониторинга последствий катастрофы на Чернобыльской АЭС в юго-западных районах Брянской области

-л

На правах рукописи

РГ5 ОЛ

I Ь ¡1 I - - -

БОРЗДЫКО Игорь Алексеевич

Разработка системы автоматизированного мониторинга последствий катастрофы на Чернобыльской АЭС в Юго-Западных районах Брянской области

05.14.16. - Технические средства и методы защиты окружающей среды.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Брянск-2000

Работа выполнена на кафедре «Общей физики» Брянского государственного педагогического университета им. акад. И.Г. Петровского

Научный руководитель - заслуженный деятель науки и техники,

почетный работник высшей школы РФ, доктор технических наук, профессор, академик Российской Экологической

Академии, В.В. КОВАЛЕВСКИЙ

Официальные оппоненты:

- академик Российской Академии Естественных наук, заслуженный работник высшей школы РФ, доктор технических наук, профессор В А. ЕРМИЧЕВ

- кандидат технических наук, доцент В.И. ВОРОБЬЕВ

I

Ведущее предприятие - Государственный комитет по охране окружающей среды Брянской области.

Защита состоится «12» мая 2000 г. в 16 часов на заседании ученого совета К 113. 29. 03 Брянского государственного педагогического университета по адресу: 241036, г. Брянск, улица Бежицкая, 14, конференцзал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Брянского государственного педагогического университета.

Автореферат разослан « / Д. » апреля 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат географических наук, доцент

О.П. МОСКАЛЕНКО

ШйЦЛЛГ). Я -ПЯ1 01 О

¿О /Г"Х ) £? УСУ/ /п

3 I

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования.

В связи с техногенной деятельностью человечества все большее количество загрязняющих веществ оказывается выведенным из технологических циклов и оказывается в окружающей среде. Аварии, случающиеся на предприятиях промышленного комплекса, добавляют в окружающую среду новые загрязняющие вещества, которые отрицательно влияют на здоровье человека и животных. Если крупные катастрофы и их последствия не остаются без внимания структур, контролирующих состояние окружающей среды, то их отдаленные последствия и вторичное перераспределение загрязняющих веществ часто остаются без должного внимания.

Автоматизированные системы контроля окружающей среды вокруг АЭС находятся в эксплуатации значительное время. Их конструкции прошли все этапы от разработки и испытания до длительной эксплуатации. В последнее время наметились пути их стандартизации. Учитывая то, что автоматизированные системы контроля входят в обязательный комплект технологического оборудования, все операции связанные с эксплуатацией и техническим обслуживанием, производит инженерный персонал атомной станции.

Иначе складывается система мониторинга на территории небольших населенных пунктов. Оперативный контроль за состоянием окружающей среды территорий, находящихся в непосредственной близости от предприятий, которые являются потенциальными загрязнителями в период аварии и поставарийный период, проводят ведомственные лаборатории и лаборатории санэпиднадзора.

Следует отметить, что в апреле 1986 года, в первые часы и даже дни после Чернобыльской катастрофы, контроль за радиационной обстановкой на юго-западе области не осуществлялся. Вследствие этого одной из проблем является реконструкция ситуации в первые послеаварийные дни. Проблема усугубляется наличием в аварийных выбросах короткоживущих изотопов со временем

полураспада около суток и менее, а именно они представляют наибольшую опасность для человека, животных и растений.

Автоматизированной (полностью или частично) системы мониторинга нет ни в одном населенном пункте области, расположенном на территории с уровнем загрязнения свыше 5 Ku/km2.

Среди автоматизированных систем, наименее проработанными являются системы контроля для средних по размерам населенных пунктов (от 10 ООО до 100 ООО жителей), но как показывают расчеты в них проживают до половины населения центрального экономического района. Санитарно-эпидимиологические станции, являющиеся в большинстве населенных пунктов единственными структурами производящими экологический мониторинг в небольших городах в последнее время часто испытывают трудности с необходимыми приборами и материалами.

Задачи измерения и обработки могут решаться на основе IBM-совместимых

I

компьютеров, способных реализовывать «виртуальные измерительные приборы», применяя различные "нестандартные устройства" подключаемые к системе через последовательные или параллельные порты, а так же через шины ISA и PCI. Используя современные средства САПР и элементную базу как "жесткой логики" так и различные типы современных микроконтроллеров, а так же новейшие разработки детекторов различных химических веществ и ионизирующих излучений, в настоящее время задачу создания локальной автоматизированной системы контроля за состоянием окружающей среды возможно решить.

Мониторинг окружающей среды охватывает большое количество различных отраслей науки, техники, производства.

Вклад в становление и развитие структур экологического мониторинга окружающей среды, разработку его теоретической базы, внесли такие ученые как: Ю.А. Израэль, Т.Г. Самхарадзе, Г.А. Федоров, И.С. Еремеев, В.В. Ковалевский, В.А. Ермичев, В.Я. Гегерь, В.И. Воробьев, Ю.А. Афанасьев, И.П. Герасимов, В.А. Тихомиров, Б.П. Ивченко, М. Кюммель, JI.A. Мартыщенко,

К.П. Махонько, В.Н. Паслов, Д.К. Попов, В.И. Коваленко, А.Г. Целоусов, В.Ю. Скрипкин, С.А.Фомин, и другие.

В публикациях главное внимание отводится полной автоматизации процесса сбора и обработки данных. Первичные источники информации разрабатываются для работы в длительном автономном необслуживаемом режиме.

Быстрое развитие полупроводниковых технологий обуславливает перенос на уровень блоков детектирования функций первичной статистической обработки получаемой информации. Это значительно облегчает процесс ее отображения в системах более высокого уровня, а так же снижает объемы информации передаваемые по каналам связи.

Значительным препятствием остается вопрос снижения потребляемой мощности блоками детектирования до возможно более низких уровней. К сожалению, лишь немногие современные датчики физических величин пригодны работать в режиме микротоков.

Объектом исследования являются технологии получения, накопления и обработки информации в системах локального мониторинга.

Предмет исследования - состояние радиационного загрязнения г. Новозыбкова, аппаратное и программное обеспечение систем локального мониторинга.

Целыо настоящей работы является разработка аппаратного, программного и методического обеспечения автоматизированной системы локального мониторинга ориентированного на юго-западные регионы Брянской области. При этом решались следующие задачи:

1. Анализ существующих автоматизированных систем радиационного мониторинга: принципы построения, структурные схемы, системы обработки и передачи информации, элементная база.

2. Анализ социально - экологической ситуации на территории юго-западных регионов области.

3. Проведение гамма - спектрометрических и радиометрических исследований территории г. Новозыбкова и анализ полученных результатов.

4. Выбор методов, структуры и принципов построения автоматизированной системы экологического мониторинга с учетом особенностей радиационного загрязнения г. Новозыбкова.

5. Разработка и испытания оригинального макета системы локального мониторинга. ^

Методологической основой является системный подход к изучению и описанию радиационного загрязнения территории населенного пункта городского типа, анализ технических характеристик измерительной и электронно - вычислительной аппаратуры. Основные положения научных достижений ведущих отечественных ученых в области ядерно-физического эксперимента, экологии, приборостроения и вычислительной техники. И.А. Еремеева, Т.Г. Самхарадзе, В.В. Матвеева, Г.А. Федорова, И.Е. Константинова, Е.А. Панова, В.А. Котельникова, В.А. Тихомирова.

В процессе исследования были использованы следующие группы методов:

- теоретический анализ и синтез, абстрагирование и конкретизация, аналогия и моделирование;

- анализ конструкторской документации, промышленной аппаратуры, справочной литературы, публикаций, экспериментально полученных данных.

- моделирование, эмуляция, отладка, стендовые испытания, макетные испытания, статистические методы обработки информации.

Экспериментальные исследования проводились в лаборатории экологии Брянской Государственной инженерно-технологической академии, с применением гамма-спектрометрического комплекса БВБ - 30 с полупроводниковым детектором (Фирма "Грин Стар" г. Москва). На территории г. Новозыбкова на контрольных площадках с применением широкого спектра дозиметрической аппаратуры. Изготовление макетных образцов аппаратуры проводилось в лаборатории экологии при кафедре общей

7 I

физики Брянского 'Государственного педагогического университета. Результаты экспериментов обрабатывались методами математической статистики с применением ЭВМ.

Организация исследования. Базой для исследования явились контрольные площадки, расположенные на территории г. Новозыбкова, а так же радиометрическая и дозиметрическая аппаратура различных классов и назначений.

Исследования проводились в четыре этапа:

- на первом этапе (1996 - 1997г.) были проведены теоретический анализ и оценка современного состояния проблемы; изучение научно-технической, методологической и справочной литературы по теме исследования, изучение отечественного и зарубежного опыта создания и использования автоматизированных систем экологического мониторинга окружающей среды. Были определены предмет, цель и задачи исследования.

- на втором этапе (1997-1998 г.) были изучены методы радиометрических, дозиметрических, гамма-спектрометрических исследований загрязненных территорий. Были проведены дозиметрические и радиометрические исследования на радиационно-загрязненных территориях. Изучены схемотехнические конструктивные и потребительские особенности профессиональной и бытовой дозиметрической аппаратуры. Изучены конструктивные, эксплуатационные и информационные характеристики различного типа датчиков ионизирующих излучений.

- на третьем этапе (1998 - 1999 г.) были проведены гамма-спектрометрические исследования проб грунта с контрольных площадок расположенных на территории г. Новозыбкова. На основании анализа полученных данных были сформулированы требования к аппаратуре для сбора первичной мониторинговой информации с учетом особенностей радиоактивного загрязнения местности и с учетом спектрального состава потенциальных выбросов объектов ядерной энергетики.

- на четвертом Згапе (1999 - 2000 г.) был разработан и изготовлен макетный вариант блока детектирования для системы локального мониторинга, разработана управляющая программа для микроконтроллера блока детектирования и программа приема информации. Был разработан и описан прототип стандарта для входной промежуточной и выходной информации. Проведены испытания макета блока детектирования в реальных условиях радиационного загрязнения. Получены результаты измерения мощности экспозиционной дозы в автоматическом режиме на двух контрольных площадках.

Научная новизна исследования состоит:

- в получении и анализе результатов послойных гамма-спектрометрических исследований проб грунта с поверхности до 20 см с шагом 5 см., за (1999 г.) (через 7 лет после последних официально проведенных и опубликованных исследований)

- в уточнении требований к блокам детектирования для локальных систем радиационно-экологического мониторинга. Определены основные требования по чувствительности, потребляемой мощности и автономности для источников первичной измерительной информации, работающих в длительном необслуживаемом режиме в условиях состоявшегося радиационного загрязнения.

- в разработке и изготовлении оригинального макета действующей локальной системы радиационного мониторинга.

Теоретическая значимость состоит в применении малопотребляемых автономных блоков детектирования для работы в составе локальной системы радиационного мониторинга; в уточнении подходов и принципов создания блоков детектирования с пониженной потребляемой мощностью; в разработке прототипа стандарта для протоколов обмена информацией между блоком детектирования и персональным компьютером, а также между драйвером и программой статистической обработки.

Практическая ценность состоит в разработке методологических основ создания локальных систем радиационного мониторинга с учетом состоявшегося загрязнения, а так же в изготовлении аппаратуры позволяющей в реальном масштабе времени методом контроля изменения мощности экспозиционной дозы, произвести изучение путей мелкомозаичной миграции радионуклидов.

Реализация результатов работы осуществлена путем создания в г. Новозыбкове постоянно действующей локальной системы экологического мониторинга.

Материалы исследования используются в учебном процессе при чтении лекций по курсу «Экология» для студентов физико-математического и естественно-географического факультета БГПУ, положены в основу разрабатываемого спецкурса «Физические основы экологического

мониторинга» для обучающихся в магистратуре по специальности «Физика».

Апробация работы. По результатам исследования опубликовано 5 работ, получено одно положительное решение по заявке на изобретение. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научно-практической конференции профессорско - преподавательского состава БГИТА (г. Брянск 1997 г.), на научно-практической конференции профессорско - преподавательского состава БГПУ (г. Брянск 1998 г.), на международной научно-практической конференции по проблемам Семипалатинского ядерного полигона (г. Караганда, 1998 г.)

В полном объеме диссертация заслушана и одобрена на расширенном заседании кафедры общей физики БГПУ.

Структура и объем диссертации.

Диссертация содержит введение, пять глав, заключение и список использованной литературы (включающего 148 наименований), приложения. Общий объем работы 176 страниц машинописного текста, включающего 20 рисунков и 19 таблиц.

Краткое содержание работы.

Первая глава посвящена анализу научной и технической литературы по структуре и принципам построения автоматизированных систем радиационного мониторинга окружающей среды, принципам регистрации, обработки и передачи информации в системах мониторинга. Приводится классификация систем экологического мониторинга. Анализируется опыт использования систем мониторинга в городах и других населенных пунктах. Отдельно рассматриваются системы мониторинга вокруг объектов ядерной энергетики. Проанализированы вычислительная техника и системы передачи информации используемые в составе систем экологического мониторинга.

Вторая глава посвящена радиационно-экологическому мониторингу на территории Брянской области. Приводятся правовые основы и положения функционирования служб осуществляющих контроль за экологической обстановкой на территории области. Рассматривается структура взаимодействия всех радиологических служб Брянской области. Даются краткие сведения по используемой аппаратурной базе, используемой службами осуществляющими радиационный мониторинг. На основании анализа аппаратуры и учитывая опыт работы ряда служб осуществляющих мониторинг, делается вывод о том, что на территории Брянской области нет систем автоматизированного контроля параметров загрязнений окружающей среды.

В главе дается реконструкция ситуации после катастрофы на ЧАЭС, характеризуется спектральный состав выбросов в окружающую среду, дана краткая характеристика радиоизотопов. Обобщая приведенный материал описывается характеристика особенностей нынешнего состояния радиоактивного загрязнения.

Формулируется цель и ставятся задачи исследования.

Третья глава посвящена описанию методов проведения гамма -спектрометрических, радиометрических и дозиметрических исследований. Характеризуются области применения спектрометрического анализа, дается классификация и характеристики каждого класса спектрометрической

П !

аппаратуры. Сравниваются характеристики сцинтилляционных и полупроводниковых детекторов.

Подробно рассматриваются физические основы спектрометрии у -излучения с применением полупроводниковых детекторов.

Анализируется методика оценки радиационной обстановки по результатам гамма-спектрометрических исследований проб грунта. Методика разработана и предложена Г.А Федоровым, И.Е. Константиновым и др., основанная на ряде теоретических выводов, экспериментальных данных и постулируемых положений.

Четвертая глава посвящена проведению гамма - спектрометрических исследований проб грунта, обработке и анализу полученных результатов.

Отбор проб грунта для проведения гамма - спектрометрического анализа проводился на контрольных площадках, расположенных на территории г.

Новозыбкова, радиометрическое наблюдение за которыми осуществлялось нами на протяжении 3-х лет.

Для отбора проб грунта было выбрано 5 площадок, в дальнейшем именуемые точками отбора. В каждой точке отбора разбивался квадрат со стороной 10 м. Из точек расположенных в углах квадрата производился послойный отбор грунта. С поверхности предварительно удалялся растительный покров. Слои отбирались со следующей глубины: 0 см. - 1й слой; 5 см. - 2й слой; 10 см. - Зй слой; 15 см. - 4й слой; 20 см. - 5й слой.

Предварительно высушенный материал точечных проб при температуре 110°С полностью измельчается до размера зерен не более 5 мм. Представительную пробу получали перемешиванием и квартованием не менее 10 точечных проб.

Для изготовления пробы для гамма - спектрометрического анализа, из материала представительной пробы отбирают пять навесок объемом 1000 см3 каждая. Объем навески измеряют мерным цилиндром с ценой деления 10 см3. Навески засыпают в чистые спектрометрические сосуды и взвешивают. Спектрометрические сосуды герметично закрывают и маркируют.

р Определение радионуклидного состава проб и удельной активности радионуклидов в них, проводили на гамма-спектрометрическом комплексе БВБ - 30 с полупроводниковым детектором. Разрешающая способность комплекса составляет 2,5 кэВ.

Измерение гамма спектров выполняли в геометрии Маринелли. Спектрометрический комплекс градуировали по эталонным насыпным источникам, аттестованным ВНИИФТРИ. Типичный гамма спектр пробы грунта показан на рис 1.

Анализ амплитудных спектров проб грунта показал, что основным фонообразующим радионуклидом на территории г. Новозыбкова является техногенный цезий - 137. Помимо цезия - 137 в пробах присутствуют энергетические линии цезия 134.

Убывание активности цезия - 137 с глубиной в пределах несколько превышающих погрешность измерения, подчиняется экспоненциальному закону. Перегибы кривых на графиках зависимостей логарифма активностей от глубины происходят при переходе от первого слоя ко второму, что по нашему мнению связано с влиянием растительного покрова на поверхностный слой и значительное отличие плотности первого слоя от последующих.

Определение величины влияния растительного покрова на изменение активности цезия - 137 в зависимости от глубины слоя выходит за рамки данной работы, поэтому ограничимся констатацией факта, что во время отбора пробы грунта в точке 2, дернообразующая растительность отсутствовала, в результате чего кривая зависимости Ьп (А/А5) оказалась близкой к прямой линии (рис 2).

В пятой главе изложены основные принципы построения модели автоматизированной локальной системы мониторинга.

Для проведения длительных наблюдений за состоянием фона и его возможными изменениями необходим блок детектирования, обеспечивающий непрерывный контроль за состоянием контролируемого параметра, фиксировать в электронной памяти наряду со значением контролируемого параметра время проведения замера, производить первичную статистическую обработку, передавать результаты измерения по каналу связи в базовый

— Ряд1 Ряд2 --РядЗ " -Ряд4

Зависимость 1_п А1/А5

Рис 2. Зависимость отношений Ьп А, / А5 Ряд 1 - точка №1; Ряд 2 - точка № 2; Ряд 3 - точка № 3; Ряд 4 - точка №4; Ряд 5 - точка №5

персональный компьютер при наступлении следующих событий:

- запрос со стороны персонального компьютера,

- переполнение объема буферной ОЗУ,

- в случае превышения значения контролируемого параметра выше установленного порогового значения,

- в режиме «непосредственного отображения» т.е. после каждого замера. Нами был разработан и изготовлен макетный вариант блока детектирования

реализованного на базе однокристального микроконтроллера семейства 80x51. Блок - схема алгоритма управляющей программы для микроконтроллера приведена на рис. 3.

Программа предусматривает три режима работы:

- режим измерений с прямой передачей результатов

- режим измерений с выдачей информации по запросу / переполнению ОЗУ.

I

- передача при превышении порога установленной сигнализации. Устоявшийся радиационный фон в настоящее время не претерпевает каких

либо быстропротекающих изменений, однако флуктуации связанные с вероятностной природой процесса ядерного распада, а так же с изменениями потоков космической радиации в отдельные временные интервалы могут отличаться в ту или иную сторону от среднего значения. Поэтому измерительная информация требует отметки времени измерения, Рис. 4. Особенно важны временные отметки при анализе развития аварийной ситуации, когда радиационный фон может меняться значительно в течении короткого времени.

Предлагаемый блок таймера-часов реального времени предназначен для подачи микроконтроллеру команды окончания интервала измерения и фиксации микроконтроллером, времени окончания цикла измерения.

Часы реального времени выполнены на микросхемах К176ИЕ18, К176ИЕ13, К176ИЕ17 в типовой схеме включения. Таймер выполнен на микросхемах 564ИЕ15, 564ТМЗ.

15 I

Программное обеспечение системы мониторинга выполнено в виде трех автономных модулей в целях повышения эксплуатационных характеристик и создания благоприятных условий для дальнейшего совершенствования.

«Базовая программа блока детектирования» предназначена для управления работой аппаратуры блока, обеспечения режимов измерения

Измерительная информация передаваемая в персональный компьютер по протоколу RS - 232, в двоичном коде имеет следующую последовательность передачи: ММ ДД ММ ЧЧ XX XX СБ NN (первым передается младший байт).

NN - байт номера блока детектирования в мониторинговой сети (максимальное количество номеров 256)

СБ - служебный байт, который несет информацию о наличии превышения установленного порога срабатывания тревожной сигнализации, положения запятой в измерительной информации и кода загрязнителя.

Бит - 0, устанавливается в 1 при наличии превышения порога срабатывания.

Биты -1,2, несут информацию о положении запятой.

Биты - 3, 4, 5, 6, 7, кодируют вид загрязняющих веществ (максимальное число 32). В данной системе использован собственный код загрязняющих веществ. Для мощности экспозиционной дозы все значения устанавливаются в ноль.

XX XX - два байта измерительной информации передаются младшим байтом вперед, и несут двоичный код измеренной величины.

ММ ЧЧ - два байта несущих информацию о времени измерения передается первым байт часов.

ММ ДД - два байта несущих информацию о числе месяца и номера месяца. Первым передается число месяца.

Драйвер блока детектирования dterm.exe предназначается для управления работой блока детектирования. Драйвер обеспечивает связь с прибором по последовательному каналу связи. Полученные данные сохраняются в файлах имеющих кодировку ASCII.

Рис.3. Блок-схема алгоритма базовой программы блока детектирования

Точка: 002,

тип: МЭД, время: Иск.

28.3 0:04:43 14.03.00

27.4 0:11:04 14.03.00 30,6 0:17:25 14.03.00 31,0 0:23:46 14.03.00 27,6 0:30:07 14.03.00 29,3 0:36:28 14.03.00

Рис 4. Пример фрагмента выходного файла драйвера блока детектирования Выходной файл драйвера блока детектирования является входным для системы обработки и отображения результатов, которая обеспечивает визуальное отображение измеренных величин за любой промежуток времени, графическое отображение состояния измеряемой величины во времени, отображение карты местности с указанием точки замера. При помощи макета блока детектирования были проведены измерения мощности экспозиционной дозы на двух контрольных площадках, (точки пробоотбора № 2 и № 3 для

гамма-спектрометричсских исследований. Результаты представлены в виде таблиц и графиков (рис. 5).

Обработка денных дозиметрии за сутки 1_Средчее значе>

г'\ мчд т рр.

- м~риь 43

/пдпо I

_637. О 19 25,

63.0 0 31 07

Ы 0 0 56 31

63,4 1 15 3-4,

Дмагеэич» ф>у«туя^»а МЭЛ в

У:

Я 17 «8 И 64 73 I

а 127 «36 1 45 1 54 1БЗ 172 1В1 190 199 ЗОВ 217 726

Ж!

Рис. 5. Обработка результатов по мощности экспозиционной дозы за сутки

В заключении подводятся итоги исследования, формулируются выводы и определяются перспективы дальнейших исследований.

Основные результаты и выводы:

1. Проведенное теоретическое и выполненное экспериментальное исследование показали, что в настоящий момент проблема автоматизации процедур мониторинга проработана недостаточно.

2. Получены результаты у - спектрометрии контрольных площадок на территории г. Новозыбкова, с данными по профилю заглубления их в почве (через 7 лет после последних официально опубликованных данных).

3. По данным у - спектрометрии рассчитаны дозы на поверхности грунта, установлен радионуклидный состав и вклад каждого радионуклида в дозу для конкретных точек.

4. Разработан и изготовлен макет блока детектирования для локальной системы мониторинга с параметрами:

Пределы отображения значений измеренных параметров 1 - 65536

Спектральная чувствительность в диапазоне 0,5 - 2 МэВ

'0,0

Погрешность измерений в основном режиме Длительность работы в необслуживаемом режиме Напряжение источника питания Максимальный потребляемый ток Независимость от внешних электросетей" Протокол передачи измерительной информации

25% не менее 7 лет

и 7.2 В. 5 мА.

**

RS - 232

5. Проведены испытания блока детектирования в условиях радиационного загрязнения, получены замеры с двух контрольных точек, при этом установлено совпадение с данным у- спектрометрии в пределах погрешности прибора (25%)

6. Разработаны алгоритмы, структура и прототипы стандарта для программного обеспечения.

7. Определены пути развития и дальнейшего совершенствования блоков детектирования и структура создаваемой локальной системы мониторинга.

В дальнейших исследованиях предполагается продолжать совершенствования блока детектирования в сторону дальнейшего уменьшения энергопотребления и повышения уровня его интеллектуализации. Довести блок детектирования с программным обеспечением до промышленного образца. Используя указанные принципы на основе имеющегося блока детектирования разработать блоки для других видов загрязнений. Рассмотреть возможность создания информационного табло для населения городов Новозыбкова и Брянска.

1. Борздыко И.А. Белоус H.H. Методология создания автоматических систем экологического мониторинга на территории Брянской области. // В сб. Вклад ученых и специалистов в национальную экономику. .Том 2. Брянск, БГИТА, 1997, с. 126 - 127.

2. Ковалевский В.В., Борздыко И.А. Принципы построения локальных систем экологического мониторинга. // В сб. материалов международной

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

конференции по проблемам Семипалатинского ядерного полигона. Караганда 1997. с. 27-28.

3. Ковалевский В.В., Борздыко И.А., Сергутина Т.Э. Аппаратное обеспечение автоматизированных систем экологического мониторинга. // В сб. Вклад ученых и специалистов в национальную экономику. Том 3. Брянск, БГИТА, 1998, с. 108- 109.

4. Ковалевский В.В., Белоус Н.Н, Борздыко НА. Учебный процесс и новые информационные технологии. II В сб. Актуальные вопросы обучения и воспитания. Брянск, БГПУ, 1997, с. 65 - 67.

5. Решение о выдаче патента на изобретение № 98121880/14 (024149) авторы: Каминский А.И., Ковалевский В.В., Терешин B.C., Борздыко И.А., от 04.12.98.

БОРЗДЫКО ИГОРЬ АЛЕКСЕЕВИЧ

Подписано в печать 07. 04. 2000 г.

Формат 60x84 1\16. Бумага типографская № 2. Печать офсетная. Печ. Л. 1. Уч. - изд. Л. 1 Т. 100 экз. Бесплатно._

Брянский Государственный педагогический университет

им. Акад. И.Г. Петровского

241036, г. Брянск, улица Бежицкая, 14. Лаборатория оперативной типографии БГПУ.

Введение

1. Загрязнения окружающей среды и средства их контроля

1.1. Природные источники загрязнения окружающей среды Ю

1.2. "антропогенные источники загрязнения окружающей среды

1.3. Развитие мониторинга окружающей среды

1.4. Системы мониторинга вокруг объектов ядерной энергетики

1.4.1. Локальные системы радиационного мониторинга

1.4.2. Системы гибридного мониторинга

1.5. Электронно-вычислительная техника в системах мониторинга

1.6. Системы передачи информации

2. Радиологический мониторинг на территории Брянской области

2.1 Правовое обеспечение радиологического мониторинга

2.2 Структура взаимодействия всех радиологических служб

Брянской области

2.3 Деятельность структур осуществляющих мониторинг на территории Брянской области

2.4 Радиационное загрязнение территории Брянской области

3. Методические аспекты радиационого мониторинга

3.1 Методы гамма-спектрометрического анализа

3.1.1. Физические основы спектрометрии гамма-излучения с применением полупроводниковых детекторов

3.2 Спектрометрическая аппаратура.

Основные характеристики спектрометров и их конструкции

3.3 Методика определения активности изотопов по данным спетрометрического анализа

3.4 Методика оценки радиационной обстановки по результатам гамма-спектрометрических исследований проб грунта

4. Гамма-спектрометрический анализ проб грунта с территории г. Новозыбкова

4.1. Отбор и предварительная подготовка проб грунта

4.2. Обработка результатов гамма-спектрометрического анализа проб грунта.

5. Разработка и проведение модельных испытаний блока детектирования для сбора первичной мониторинговой информации

5.1 Определение характеристик блоков детектирования на основании анализа данных полученных в результате проведенных исследований территории.

5.2 Разработка автономного блока детектирования

5.2.1. Разработка регистрационно-логического блока

5.2.2. Разработка блока таймера-часов реального времени

5.3 Состав программного обеспечения мониторинговой системы 110 Выводы 120 Заключение 122 Литература 124 Приложения

В результате деятельности человека, огромные территории оказались под воздействием загрязняющих веществ. Трудно найти в индустриально развитых странах крупный населенный пункт, не загрязненный отходами, конечными или промежуточными продуктами технологических циклов от расположенных в непосредственной близости производственных предприятий. Время от времени случающиеся аварии на предприятиях промышленного комплекса добавляют в окружающую среду все новые и новые загрязняющие вещества, которые отрицательно влияют на здоровье человека и животных. Ни одно предприятие, использующее в своем производственном процессе вредные для окружающей среды вещества, не может гарантировать вероятность аварии с последующим выбросом вредных веществ в атмосферу равной нулю. Если крупные катастрофы и их последствия не остаются без внимания структур контролирующих состояние окружающей среды, то их отдаленные последствия и вторичное перераспределение загрязняющих последствий часто остаются без должного внимания.

Спад производства, с одной стороны привел к уменьшению степени воздействия промышленного комплекса на окружающую среду за счет снижения количества выбрасываемых веществ искусственного происхождения, а с другой - повысил вероятность аварий на вышеуказанных объектах в связи с отсутствием материальных и технических средств на проведение планового технического обслуживания и ремонта технологического оборудования. Во многих случаях оборудование за последние 10-15 лет устарело или выработало расчетные сроки эксплуатации.

Автоматизированные системы контроля окружающей среды существуют вокруг АЭС, которые находятся в эксплуатации длительное время. Их конструкции прошли все этапы от разработки до испытания во время длительной эксплуатации, наметились пути их стандартизации. Учитывая то, что автоматизированные системы контроля входят в обязательный комплект технологического оборудования, все операции связанные с эксплуатацией, техническим обслуживанием и ремонтом производит инженерный персонал атомной станции.

Иначе складывается система мониторинга на территории небольших населенных пунктов. Существует необходимость оперативного контроля за состоянием окружающей среды в населенных пунктах, имеющих в непосредственной близости предприятия, являющиеся потенциальными загрязнителями и производящие выбросы в окружающую среду опасных веществ. В этих случаях контроль за изменениями обстановки в период аварии и поставарийный период обеспечивают ведомственные лаборатории и лаборатории санэпиднадзора.

Традиционным способом контроля загрязнений в окружающей среде является метод отбора проб (вручную) с последующим анализом их в лаборатории или проведение оператором непосредственных измерений на местности при помощи приборов. Примером может служить измерение уровня радиоактивного загрязнения дозиметристом с помощью дозиметрического прибора. Недостатками таких измерений являются: низкая оперативность выдачи результатов, необходимость нахождения человека в опасной зоне. Метод отбора проб может быть" оправдан только при необходимости проведения лабораторных исследований.

Проведение анализов с высокой степенью точности требует наличия специальной стационарной аппаратуры, имеющейся в единичных экземплярах на территории области (например установки для атомно - адсорбционного анализа, масс-спектрометры, гамма-спектрометры, хроматографы и др.). В большинстве этих аппаратов регистрирующие элементы находятся или в вакууме, или в жидком азоте, или под воздействием высокой температуры. Они относительно энергоемки, требуют частого обслуживания и поддержания рабочих условий.

Учитывая это, невозможно создать, используя современный уровень технологий, дешевую автоматическую систему контролирующую все параметры загрязнения, полностью отказаться от метода отбора проб и последующих лабораторных анализов.

На большинстве промплощадок выбросы в окружающую среду представляют собой небольшое количество известных веществ, поэтому для контроля за их концентрацией в окружающей среде целесообразно использовать автоматизированные системы контроля.

В литературных источниках приведены описания многих типов автоматизированных систем предназначенных для контроля за состоянием окружающей среды. Описанные системы предназначались для контроля загрязнителей в какой - либо одной среде и не были универсальными. В основном они разрабатывались, как системы, специально ориентированные для контроля за каким то определенным видом загрязнения [15, 56, 60, 112, 121], или как передвижные лаборатории, описанная в [87] для комплексного экспресс-анализа.

Контроль за состоянием радиационной обстановки на юго-западе области осуществляют органы санэпиднадзора. Новозыбковская санитарно эпидимиологическая станция обслуживает г. Новозыбков, Новозыбковский и Злынковский районы. На контролируемой территории около 300 контрольных точек, в том числе 5 на территории г. Новозыбкова. Период между измерениями составляет в среднем около полугода. Учитывая периоды полураспада фонообразующих элементов, природно-климатические условия и состав почв на указанной территории считается, что этого достаточно для объективной оценки ситуации в поставарийный период. Контроль в 5 точках, расположенных в пределах города осуществляется ежедневно.

Следует отметить, что в апреле 1986 года, в первые часы и дни после Чернобыльской катастрофы контроль подобного уровня на юго-западе области не осуществлялся. Поэтому одной из задач является реконструкция ситуации в первые послеаварийные дни. Эта задача усугубляется наличием в аварийных выбросах короткоживущих изотопов с временем жизни около суток и менее, а именно они представляют наибольшую опасность для человека, животных и растений.

Постоянный контроль за состоянием радиационного фона может обеспечить автоматизированная система сбора данных. Достоинства такой системы наиболее полно раскрываются при необходимости регистрации в реальном масштабе времени быстро меняющейся обстановки с учетом аварийной ситуации и при наличии территорий подлежащих контролю. Автоматизированная система может оказаться незаменимой и для получения оперативной информации в поставарийный период.

Автоматизированной (полностью или частично) системы мониторинга нет ни в одном населенном пункте области, расположенном на территории с л уровнем загрязнения свыше 5 Ku/km .

Среди автоматизированных систем, наименее проработанными являются системы контроля для средних по размерам населенных пунктов (от 10 ООО до 100 ООО жителей). Как показывают расчеты, в них проживают до половины населения центрального экономического района. Санитарно-эпидимиологические станции, являющиеся в большинстве населенных пунктов единственными структурами производящими экологический мониторинг, часто испытывают трудности с необходимыми приборами и материалами. И для повышения эффективности их работы необходимо добиваться решения вопроса о необходимости внедрения в лаборатории автоматизированных систем контроля за параметрами окружающей среды.

Основной приборной базой для таких систем должны стать измерительные приборы на базе IBM-совместимых компьютеров. Отличительной чертой персональных IBM-совместимых компьютеров является «открытая архитектура», позволяющая производить их усовершенствование и дооснащение. Применяя различные «нестандартные устройства» подключаемые к системе через последовательные, параллельные порты, а так же через шины ISA и PCI можно получить любые измерительные системы. В настоящее время задачу создания локальной автоматизированной системы контроля за состоянием окружающей среды возможно решить на основе виртуальных измерительных систем, используя современные средства САПР и технологическую базу, элементную базу как «жесткой логики» так и различные варианты современных микроконтроллеров, а так же новейшие разработки детекторов различных химических веществ и ионизирующих излучений, ,

Проблема развития мониторинга окружающей среды в настоящее время охватывает большое количество различных отраслей науки, техники, производства. Большинство работ в этой области затрагивают различные сферы деятельности, зачастую далеко стоящих друг от друга, что в свою очередь приводит к появлению нестандартных идей, принятию неординарных решений.

Вклад в становление и развитие структур экологического мониторинга окружающей среды, разработку его теоретической базы, внесли такие ученые как: Ю.А. Израэль, Т.Г. Самхарадзе, Г.А. Федоров, И.С. Еремеев, В.В. Ковалевский, В.А. Ермичев, В.Я. Гегерь, В.И. Воробьев, Ю.А. Афанасьев, И.П. Герасимов, Б.П. Ивченко, М. Кюммель, JI.A. Мартыщенко, К.П. Махонько, В.Н. Паслов, Д.К. Попов, В.И. Коваленко, А.Г. Целоусов, В.Ю. Скрипкин, В.А. Тихомиров, С.А.Фомин, и другие.

В публикациях главное внимание отводится полной автоматизации процесса сбора и обработки данных. Первичные источники информации разрабатываются для работы в длительном автономном необслуживаемом режиме.

Рывок в области технологий получения обработки и передачи информации, позволил значительно снизить цены на аппаратуру которая еще несколько лет назад была недоступна массовому потребителю. Современные темпы развития технологий в области микроэлектроники автоматики и программных средств, позволяют надеяться, что уже в ближайшие годы возможно построение мониторинговых систем охватывающих своей сетью значительные регионы. Решение этих проблем невозможно без стандартизации форматов выходных данных и приведение к единому стандарту каналы связи мониторинговых систем подчиняющихся различным ведомствам.