放射性废物处理问题
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放射性废物的处理与储存放射性废物是指含有放射性物质的废弃物。
由于放射性物质对人类和环境具有潜在的危害,正确处理和储存放射性废物至关重要。
本文将详细介绍放射性废物的处理和储存步骤,并分点列出。
一、处理放射性废物的步骤:1. 放射性废物分类:将放射性废物按照特定的标准对其进行分类,通常包括低放射性废物、中放射性废物和高放射性废物。
2. 分析和检测:对放射性废物进行详细的分析和检测,确定其中所含放射性物质的类型和浓度。
3. 表面处理:对放射性废物表面进行清洁和处理,以减少废物的辐射量。
4. 体积压缩:采取适当的方法对放射性废物进行体积压缩,以减少废物的占地面积和运输成本。
5. 固化处理:将放射性废物与适当的固化剂结合,形成固体或块状物质,以减少放射性物质的扩散和泄漏风险。
6. 包装和封存:将处理后的放射性废物进行严密的包装和封存,防止辐射污染和泄漏。
7. 标识和记录:对包装的放射性废物进行标识和记录,确保废物的来源和储存信息清晰明确。
二、储存放射性废物的步骤:1. 储存巡视和检查:定期进行储存区域的巡视和检查,确保储存容器完整无损,并及时发现和处理可能存在的问题。
2. 辐射监测:实施辐射监测措施,对储存区域内的辐射水平进行监测和记录,确保辐射水平在安全范围内。
3. 储存设施安全防护:建设和维护合适的储存设施,包括防辐射屏障、连续气压监测系统、环境监测系统等,以确保放射性废物的安全储存。
4. 安全运输:采取安全可靠的运输手段和措施,如专门的运输容器、密封车辆等,确保放射性废物在运输过程中不会对人员和环境造成危害。
5. 事故应急预案:制定详细的事故应急预案,包括应急处理措施、人员疏散计划等,以应对可能发生的突发情况。
6. 长期監督和管理:对储存放射性废物的区域进行长期监督和管理,确保储存设施的稳定性和安全性。
通过以上的处理和储存步骤,我们可以有效地管理和控制放射性废物,减少对人类和环境的潜在风险。
同时,每个步骤中的细节和措施都需要严格遵守,并且需要专业的机构和人员进行操作和监督,以确保放射性废物得到安全、可靠的处理和储存。
核医学科放射性废物处理制度1、科主任、护士长为医疗废物管理第一责任人,负责科室医疗废物安全管理规定执行情况的监督管理,负责科室有关医疗废物用品领用和医疗废物回收登记资料的保存与管理。
防止医疗废物流失、泄露、扩散和意外事故发生时的紧急处理工作,并报告相关管理和监控部门。
2、科室工作人员严格按照院级《医疗废物管理制度》、《医疗废物分类目录》分类管理医疗废物,严禁生活垃圾、感染性废物、损伤性废物混装。
3、在核医学工作中,会产生许多放射性废弃物,按其形态分为固体废物、废液和气载废物,简称“放射性三废”。
放射性废弃物不能以普通废弃物的方法进行处理,而要根据废物的性状、体积、所含放射性核素的种类、半衰期、比活度情况相应处理,不使放射性物质对环境造成危害。
①固体放射性废物。
包括带放射性核素的试纸、敷料、碎玻璃、废注射器、安瓿瓶、实验动物尸体及其排泄物及加速器更换下来的靶膜及滤膜等,放置于周围加有屏蔽的污染桶内,不可与非放射性废物混在一起。
污物桶应有外防护层和电离辐射标记,放置点应避开工作人员作业和经常走动的地方,存放时在污物桶显著位置标上废物类型、核素种类、比活度范围和存放日期等。
放射性废弃物应按照长半衰期和短半衰期分别收集,长寿命的固体放射性废物,应定期集中送交区域废物库最终位置,主要用焚烧法或埋存法处置。
焚烧法是将可燃烧的放射性废物充分燃烧,产生的放射性气体量小者直接排入大气,量大者用冷凝法或吸附剂收集。
燃烧应在特制焚烧炉中进行,周围有足够隔离区,烟囱应足够高,并有滤过装置,以防污染环境。
埋存法是将不可燃烧的放射性固体废物及可燃性废物燃烧后的残渣埋在地下,地点应选择没有居民活动的地方。
还应注意不靠近水源,不易受风雨侵袭扩散。
短寿命核素废物主要用放置衰变法处理,一般把半衰期<15d的归入短半衰期放射性核素,放置10个半衰期,放射性比活度降低到7.4*104Bq/kg以下后,即可作为非放射性废物处理。
交物业公司负责处理。
放射性废物管理与处理技术的研究在当今科技飞速发展的时代,核能的应用在为人类带来巨大利益的同时,也产生了一个不容忽视的问题——放射性废物。
放射性废物的管理与处理技术成为了保障人类健康和环境安全的关键环节。
放射性废物是指含有放射性核素或被放射性核素污染,其浓度或活度大于国家审管部门规定的清洁解控水平,并且预计不再利用的物质。
这些废物具有放射性、毒性和潜在的长期危害,如果管理和处理不当,将对生态环境和人类健康造成严重的影响。
放射性废物的来源广泛。
首先,核反应堆在运行过程中会产生大量的放射性废物,包括核燃料的裂变产物、反应堆结构材料的活化产物等。
其次,核工业中的铀矿开采、铀浓缩、核燃料加工等环节也会产生放射性废物。
此外,医疗、科研、工业等领域使用放射性物质时也会产生一定量的放射性废物。
对于放射性废物的管理,需要遵循一系列的原则和标准。
首要原则是“保护人类健康和环境”,这意味着在整个管理过程中,必须采取一切必要的措施来防止放射性物质的释放和扩散,确保对人类和环境的影响最小化。
同时,还需要遵循“放射性废物的分类管理”原则,根据废物的放射性水平、半衰期、物理化学性质等因素,将其分为不同的类别,并采取相应的管理措施。
此外,“废物最小化”原则也是至关重要的,通过优化核设施的设计、运行和维护,减少放射性废物的产生量。
在放射性废物的处理技术方面,目前主要有以下几种方法。
首先是“浓缩与贮存”技术。
对于低放射性废物,通常采用压缩、封装等方法进行处理,然后在专门设计的贮存设施中进行长期贮存。
这些贮存设施需要具备良好的防护性能,能够有效阻挡放射性物质的泄漏,并防止外界因素对废物的影响。
其次是“固化处理”技术。
对于高放射性废物,如核反应堆产生的乏燃料,通常采用固化处理的方法。
常用的固化材料包括玻璃、陶瓷、水泥等,将放射性废物与固化材料混合,形成稳定的固体,从而降低放射性物质的迁移性和毒性。
“焚烧处理”技术也是一种有效的方法。
对于某些有机放射性废物,可以通过焚烧的方式将其转化为灰烬和气体,然后对灰烬进行固化处理,对气体进行净化处理。
低水平放射性废物处置方案背景随着核能产业的发展和运营,产生的放射性废物必须被妥善处置以确保公众安全和环境保护。
在核产业中,放射性废物被分为高、中和低三个等级。
虽然低水平放射性废物的辐射量最低,但它们数量庞大,处理成本较高,处理方法也不如高、中等级放射性废物那样资本密集。
因此,低水平放射性废物的妥善处置方案是至关重要的。
现状低水平放射性废物分为两大类:表面处理废物和深度处理废物。
目前国内的处理方式主要包括:•针对表面处理废物:物理吸附、离子交换和化学沉淀等方法。
这些方法可以有效将废物在表面去除或转换成较低毒性的物质,但只解决了废物的表面问题,不能完全消除其威胁。
•针对深度处理废物:渗透掘进、井下注浆和地下宝座等方法。
这些方法可以将废物存放在地底深处,方便隔离和处理,但是也存在着地质环境变化可能会破坏存放设施导致废物泄漏的风险。
这表明,目前我们的处理方式并不能完全解决低水平放射性废物的问题,需要进一步研究和改进方法。
解决方案为了更好地解决低水平放射性废物的处置问题,我们提出以下解决方案:1.深度处理废物的同时,加强废物的密封和固化。
采用高强度材料将放射性废物固化为固体,防止其散发出来,同时加强废物的密封措施,确保废物的存储环境稳定和安全。
2.采用现代科技和高精度操作手段对放射性废物进行分类储存和处理。
这样不仅能够分别对不同类别的废物制定不同的处理方案,还可以精确掌控废物的数量和存储空间,从而更好地避免废物泄漏和存储过载的情况。
3.建立完整的废物监测和管理体系,通过检测废物辐射值、设备运行状况、周边环境异常等方面,实时掌握废物的安全状况和处理情况。
这样可以及时发现问题并及时进行修复和处置,防止一旦废物泄漏造成的严重危害。
结论低水平放射性废物的处理是一个开放性的问题,需要更多的科技和社会公众的关注与贡献。
本文提出的解决方案可以成为目前我国低水平放射性废物处理的一个发展方向,这样我们能够更好地处理核能产业所产生的废物,保护环境和公众安全。
放射性废物的处理方法一、概述1.放射性废物的产生放射性废物是指在生产和使用放射性物质过程中废弃并含有放射性的物质(如发射α、β、和γ射线的不稳定元素)或被放射性物质污染而又不能用简单的方法加以分离的废弃物。
放射性废物来源于以下三个方面:(1)核武器试验的沉降物在大气层进行核试验的情况下,核弹爆炸的瞬间,由炽热蒸气和气体形成大球(即蘑菇云)携带着弹壳、碎片、地面物和放射性烟云上升,随着与空气的混合,辐射热逐渐损失,温度渐趋降低,于是气态物凝聚成微粒或附着在其他的尘粒上,最后沉降到地面。
(2)核燃料循环的“三废”排放原子能工业的中心问题是核燃料的产生、使用与回收、核燃料循环的各个阶段均会产生“三废”,对周围环境带来一定程度的污染。
(3)医疗照射引起的放射性污染目前,由于辐射在医学上的广泛应用,已使医用射线源成为主要的环境人工污染源。
图1表示核废物的产生过程,核废物的主要来源是核燃料循环中和核设施退役中的各主要环节,核试验、核科学研究及应用也要产生一些核废物。
核燃料循环包括铀矿开采、加工、燃料制造、使用、乏燃料的后处理等环节。
核设施退役是指关闭不再使用的核设施(如燃料制造和加工厂、反应堆等)时所采取的措施,铀矿开采和燃料加工废物的产生从开采铀矿开始,矿石中铀的含量平均仅为0.2%,相应将遗留约25000t的废矿渣,即尾矿。
尾矿中含有的铀为原矿的5%~20%,含有的镭为原矿的93%~98%,此外还含有氡。
图1产生核废物的过程2.放射性废物的特征(1)按物理形态分类①固体放射性物品如钴,独居石等。
②晶粒状放射性物品如硝酸钍。
③粉末状放射性物品如夜光粉、铈钠复盐等。
④液体放射性物品如发光剂,医用同位素制剂磷酸二氢钠——32P等。
⑤气体放射性物品如氪85、氩41。
(2)按放出的射线类型分类①放出α、β、γ射线的放射性物品如镭226等。
②放出α、β射线的放射性物品如天然铀。
③放出β、γ射线的放射性物品如钴60。
放射废物处置方案
随着核能产业的发展,放射性废物的处理问题变得越来越重要。
放射性废物的不当处理可能对环境和公众造成严重的危害。
因此,对于放射性废物的处理需要采用严谨的方案。
本文将介绍几种常见的放射性废物处置方案,以及它们的优缺点。
1. 海洋处置
海洋处置是一种将放射性废物排入大海的方式。
它通过将废物水平地排放到大洋中来稀释和分散放射性废物。
然而,这种方式并不被广泛采用,因为它会对生态系统造成极大的破坏,并可能对渔业产生损害。
此外,如果废物的处理工作不当,则会对人类和动物健康造成影响。
2. 永久储存
将废物储存在地下被认为是一种相对较为稳妥的方式。
废物被封存在深不可测的地下隔离区域中,可防止放射性废物的扩散和泄漏。
这种方式的主要缺点是需要精密的技术和管理,且储存时间可能非常长。
还需要建立可靠的地下储存设施。
3. 铀矿尾矿堆处置
铀矿尾矿堆处置方式通过将放射性废物分散在尾矿堆中,来处理放射性废物。
这种方法的主要优点是可以将废物封存在地下,从而避免对环境的污染,但是缺点是缺乏可靠的技术。
以上三种方式都有其优点和缺点,因此,放射废物处置需要综合考虑各方面的因素,选择适合的方案。
在选择之前,还需要进行大量的研究和试验,以确保选择的方案安全可靠,并具有必要的环境保护措施。
放射性废物的处理方法放射性废物处理是一项重要的环境保护工作,它涉及到对人类和环境的安全。
放射性废物是指具有放射性物质的废物,其中包括核能产业、医疗、工业和研究活动等产生的放射性废物。
这些废物对人体健康和环境造成潜在的风险,并需要采取适当的方法进行处理和处置。
首先,隔离是将放射性废物与环境隔离开来,以防止人类和环境接触到这些废物。
隔离的方法包括远离人口密集区和水源地,建立防护壁和控制区域等。
隔离方法的优点是简单易行,可以迅速降低放射性废物对人类和环境的风险。
然而,隔离并不能永久解决废物问题,因为放射性物质的半衰期(m和持续期长达数百年甚至数千年,有必要考虑长期的安全隔离和监管。
其次,固化是将放射性废物转化为固体或坚固形式,以减少其危害性。
固化的方法包括混凝土浇注、玻璃化、陶瓷固化等。
这些方法可以将放射性物质包裹在固体基质中,减少其释放和扩散。
固化方法的优点是抑制了废物的活性释放,降低了对环境的污染和人体的暴露。
然而,固化方法的处理过程和成本较高,需要高温或化学反应等特殊条件。
此外,固化后的废物需要进行长期的安全隔离和监管。
第三,转运是将放射性废物从产生地转移至中间或最终处理场所的过程。
转运的方法包括包装和运输。
包装是将废物放入适当的容器中,以防止泄漏和辐射。
运输是将包装好的废物运送至目的地。
转运方法的优点是能够隔离废物并确保安全运输。
然而,转运过程中存在着意外事故和污染的风险,需要进行密切的监管和安全措施。
第四,埋藏是将放射性废物安全储存于地下或地下水层的过程。
埋藏的方法包括建造地下仓库和地下水层储存。
地下仓库是将废物存放在地下洞穴或构筑物中,以防止废物泄漏和辐射。
地下水层储存是将废物储存在含水层中,通过地下水的稀释和扩散减少辐射。
埋藏方法的优点是废物得到有效的隔离和稀释,降低了对人类和环境的风险。
然而,埋藏方法需要选择适当的地质条件和建设稳定的储存设施,并进行长期的监管和管理。
最后,处理是将放射性废物进行转化或分解,使其不再具有危害性。
放射性三废处理方案
按放射性污染防治法和国家环境保护总局规定及城市放射性废物管理办法及我院的具体设施及放射性药物的日最大操作量,视污染情况,作出如下规定:
一、固体放射性污染废物处理:(有专用放射性废物储存室)(1)此活度大于7.4×104 βq/kg(2X10-6ci/kg) 污染物,应作为放射性废物看待。
小于此水平的放射性污染物应妥
善处理。
(2)根据污染物中所含核素半衰期分类处置。
半衰期≤60天为短半衰期废物,如安培瓶、注射器、服药杯、手套等,
放置于有屏蔽的污染桶内,放置10个半衰期,但必须
严格去污处理后,按一般废物处理,与非放射性污染物
分开放置和处置。
(3)标明放射性污染物存放的时间、核素名称,严格有效控制,专人管理。
处置时要有2人以上,处置的地点、方
法,并登记和签名。
(4)短半衰期核素污染的废物主要用放置法,此活度降低至
7.4×104 βq/kg以后,方可作为非放射性废物处理。
(5)中等及长半衰期核素的污染物,要集中送到城市放射性废物库,但表面剂量率超过0.1msl/h(10mrem/h),体积
不超过30L,重量不超过20kg。
二、放射性废水处理:主要用稀释法、放置法。
(有专用的放
射性衰变池三个)
(1)稀释法:主要用水将放射性废液稀释,再排入专用放射性废水池(三个),经过10个半衰期后,经测量达到国
家标准后,排入我院三废站,按一般废水处理。
(2)放置法:适用于短半衰期核素。
三、放射性气体:用引风机每天通风排气三次,每次1小时,(有专用通风设备,烟囱高于周围建筑3米)。
放射废物处理制度放射废物是指带有放射性物质的废弃物,由核能发电、医疗放射治疗、工业放射处理等活动产生。
由于放射废物具有较长的半衰期以及较高的辐射水平,需要特殊的处理制度来确保对人类和环境的安全。
放射废物处理制度是指国家或地方政府制定的一系列规章和法规,旨在监管、管理和控制放射废物的处理和处置过程。
该制度的目标是最大限度地减少对环境和公共安全的潜在风险,并确保合规性和可持续性。
放射废物处理制度涉及到废物的收集、运输、储存、处理和处置等方面。
以下是针对每个环节的一些关键措施和技术。
1. 废物收集:放射废物的收集需要进行分类和标识,以便将其与其他废物区分开来。
这样可以确保废物得到正确处理,并避免潜在的危险。
2. 废物运输:放射废物的运输需要符合特定的国际、国家和地方规定。
运输过程中需要使用特殊的车辆和容器,确保废物的安全运输,防止辐射泄露。
3. 废物储存:放射废物需要进行短期或长期的储存,以便进行进一步的处理或处置。
储存设施必须具备良好的安全性和监控措施,以防止辐射泄露和非法接触。
4. 废物处理:放射废物处理的主要目标是减少辐射水平和体积。
常见的处理方法包括物理、化学和生物处理。
物理处理包括固化、压实或者灭活废物。
化学处理涉及化学分离和稀释。
生物处理则通过生物酶或其他生物反应器进行。
5. 废物处置:对于长寿命放射性废物,需要进行安全的长期处置。
地下存储和掩埋是常见的方法。
地下存储利用具有良好保护性能的地下构造,如岩石层和盐岩层。
掩埋则是将废物埋入地下,覆盖保护层,以防止辐射泄露。
为了确保放射废物处理制度的有效实施,国家和地方政府需要制定相应的法规和政策,并设立专门的机构来监管和管理。
这些机构负责颁发许可证、监督废物处理过程、审查安全计划和报告等。
此外,公众参与也是很重要的一部分,政府需要鼓励公众参与和透明度,以确保公众对废物处理制度的信任和支持。
总结起来,放射废物处理制度是确保放射废物安全处理和最大限度减少潜在风险的重要手段。
放射性废物处理问题摘要和平利用核能,促进人类社会的和平发展,乃是人类社会目前的一大重任。
因此对放射性废物的处理也将是这项任务之中的重中之重。
本文将讨论放射性废物的一种处理方法是否可行。
美国原子能委员会为了处理浓缩的放射性废物,他们把废物装入密封的圆桶,然后扔到水深为91.5m的海里。
我们需要对这种处理方法的可行性进行论证。
讨论圆桶在与海底碰撞中是否会发生破裂而导致放射性污染发生,危害地球生态环境。
工程师进行了大量的试验以后发现:当圆桶的速度超过12.2m/s,就会因碰撞而破裂。
只要圆桶碰撞速度小于12.2m/s,圆桶就不会发生破裂。
对此论证大致有三种模型:第一、根据时间与速度的关系我们可以得到时间速度函数来确定其速度。
即dy2 d2t =Fm、v(0)=0就可得到时间速度函数来求得所需速度。
第二、根据时间速度关系可以推导出位移速度关系式,如此已知位移也就可求得所需速度。
第三、根据前两种模型进行必要的修正以使得模型具体化、简单化并且更容易得到所需速度。
关键词:放射性废物处理时间速度变化曲线位移速度关系1 问题的背景随着社会的加速发展,人类的物质需求逐渐增加,社会能源需求日益紧张,煤、石油、天然气等化石燃料储量逐渐减少,可再生能源利用情况不容乐观。
在这种严峻的能源危机之下,核能这种比较可观的能源逐渐进入了人类的视线,开始了加速和平利用核能的进程,在一定的程度上可以缓解现在的能源危机现状。
但在和平利用核能的过程中,必然会产生相当数量的放射性废物,而其中固体放射性废物又占相当的比例。
由于放射性废物的危害性大,很多废物的衰变期漫长,处置是否妥当直接关系到公共环境安全。
放射性污染对人类生命安全和地球上的生物存在严重的威胁,所以特别为人民随关注,和平利用原子能,为人类造福不浅,但是核废料处置不好,又将对人类是一大危害,核废料如何处置为好,必须进行科学论证。
放射性废物处理主要有深埋地下或放置在深海之中这两种方法,对这两种方法各有利弊,均可采用。
过去一段时间,美国原子能委员会为了处理浓缩的放射性废物,他们把废物装入密封的圆桶,然后扔到水深为91.5m的海里,一些生态学家和科学家为此表示担心,圆桶是否会在运输过程中或者与海底发生碰撞破裂而造成放射性污染?美国原子能委员会保证说在运输过程和与海底碰撞中圆桶都不会破裂。
在次我们讨论圆桶是否会在与海底碰撞中破裂而产生放射性污染。
2 问题的重述放射性污染对人类生命安全和地球上的生物存在严重的威胁,所以特别为人民随关注,和平利用原子能,为人类造福不浅,但是核废料处置不好,又将对人类是一大危害,核废料如何处置为好,必须进行科学论证。
对放射性废物的深海处理方法,必须保证其圆桶不会破裂。
运用不同的方法建立模型论证其安全性。
根据时间速度关系和位移速度关系建立时间速度模型和位移速度模型,在对以上两个模型进行修正以使模型简单化、具体化。
3 基本假设(1)假设题中所给数据基本真实有效;(2)假设在圆桶运输过程中不会发生破裂;(3)假设圆桶方位对于阻力影响甚小可以忽略不计;4 模型的符号说明5 模型分析建立及求解5.1数据准备记W表圆桶重量,m=239.46kg,g=9.8 m/s2,W=mg。
圆桶体积V=250.25L=0.208m3,海水密度ρ=1026.52kg/m3,圆桶收到海水的浮力Bg=ρVg=g×213.5kg,Dg表示水作用在圆桶上的阻力,它阻碍圆通在水中的运动,与物体运动方向相反,通常与速度v成正比,D=cv,c>0为常数,通过大量实验得出如下结论:圆桶方位对于阻力影响甚小可以忽略不计,且c= 0.119kg·s/m。
5.2 时间速度模型如图5-1选取坐标系,记W表圆桶重量,B表示水作用在圆桶上的浮力,D 表示水作用在圆桶上的阻力,则作用在圆桶上的力为F=W−Bg−cvg有牛顿第二定律:物体的加速度同作用在它上面的合力F 成正比,即F =ma 。
而a =d 2y dt 2,所以得d 2y dt 2=1m (W −Bg −cvg )=gm(m −B −cv)(5.22) 这是二阶常微分方程,作代换v =dydt, d 2ydt 2=dv dt,则(3.13)变为{dv dt +cgv m =g m(m −B)v (0)=0(5.23)这是初始值为零的一阶线性非齐次微分方程,其解为v (t )=m −B c[1−e −cgt m ](5.24)由(3.15)式知,圆桶的速度v 为时间t 的函数,要确定圆桶同海底的碰撞速度v ,就必须算出圆桶碰到海底所需的时间t 。
遗憾的是,不可能作为位移y 的显函数求出t ,对于时间t 我们不能求出,所以不能用方程(3.15)来求出圆桶同海底的碰撞速度。
根据matlab 编程可以画出速度随时间的变化曲线,其程序见附表1,时间速度曲线如下:但根据方程(3.15)及上图可以得到圆桶的极限速度VT,当t→∞时,V T=m−Bc 。
根据(3.15)显然有v(t)<V T=m−Bc,如果极限速度小于12.2m/s ,那么圆桶就不可能因同海底碰撞而破裂。
然而m−B c =239.46−213.50.119=218.15 m/s很显然V T≫v(t),还不能断定v(t)究竟是否能超过12.2m/s 。
5.3 位移速度模型鉴于时间速度模型中对于时间我们不能求出而导致该模型不能直观的求出在y=91.5m位置的速度。
我们改进上述模型,通过位移速度关系式来确定在y= 91.5m位置的圆桶速度。
可以将时间速度关系式改写为位移速度关系式,即v(t)=v[y(t)],有复合函数微分法可得,dv dt =dv dy ·dy dt =v dv dy代入(5.22)中,得m g v dvdy=m −B −cv (5.31)显然可知初始条件为v(0)=0。
为了得到速度v 与位置y 之间的一个关系式,采用如下方法: 由(5.31)可得到vdv m −B −cv =gmdy(5.32)对(5.32)积分可得∫rdr m −B −cr =∫g my0v0ds =gym(5.33)而式(5.33)左端有∫rdr m −B −cr =−1c v0∫−cr +W −B m −B −cr dr +m −B c ∫drm −B −cr v 0v 0=−1c ∫dr +m −B c v 0∫dr m −B −cr v 0=−v c −m −B c 2ln |m −B −cv |m −B前面已讨论(m −B )c ⁄是极限速度V T ,v <m−Bc ,因而m −B −cv >0 ,于是有gy m =−v c −m −B c 2ln |m −B −cv |m −B(5.34)由(5.34)可以通过已知的y =91.5m 来求得速度v(y),但由于不能从(5.34)式中解出v 是y 的显函数来,不能直接的求的v(91.5),因此要利用微分方程数值解法,借助于计算机很容易解得v(91.5)。
通过matlab 编写程序来求得v(91.5)= 13.75 m/s 。
具体程序详见附件2。
因为v(91.5)= 13.75 m/s >12.2m/s 可知美国原子能委员会所提出的这种放射性核废料的处理方法是错误的,将其投入91.5m 深的海中,圆桶必将因碰撞而破裂,导致放射性核废料泄漏而发生放射性核污染。
5.4 位移速度模型改进模型位移速度模型可求得v(91.5),但由式(5.34)可知,位移y 与速度v 并不是显函数关系,要求得v(91.5)就必须借助于计算机,模型并不简单方便。
通过改进,我们可以用近似的方法求出一个很好的近似值来代替v(91.5) 已知圆桶速度v(y)满足初值问题{m g v dvdy =m −B −cv v (0)=0(5.41) 在(5.41)中令c=0(即不考虑水的阻力),并用u 代替v ,以示区别,得{m g u du dy =m −B u (0)=0(5.42) 直接积分(5.42),得mu 22g=(m −B)y 或u =√2gm(m −B)y由此可直接计算得u (91.5)=√2×9.8×25.96×91.5239.46≈√194.42≈13.94 m/s由此可以得到u(91.5)是一个v(91.5)的比较好的近似值。
其原因主要有: (1) 当不存在于运动方向相反的阻力时,即c=0时,圆桶的速度总会大一些,因此v(91.5)<u(91.5)。
(2)当y增加时,速度v增加,所以对于y≤91.5,有u(y)≤u(91.5)。
由此可以得出水作用在圆桶上的阻力D总是小于0.119×u(91.5)≈1.66kg,即D< 1.66kg。
圆桶向下的合力近似为25.9kg,即m−B≫D,因此忽略D影响很小,所以认为u(91.5)是v(91.5)的一个比较好的近似值。
有该模型也可得到圆桶在与91.5m 深的海底碰撞时会发生破裂,而导致放射性废物污染。
6 模型评价6.1 优点基于位移速度模型避免速度因时间变化关系,在问题的解决上更加的直接,方便。
基于时间速度模型在直观上通过时间速度曲线了解速度随时间的变化趋势,以及其最大值。
基于位移速度模型改进模型通过改进模型能够更加的方便解决问题,是问题趋向于简单化。
6.2 缺点基于时间速度模型只能够得到速度随时间的变化关系,但不能够确定具体时间,因此就不能有效解决问题。
基于位移速度模型改进模型该模型采取近似的方法实现目标,但在近似过程中有可能受到其他变量的较大的影响。
6.3模型的应用在解决该问题的方法问题上,位移速度模型能够精确都得到所需数值,但需要计算机辅助,位移速度模型改进模型可以比较方便的求出数值,达到目的,但其数值为近似值,不是很精确。
时间速度模型可以了解速度随时间的变化规律。
因此,在条件允许下优先选用为位移速度模型。
条件限制情况下选用位移速度模型改进模型。
[参考文献]:[1] 谭永基等,数学模型,[M],上海:复旦大学出版社。
[2] 薛定宇,陈阳泉,高等应用数学问题的MATLAB求解,[M],北京:清华大学出版社,2004。
[3] 吴锡珑,大学物理教程,[M],高等教育出版社。
附录:附件1:绘制时间速度曲线程序syms t v;m=239.46;B=213.5;c=0.119;v=(m-B)/c*[1-exp(-c*9.8*t/m)];v=inline(v)fplot(v,[0,1000])附件2求解位移速度方程程序function p=w2(v);syms v;v=solve('-v/0.119-(239.46-213.5)/0.119^2*log((239.46-213.5-0.119*v)/( 239.46-213.5))=9.8*91.5/239.46')。