Вестник КРАУНЦ.Физ.-мат. науки. 2021. Т. 36. №3. C. 200-209. ISSN 2079-6641

Содержание выпуска/Contents of this issue

MSC 86A10

Research Article

Effect of turbulence and air velocity on radon progenys

A. S. Zelinskiy¹, G. A. Yakovlev²

¹School of Nuclear Science & Engineering, Nuclear Fuel Cycle Department, Tomsk Polytechnic University, 634050, Tomsk, Lenina avenue, 30, Russia
²Institute of Applied Mathematics and Computer Science, Tomsk State University, 634050, Tomsk, Lenina avenue, 36, Russia

E-mail: azelinskiys@yandex.ru

In this paper, a simulation of the distribution of radon progeny over the height of the atmosphere, depending on the amount of turbulent mixing and the vertical air velocity, is presented. The obtained results are compared with the change in the activity ratio of Bi-214/Pb-214 isotopes recorded in rainwater during 3-year observations in Prague. It is found that the reasons for the most common values of Bi-214/Pb-214 can be the height of the lower edge of the cloud of 0.2-1.4 km and the vertical air velocity of 0.1 – 0.2 m / s. The ratio changes slightly from changes in the turbulent mixing, the value of the vertical air movement makes the main contribution. It is found that with the increase in the intensity of rain, a shift in the radioactive equilibrium should occur due to an increase in the velocity of vertical air. Atmospheric inversion is able to balance the volumetric activities of the descendants of atmospheric radon, atmospheric inversion can be identified by the equality between the activities of the radon progeny in the atmosphere at different altitudes or in rainwater. It is shown that the search for the relationship between precipitation intensity and gamma radiation is expose to error, without taking into account the influence of the АBi−214/АPb−214 ratio, due to the unequal activities of the atmospheric isotopes Bi-214 and Pb-214. This error of 7-14% when using gamma radiometry, and of 5-9% when using dosimeters is estimated.

Keywords: radon progeny in the terrestrial atmosphere, mathematical model, vertical air velocity, turbulent diffusion, Bi-214/Pb-214, rain induced gamma activity, advection, inversion.

DOI: 10.26117/2079-6641-2021-36-3-200-209

Original article submitted: 30.09.2021

Revision submitted: 13.10.2021

For citation. Zelinskiy A. S., Yakovlev G. A. Effect of turbulence and air velocity on radon progenys. Vestnik KRAUNC. Fiz.-mat. nauki. 2021, 36: 3, 200-209. DOI: 10.26117/2079-6641-2021-36-3-200-209

The content is published under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.ru)

© Zelinskiy A. S., Yakovlev G. A., 2021

Acknowledgments. The authors express their deep gratitude to Professor Yakovleva Valentina S. of the Department of Nuclear Fuel Cycle of TPU for productive discussions and consulting.

Competing interests. The authors declare that there are no conflicts of interest regarding authorship and publication.

Contribution and Responsibility. All authors contributed to this article. Authors are solely responsible for providing the final version of the article in print. The final version of the manuscript was approved by all authors.

УДК 517.3 + 51-73 + 551.558

Научная статья

Влияние турбулентности и восходящих потоков воздуха на дочерние продукты распада радона

A. С. Зелинский¹, Г. A. Яковлев²

¹Томский политехнический университет, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30, Россия
²Томский государственный университет 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36, Россия

E-mail: azelinskiys@yandex.ru

Получены результаты моделирования распределения дочерних продуктов радона в атмосферном столбе по высоте, объясняющие изменение концентраций радионуклидов в дождевой воде в зависимости от высоты нижней кромки облаков. Значения соотношений активностей АBi−214/АPb−214 радионуклидов дождевой воды от 0.6 до 0.8, могут возникать при высоте нижней кромки облаков от 0.2 до 1.4 км и адвекции от 0.1 до 0.2 м/с соответственно. Произведена оценка шибки от 7 до 14%, возникающая при использовании гамма радиометров, и от 5 до 9% — дозиметров, во время осадков с целью поиска корреляции роста гамма-фона и интенсивности жидких ливневых осадков.

Ключевые слова: продукты распада радона в атмосфере, математическая модель, вертикальная скорость воздуха, турбулентная диффузия, соотношение гамма излучения Bi-214/Pb-214, вымывание радиоактивных аэрозолей осадками, адвекция, инверсия

DOI: 10.26117/2079-6641-2021-36-3-200-209

Поступила в редакцию: 30.09.2021

В окончательном варианте: 13.10.2021

Для цитирования. Zelinskiy A. S., Yakovlev G. A. Effect of turbulence and air velocity on radon progenys // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2021. Т. 36. № 3. C. 200-209. DOI: 10.26117/2079-6641-2021-36-3-200-209

Благодарность. Авторы выражают глубокую благодарность профессору Яковлевой Валентине Станиславовне с кафедры ядерного топливного цикла ТПУ за продуктивные обсуждения и консультации.

Конкурирующие интересы. Авторы заявляют, что конфликтов интересов в отношении авторства и публикации нет.

Авторский вклад и ответственность. Все авторы участвовали в написании статьи и полностью несут ответственность за предоставление окончательной версии статьи в печать. Окончательная версия рукописи была одобрена всеми авторами.

Контент публикуется на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International
(https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.ru)

© Зелинский A. С., Яковлев Г. A., 2021

References

  1. Thompson I. M. G., et al. Technical recommendations on measurements of external environmental gamma radiation doses, EURADOS report 1999: Office for Official Publications of the European Communities, 1999.
  2. Bottardi C., et al. Rain rate and radon daughters’ activity //Atmospheric Environment, 2020. vol. 238, 117728, DOI: 10.1016/j.atmosenv.2020.117728.
  3. Barbosa S. M., Miranda P., Azevedo E. B. Short-term variability of gamma radiation at the ARM Eastern North Atlantic facility (Azores) // Journal of environmental radioactivity, 2017. Т. 172, С. 218-231.
  4. Hiemstra P. S. et al. Using rainfall radar data to improve interpolated maps of dose rate in the Netherlands // Science of the total environment, 2010. vol. 409(1), pp. 123-133.
  5. Liu H. et al. On the characteristics of the wet deposition process using radon as a tracer gas // Radiation protection dosimetry, 2014. vol. 160(1-3), pp. 83-86.
  6. Livesay R. J. et al. Rain-induced increase in background radiation detected by Radiation Portal Monitors // Journal of environmental radioactivity, 2014. vol. 137, pp. 137-141.
  7. Burnett J. L., Croudace I. W., Warwick P. E. Short-lived variations in the background gammaradiation dose // Journal of Radiological Protection, 2010. vol. 30(3), pp. 525.
  8. Takeyasu M. et al. Concentrations and their ratio of 222Rn decay products in rainwater measured by gamma-ray spectrometry using a low-background Ge detector // Journal of environmental radioactivity, 2006. vol. 88(1), pp. 74-89.
  9. Yakovleva V. S.Modelirovanie vliyaniya sostoyaniya i izmenchivosti atmosfery i litosfery na plotnost’ potokov radona i torona s poverkhnosti zemli // Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov, 2010. vol. 317(2) (in Russian).
  10. Yakovleva V. S. In-situ measuring method of radon and thoron diffusion coefficient in soil //Vestnik KRAUNC. Fiziko-Matematicheskie Nauki, 2014. vol. 8, no. 1, pp. 81-85, DOI: 10.18454/2079-6641-2014-8-1-81-85.
  11. Inomata Y. et al. Seasonal and spatial variations of enhanced gamma ray dose rates derived from 222Rn progeny during precipitation in Japan //Atmospheric Environment, 2007. vol. 41(37), pp. 8043-8057.
  12. Moriizumi J. et al. Bi-214/Pb-214 radioactivity ratio in rainwater for residence time estimation of cloud drop-lets and raindrops // Radiation protection dosimetry, 2015. vol. 167(1-3), pp. 55-58.
  13. Ambrosino F. et al. Bi-214/Pb-214 radioactivity ratio three-year monitoring in rainwater in Prague // Nukleonika, 2020. vol. 65(2), pp. 115-119, DOI: 10.2478/nuka-2020-0018.
  14. Yakovleva V. S., Nagorskiy P. M., Cherepnev M. S. Generation of ground atmosphere α- β-and γ-fields by natural atmospheric radionuclides // Vestnik KRAUNC. Fiziko-Matematicheskie Nauki, 2014. vol. 1(8), pp. 86-96, DOI: 10.18454/2079-6641-2014-8-1-86-96.
  15. Yakovleva V. S., Parovik R. I. Numerical solution of of diffusion advection equation of radon transport in many-layered geological media //Vestnik KRAUNC. Fiziko-Matematicheskie Nauki, 2011. vol. 2(1), pp. 46-56, DOI: 10.18454/2079-6641-2011-2-1-44-54 (In Russian).
  16. Kalinin Y. G. E., Kingsep A. S., Kosarev V. I., Lobanov A. I.Transport model of gas impurities spread in urban area // Matematicheskoe modelirovanie, 2000. vol. 12(11), pp. 47-66 (in Russian).
  17. Narayana Rao T. et al. Understanding the transportation process of tropospheric air entering the stratosphere from direct vertical air motion measurements over Gadanki and Kototabang // Geophysical research letters, 2008. vol. 35(15), DOI: 10.1029/2008GL034220.
  18. Takeyasu M. et al. Measurements of concentrations and its ratio of radon decay products in rainwater by gamma-ray spectrometry with a low background germanium detector // International Congress Series, 2005. vol. 1276, pp. 289-290.

Zelinskiy Alexey Sergeevich – postgraduate student, Tomsk Polytechnic University, Tomsk, Russia, ORCID 0000-0002-4737-3790.

Зелинский Алексей Сергеевич –аспирант, Томский политехнический университет, г. Томск, Россия, ORCID 0000-0002-4737-3790.


Yakovlev Grigory Alekseevich — student of Tomsk State University, Tomsk, Russia, ORCID 0000-0001-7842-5672.

Яковлев Григорий Алексеевич – студент Томского государственного университета, г. Томск, Россия, ORCID 0000-0001-7842-5672.