北京地區(qū)受日本福島核污染擴散影響的估算分析

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)測出超過本地標準值的核輻射量，當局對核電站附近居民進行了緊急疏散和撤離。作為日本近鄰的中國人民也感到了異常的恐慌，并出現(xiàn)了搶購食鹽等風(fēng)潮。該文將利用中學(xué)生所掌握的數(shù)學(xué)物理知識，通過分析影響核輻射污染擴散的主要因素，建立了考慮傳輸、擴散和沉降三種主要影響因子的核輻射污染擴散簡化計算模型，估算分析了北京地區(qū)受核污染擴散的影響程度。結(jié)果表明，日本福島核污染粉塵擴散約需8～33 d才能到達北京，到達北京后的輻射量比照一次X光片的輻射量還小很多，對人體沒有危害。

關(guān)鍵詞：北京地區(qū) 福島核污染擴散 估算 影響分析

中圖分類號：TL75 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）12（c）-0179-03

1 背景及問題的提出

北京時間2011年3月11日13時46分，日本東北部宮城縣以東太平洋海域發(fā)生了9.0級特大地震，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號機組接連發(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)測出超過本地標準值的核輻射量，當局對核電站附近方圓30 km范圍內(nèi)的居民進行了緊急疏散和撤離。

同時，與之一衣帶水的中國人民也感到了異常的恐慌。國內(nèi)頓時謠言四起，并出現(xiàn)了搶購食鹽的風(fēng)潮。我們?nèi)覍诵孤┑挠绊懸策M行了激烈的辯論，并一致支持我利用所學(xué)的數(shù)學(xué)知識來估算分析北京地區(qū)所受到的影響。

2 估算模型的假設(shè)和說明

核輻射污染通過哪些渠道擴散呢？經(jīng)過查尋資料得知，核輻射污染主要通過大氣粉塵、海水和生物鏈等形式來擴散并傳播。北京地區(qū)的核輻射污染主要通過大氣粉塵隨大氣環(huán)流而擴散。在此我們重點討論大氣粉塵擴散的問題。

問題的假設(shè)：

大氣粉塵隨大氣環(huán)流受到傳輸、擴散、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，為便于簡化問題，我只考慮傳輸、擴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。

解決問題的基本思路如圖1所示。

3 數(shù)學(xué)模型的建立

第一步，計算核輻射粉塵隨大氣環(huán)流到達北京的傳輸距離。

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