Пассивный дистанционный метод экологического мониторинга радиоактивного загрязнения окружающей среды Е.Т.Протасевича

S = ? wnk Ank (2.4)

где 2p?w - энергия кванта; ? - постоянная Планка.

Согласно [ 34 ] энергия сверхтонкого расщепления стабильных уровней атома водорода (основной терм 1Н( 2 S1/2), электронный терм 2 S1/2, квантовые числа полного момента F, F¢(1, 0) для n (F, F¢) = 1420, 4057517 МГц ) составляет Е (F,F¢) = 47,3797 × 10-3 см-1, а вероятность перехода Аnk равна 3×10-15 с-1. Тогда интенсивность излучения S¢=10-24×3×10-15= 3×10-39 Вт.

В случае, если относительная влажность воздуха j @ 100 %, то молекулы воды составляют приблизительно 3 % от общего объема смеси (воздух + Н2О), что в пересчёте на концентрацию частиц соответствует ~1018 молекулам Н2О в см3. Если допустить, что разложилось всего ~ 1 % от этого числа молекул воды, то это составит ~ 2 ×1016 атомов водорода. Отсюда следует, что 1см3 будет излучать ~6×10-23 Вт. Опыт работы АЭС показывает, что размер облака (шлейфа) над объектом атомной энергетики составляет ~ 0,5 км3. Тогда не трудно рассчитать, что мощность его излучения равна ~ 3×10-8 Вт. Видимо, такая оценка является излишне оптимистичной. В работе [ 36 ] подошли к этому иначе.

Предположив в качестве основного механизма воздействия радиации на атмосферу тормозное излучение электронов, образовавшихся при распаде изотопа 85Kr, авторы [ 36 ] рассчитали, что скорость образования атомов водорода в шлейфе выброса будет составлять 1,5 × 1012 м-3 × с-1 . Тогда при допущении, что основным механизмом исчезновения атомов водорода является рекомбинации, константа скорости которой при нормальных атмосферных условиях составляет k ~ 10-13 ¸10-14 м3 × моль-1 × с-1 из уравнения

d[H] / dt = 2k[H]2

была рассчитана концентрация атомов водорода [H] в 1 км3 шлейфа выброса, Это величина составляет приблизительно 10 21 ¸ 1022 атомов. Отсюда следует, что на частоте 1420 МГц мощность, излучаемая, указанным объемам воздуха, равна ~ 2× ×10-17 ¸ 8×10-18 Вт, что на несколько порядков меньше, чем это следует из работы [26 ]. Видимо , такая оценка является излишне пессимистичной и на практике мощность излучения ионизированного объема окажется между двумя этими расчетными значениями. Постараемся ответить на вопрос, является ли достаточным уровень излучения атомарного водорода для его регистрации современными средствами или нет.

Чувствительность современных приемников дециметровых и сантиметровых волн Рпр мин=10-13¸10-14 Вт [ 26 ]. Она была достигнута еще в 1967 году. Сравнение такой чувствительности с уровнем излучения облака позволяет утверждать, что излучение атомарного водорода может быть зарегистрировано современными средствами радиолокации. При этом необходимо иметь в виду еще два важных обстоятельства. Во - первых, уровень сигнала убывает пропорционально квадрату расстояния от источника излучения, то есть измерение необходимо производить вблизи объекта атомной энергетики. Во-вторых, надежность приема сигнала на частоте 1420 МГц повышается за счет стационарного характера волнового излучения и наличия минимального уровня помех в интервале частот 103 ¸104 МГц [35 ].

Аналогичным образом обстоят дела и с возможностью регистрации радиоизлучения гидроксил ОН.

Остановимся на ширине излучаемых линий. Уширение линии излучения атомарного водорода связано преимущественно с эффектом Доплера, который обусловлен поступательным движением атомов. Скорость такого движения определяется кинетической энергией образовавшихся атомов водорода. Столкновительным механизмом уширения в нашем случае можно пренебречь, поскольку излучение вызвано сверхтонким расщеплением энергетического уровня атома. Согласно измерений , выполненных в [ 37 ], энергия поступательного движения атомов водорода при фотолизе водородосодержащих молекул, не превышает 2 эВ. Откуда следует, что доплеровское уширение линии водорода на частоте 1420 МГц nD £ 150 кГц. Видимо, это значение nD является завышенным , поскольку из анализа спектров радиоизлучения в астрофизике следуют, что ширина излучаемых линий радикала ОН составляет 10 ¸20 кГц [ 35 ].

Перейти на страницу: 1 2 

Немного больше об экологии

Мониторинг гидросферы земли
Водная оболочка Земли - гидросфера играет важнейшую роль в существовании биосферы и человека. В статье приводится описание организации и современных методов наблюдений за компонентами гидросферы в атмосфере, Мировом океане, на поверхности суши и ее водных объектах, ...

Концепция В. И. Вернадского о биосфере и феномен человека
Мы живем в исключительное время в истории нашей Биосферы, в психозойскую эру, когда создается из нее новое состояние — ноосфера и когда геологическая роль человека начинает господствовать в биосфере и открываются широкие горизонты для его будущего развития. В.И.В ...