Научные результаты

Основные научные достижения
 
2023 год

1. Исследования в районе размещения плавучей атомной теплоэлектростанции (ПАТЭС) «Академик Ломоносов» в г. Певек показали, что отсутствуют объективные свидетельства изменения радиоэкологической ситуации в результате первых двух лет эксплуатации плавучего энергоблока. Диапазон мощностей дозы (0,08–0,18 мкЗв/ч) и его среднее значение (0,13 мкЗв/ч) согласуются с результатами долговременного мониторинга на территории г. Певека до ввода ПАТЭС в эксплуатацию. Интенсивность радиоактивных выпадений на территории города не изменилась и составляет в среднем 0,34·10–5 Бк/(м2·сут). Работа ПАТЭС «Академик Ломоносов» может рассматриваться как пример надежного энергообеспечения удаленных малонаселенных арктических регионов России с помощью атомных электростанций малой мощности.

Рис. Средневековые шахтные механизмы на гравюрах из книги Агриколы «De Re Metallica» (1556 г.). Гравюры использованы для оценки скорости воздухообмена в средневековых шахтах и расчета сдвига равновесия между объемной активностью радона и продуктами его распада.
Авторы: Жуковский М.В., Онищенко А.Д. (ИПЭ УрО РАН).

3. На основе сравнительного анализа результатов масштабного радонового обследования многоэтажных жилых зданий в городах России и измерений содержания радия-226 в строительных материалах неразрушающим методом выявлены закономерности накопления радона в этом типе зданий. Удельное поступление радона из строительных материалов, нормированное на концентрацию радия-226, в современных российских многоэтажных зданиях составляет в среднем 0,5 (Бк/м3/ч)/(Бк/кг). В зданиях повышенного класса энергоэффективности создаются условия для накопления радона выше референтных уровней при относительно невысоких значениях удельной активности радия-226 в строительных материалах. Необходимо рассмотреть вопрос о нормировании удельной активности Ra-226 в строительных материалах и его учете при проектировании новых зданий с низкой проницаемостью оболочки здания.

Рис. Диаграмма радон-радий для типичных многоэтажных зданий современного города.
Авторы: Ярмошенко И. В., Онищенко А. Д., Изгагин В. С., Малиновский Г. П., Васильев А. В., Жуковский М. В., (ИПЭ УрО РАН).

4. Рассмотрена вязкая стадия растекания жидкой капли на поверхности, в результате которого форма границы капли, начиная с некоторого размера, преобразуется от круглой к фрактальной. На основе расчета производства энтропии впервые получено соотношение, связывающее критический размер морфологической устойчивости и фрактальную размерность, возникающую при растекании структуры. На примере двухфазной системы показано, что полученная формула находит количественное экспериментальное подтверждение. Полученный результат имеет инновационный потенциал для развития технологии обработки поверхностей и защиты от агрессивного воздействия окружающей среды.

Рис. Пример возникновения неустойчивости фазовой границы и формирования фрактального фронта капли чернил при растекании по поверхности акриловой краски. Представлены три стадии растекания: (a) круглый фронт, (b) начало потери устойчивости круглого фронта, (c) фрактальное растекание (D=1,65).
Авторы: Мартюшев Л.М. (ИПЭ УрО РАН).

5. Поверхностный пылегрязевой осадок (наносы), образующийся в результате природных и антропогенных процессов в современной урбанизированной среде, может быть использован в качестве индикаторного компонента экологического состояния среды. Разработана система показателей, характеризующих геохимическую трансформацию урбанизированных ландшафтов. В компонентах городского ландшафта, связанных седиментационным каскадом, исследуются: типоморфная и антропогенная ассоциации металлов, распределение материала компонента по гранулометрическим фракциям, распределение минерального состава по гранулометрическим фракциям, распределение типоморфных и антропогенных металлов по минеральным ассоциациям, техногенный материал в составе компонента, содержание органического вещества, изотопные отношения свинца и др. Система показателей позволяет оценивать, анализировать и прогнозировать процессы изменения экологической обстановки в жилой зоне города и дополняет существующие методы и подходы к экологическому мониторингу городской среды.

Рис. Эколого-геохимическое исследование компонентов городской среды, связанных седиментационным каскадом. Различия концентрации свинца в компонентах отражают геохимическую трансформацию урбанизированной среды за последние десятилетия (на примере г. Мурманск).
Авторы: А. А. Селезнев, Г. П. Малиновский, И. В. Ярмошенко (ИПЭ УрО РАН).

6. Разработан подход на основе комплекса классических методов деревьев классификации и логистической регрессии для исследования влияния производственных факторов на здоровье работников промышленных предприятий. Предложенный подход исключает использование непрозрачного алгоритма по типу черного ящика, что соответствует требованиям гигиены и медицины труда. Для ведущей профессии предприятия по производству изделий из титана – кузнец – определены факторы риска развития патологий костно-мышечной системы: стаж во вредных условиях труда выше 10 лет, профессиональный контакт с титаном в составе промышленного аэрозоля, воздействие общей вибрации, физических перегрузок, повышенная масса тела, курение. Влияние описанного комплекса производственных и индивидуальных факторов статистически значимо: ОШ 3,02; 95% доверительный интервал 2,15 – 4,24. Рассчитана вероятность развития патологии и количественный вклад каждого фактора. Полученные результаты используются для разработки тематических корпоративных программ по укреплению здоровья работающих во вредных условиях труда.

Рис. Результаты исследования влияния индивидуальных и профессиональных факторов риска развития патологии костно-мышечной системы у кузнецов предприятия по производству изделий из титана. Слева – графическое представление решающих правил дерева классификации, справа – модель, построенная методом логистической регрессии W=exp(-4,765+0,098·ИМТ+0,047·ЛВ)/(1+exp(-4,765+0,098·ИМТ+0,047·ЛВ)), где W – вероятность развития патологии, ИМТ – индекс массы тела, ЛВ – экспозиция локальной вибрации.
Авторы: Вараксин А. Н., Константинова Е. Д., Маслакова Т. А., Огородникова С.Ю. (ИПЭ УрО РАН), Базарова Е.Л. (УГМУ), Федорук А.А. (ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора), Ошеров И.С. (МСЧ «Тирус»).

7. Для прогнозирования динамики поведения сложной системы на основе результатов продолжительных наблюдений разработана гибридная модель, сочетающая вейвлет преобразование генерируемого системой сигнала и искусственную нейронную сеть с длинной цепью элементов краткосрочной памяти (LSTM). Модель успешно опробована для предсказания концентрации парниковых газов в приземном слое атмосферы в арктических широтах. По сравнению с негибридным нейросетевым подходом точность прогнозирования с применением предложенной гибридной модели повысилась на 30%. Построенная модель имеет высокий потенциал применения для широкого круга эколого-климатических задач.

Рис. Блок-схема гибридной модели (на примере прогнозирования концентрации метана в приземном слое атмосферного воздуха).
Авторы: Сергеев А.П., Баглаева Е.М., Субботина И.Е. (ИПЭ УрО РАН)

8. На основе кластерного подхода с использованием метода K-средних для изучения суточной изменчивости концентрации аэрозоля PM2,5, измеренной на городском и фоновом участках мониторинга на Среднем Урале, выявлена статистически значимая разница между двумя группами измерений, соответствующими более высоким и более низким концентрациям мелкодисперсного аэрозоля в течение дня. Исследование выявило существенную зависимость суточной изменчивости концентрации частиц PM2,5 от метеорологических характеристик (температуры воздуха (T,ºC), атмосферного давления (P, гПа), скорости ветра (ws, м/с) и высоты пограничного слоя (blh, км)). Полученные результаты позволяют сформулировать пороговые значения метеопараметров, при которых возможно возникновение более высоких концентраций мелкодисперсных аэрозолей. Летом более высокие значения PM2,5 связаны с P > 954 гПа, ws < 5 м/с, T > 12ºC и blh < 1 км. Зимой более высокие значения PM2,5 возможны при P > 962 гПа, ws < 5 м/с, T < -5 ºC и blh < 0,5 км. Предложенный подход может быть использован для определения «фонового» типа погодных условий, при котором уровни загрязнения нижнего слоя атмосферы мелкодисперсными аэрозолями PM2,5 можно считать типичными для анализируемого региона.

Рис. Диаграмма разброса среднесуточных значений метеорологических параметров для кластеров низких (кластер 1, синие точки) и высоких (кластер 2, оранжевые точки) значений концентрации аэрозоля PM2.5.
Авторы: Лужецкая А.П., Наговицына Е.С., Поддубный В.А.