北京地區(qū)受日本福島核污染擴(kuò)散影響的估算分析

張洪博

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2015.36.179

摘 要：2011年3月11日，日本宮城縣以東太平洋海域發(fā)生了9.0級(jí)特大地震并引發(fā)海嘯，導(dǎo)致日本福島核電站發(fā)生爆炸并釋放大量核輻射物質(zhì)。日本各地均監(jiān)測(cè)出超過(guò)本地標(biāo)準(zhǔn)值的核輻射量，當(dāng)局對(duì)核電站附近居民進(jìn)行了緊急疏散和撤離。作為日本近鄰的中國(guó)人民也感到了異常的恐慌，并出現(xiàn)了搶購(gòu)食鹽等風(fēng)潮。該文將利用中學(xué)生所掌握的數(shù)學(xué)物理知識(shí)，通過(guò)分析影響核輻射污染擴(kuò)散的主要因素，建立了考慮傳輸、擴(kuò)散和沉降三種主要影響因子的核輻射污染擴(kuò)散簡(jiǎn)化計(jì)算模型，估算分析了北京地區(qū)受核污染擴(kuò)散的影響程度。結(jié)果表明，日本福島核污染粉塵擴(kuò)散約需8～33 d才能到達(dá)北京，到達(dá)北京后的輻射量比照一次X光片的輻射量還小很多，對(duì)人體沒(méi)有危害。

關(guān)鍵詞：北京地區(qū) 福島核污染擴(kuò)散 估算 影響分析

中圖分類號(hào)：TL75 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）12（c）-0179-03

1 背景及問(wèn)題的提出

北京時(shí)間2011年3月11日13時(shí)46分，日本東北部宮城縣以東太平洋海域發(fā)生了9.0級(jí)特大地震，并引發(fā)海嘯，日本人民遭受到巨大的損失。3月12日至15日，日本福島核電站1、2、3、4號(hào)機(jī)組接連發(fā)生事故，引發(fā)爆炸并釋放大量核輻射物質(zhì)。日本各地均監(jiān)測(cè)出超過(guò)本地標(biāo)準(zhǔn)值的核輻射量，當(dāng)局對(duì)核電站附近方圓30 km范圍內(nèi)的居民進(jìn)行了緊急疏散和撤離。

同時(shí)，與之一衣帶水的中國(guó)人民也感到了異常的恐慌。國(guó)內(nèi)頓時(shí)謠言四起，并出現(xiàn)了搶購(gòu)食鹽的風(fēng)潮。我們?nèi)覍?duì)核泄漏的影響也進(jìn)行了激烈的辯論，并一致支持我利用所學(xué)的數(shù)學(xué)知識(shí)來(lái)估算分析北京地區(qū)所受到的影響。

2 估算模型的假設(shè)和說(shuō)明

核輻射污染通過(guò)哪些渠道擴(kuò)散呢？經(jīng)過(guò)查尋資料得知，核輻射污染主要通過(guò)大氣粉塵、海水和生物鏈等形式來(lái)擴(kuò)散并傳播。北京地區(qū)的核輻射污染主要通過(guò)大氣粉塵隨大氣環(huán)流而擴(kuò)散。在此我們重點(diǎn)討論大氣粉塵擴(kuò)散的問(wèn)題。

問(wèn)題的假設(shè)：

大氣粉塵隨大氣環(huán)流受到傳輸、擴(kuò)散、沉降、地形、熱力作用、降水等因素影響，相互作用很復(fù)雜。由于北京和福島緯度基本相同，均處在大氣環(huán)流的西風(fēng)帶中，為便于簡(jiǎn)化問(wèn)題，我只考慮傳輸、擴(kuò)散和沉降這三種因素，將地形、熱力作用、降水等復(fù)雜因素忽略不計(jì)。

解決問(wèn)題的基本思路如圖1所示。

3 數(shù)學(xué)模型的建立

第一步，計(jì)算核輻射粉塵隨大氣環(huán)流到達(dá)北京的傳輸距離。

如圖2所示，設(shè)北京與福島間的傳輸距離為L(zhǎng)，即從福島B點(diǎn)出發(fā)途徑美國(guó)繞地球一周到達(dá)北京A點(diǎn)的距離；