حاسبة نموذج الانحراف الغاوسي للتلوث النووي

نموذج الانحراف الغاوسي هو نهج أساسي في علوم البيئة، خاصة في تقييم التلوث النووي. يستخدم للتنبؤ بتركيز الملوثات المنتشرة في الهواء على مسافة من مصدرها. إن فهم هذا النموذج أمر بالغ الأهمية لتقييم تأثير المنشآت النووية والحوادث وغيرها من مصادر التلوث الإشعاعي.

الخلفية التاريخية

ينشأ النموذج من العمل على نظرية الغازات في القرن التاسع عشر، وخاصة من قبل كارل فريدريش جاوس، الذي وصف كيف تتشتت الجسيمات في البيئة. مع مرور الوقت، تم تكييف هذه النظرية لنمذجة تشتت الملوثات في الغلاف الجوي، مما يوفر أداة حاسمة لحماية البيئة والصحة العامة.

صيغة الحساب

يمكن وصف تركيز (C) لمُلوث في أي نقطة باتجاه الريح من مصدر ما بواسطة معادلة الانحراف الغاوسية:

\[ C = \frac{Q}{(2\pi \sigma_y \sigma_z u)} \exp\left(-\frac{y^2}{2\sigma_y^2} - \frac{(z-H)^2}{2\sigma_z^2}\right) \]

حيث:

• C هو تركيز الملوث (مثل، جسيمات لكل متر مكعب).
• Q هو قوة المصدر (مثل، كمية الملوث لكل وحدة زمنية).
• u هي سرعة الرياح عند ارتفاع الانبعاث (م/ث).
• σy و σz هما الانحرافات المعيارية للتوزيع في اتجاه الريح العرضي (y) والاتجاه الرأسي (z) على التوالي، مما يمثل انتشار عمود الملوث.
• y هي المسافة العرضية عن النقطة مباشرة باتجاه الريح من المصدر.
• z هو الارتفاع فوق الأرض الذي يتم فيه حساب التركيز.
• H هو ارتفاع الانبعاث الفعال للملوث.

مثال على الحساب

لنفترض أن منشأة نووية تطلق ملوثًا إشعاعيًا بقوة مصدر Q = 100 جم/ث. سرعة الرياح هي u = 5 م/ث، ومعلمات الانحراف هي σy = 50 م و σz = 20 م. لإيجاد التركيز عند نقطة تبعد 100 م باتجاه الريح من المصدر، 0 م عرضيًا، وعلى ارتفاع 2 م، نقوم بتوصيل القيم في الصيغة:

\[ C = \frac{100}{(2\pi \cdot 50 \cdot 20 \cdot 5)} \exp\left(-\frac{0^2}{2 \cdot 50^2} - \frac{(2-0)^2}{2 \cdot 20^2}\right) \]

سيوفر هذا الحساب التركيز في الموقع المحدد، مما يساعد في تقييم خطر التعرض.

لماذا هو مطلوب وحالات الاستخدام

يُعد نموذج الانحراف الغاوسي ضروريًا للتنبؤ بالتأثير البيئي للملوثات المحمولة جواً، خاصة في مراحل التخطيط للمنشآت التي قد تُطلق مواد خطرة. ويُستخدم في:

• تقييمات الأثر البيئي.
• تخطيط الاستجابة للطوارئ في حالة وقوع حوادث نووية.
• إدارة جودة الهواء والتنظيم.
• دراسات الصحة العامة لتقدير التعرض للملوثات.

الأسئلة الشائعة

• س: ما مدى دقة نموذج الانحراف الغاوسي؟

  • ج: تعتمد دقتها على ملاءمة معلمات الإدخال والافتراضات المتعلقة باستقرار الغلاف الجوي والتضاريس وظروف المصدر. إنها الأكثر دقة للمسافات القصيرة إلى المتوسطة من المصدر في ظل ظروف جوية متعادلة.

• س: هل يمكن استخدام هذا النموذج للتلوث الداخلي؟

  • ج: لا، تم تصميم نموذج الانحراف الغاوسي للبيئات الخارجية. تتطلب ديناميكيات التلوث الداخلي نهوجًا نمذجة مختلفة نظرًا لآثار الحدود وآليات التهوية المختلفة.

• س: كيف يتم تحديد قيم σy و σz؟

  • ج: يتم اشتقاقها من الدراسات التجريبية للظروف الجوية وتعتمد على عوامل مثل سرعة الرياح وخشونة السطح واستقرار الغلاف الجوي. يتم توفير مجموعات قياسية من هذه القيم في إرشادات نمذجة البيئة لمختلف الظروف.

إن فهم وتطبيق نموذج الانحراف الغاوسي يسمح باتخاذ قرارات مستنيرة وتقييم المخاطر المتعلقة بالتلوث البيئي والصحة العامة، مما يبرز أهميته في العالم الحديث.