3 курс / Гигиена / Физико_химические_характеристики_промышленных_альфа_излучающих_аэрозолей

На основе полученной общей закономерности переноса наночастиц с поверхности сеток диффузионной батареи в рабочую жидкость была предложена следующая схема переноса наночастиц на поверхность трековых детекторов:

Собирается сборка, состоящая из сетки диффузионной батареи, содержащей наночастицы, закрепленной между двумя медными кольцами, а также медного диска и помещается в стакан объемом 400 мл.

·Полученную конструкцию аккуратно по стеклянной палочке заливают 100 мл этилового спирта.

·На электроды подают разность потенциалов, равную 100 В. Положительный потенциал подают на сетку.

·Сборку под напряжением выдерживают в течение 5 мин.

·Трековый детектор, представляющий собой особо чистое кварцевое стекло помещают на специально нагреваемый стол

·Аликвоту спирта, содержащего наночастицы, наносят на нагретую для быстрого испарения поверхность трекового детектора.

Описанная процедура была реализована в ходе нанесения на трековые детекторы перенесенных в спирт наночастиц, первоначально находившихся на поверхности трех сеток диффузионной батареи (DB4_2S4, DB4_2S5, DB4_2S6). Указанные сетки были получены при проведении отбора проб наночастиц. Это – четвертая, пятая и шестая сетки по ходу движения воздуха в диффузионной батарее.

После нанесения проб наночастиц на трековые детекторы, полученные в ходе экспериментов субстраты подверглись альфа-радиометрическому анализу для определения активности наночастиц, перешедших в спирт, оставшихся на поверхности сеток и электродов. Результаты измерений приведены в таблице 4.5.

Анализ данных, приведенных в таблице 4.5, показывает, что в первом эксперименте в спирт переместилось 18,2% суммарной активности наночастиц, присутствовавших на поверхности сетки, во втором – 72,8%, а в третьем – только 2,9%. Результаты, полученные в первом эксперименте и особенно во втором противоречат общей закономерности переноса, обнаруженной в предыдущих одиннадцати экспериментах. Это обстоятельство еще раз подтверждает необходимость углубленных исследований, направленных на совершенствование метода переноса наночастиц с поверхности сеток диффузионной батареи на поверхность трекового детектора.

170

Таблица 4.5 – Активность нуклидов в пробах воды и на сетках диффузионной батареи (нанесение наночастиц на трековые детекторы)

Примечание: *) измерялась активность смыва с сетки и электродов.

4.2.1. Облучение трековых детекторов в поле нейтронов

Исследования физических и химических свойств наночастиц плутония, а так же их метаболизма в организме человека невозможны без разработки соответствующих методов выполнения измерений. Учитывая специфику исследований, которая заключается в чрезвычайно малых размерах объекта изучения (а, следовательно, крайне низкой его активности), можно сформулировать следующие требования к методам выполнения измерений:

·метод выполнения измерения должен быть неразрушающим, иначе говоря, в процессе подготовки проб наночастиц и последующего измерения сами частицы не должны подвергаться разрушению;

·метод выполнения измерений должен обладать очень высокой чувствительностью.

Оба требования, как отмечалось, вытекают из малых размеров объекта исследований. Из литературы известно, что наночастицы плутония или фрагменты, которые образуются в результате альфа-распада изотопов, могут иметь размеры не более (104–

171

Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

105) атомов. В связи с этим применение радиометрических методов анализа в исследованиях свойств наночастиц плутония в значительной мере ограничено. Это связано и с тем, что в процессе радиохимического анализа как правило, проводится так называемое влажное озоления, которое заключается в обработке пробы кислотами до полного растворения радиоактивного вещества. Затем анализируемое радиоактивное вещество тем или иным способом выделяется и подвергается ядерно-физическому анализу (измерение активности). Очевидно, что в таких условиях возможное присутствие в анализируемом образце даже незначительного числа частиц плутония микронного диапазона способно кардинально (на несколько порядков величины) изменить результат анализа и его последующую трактовку.

Сущность метода нейтронно-индуцированной трековой дозиметрии заключается в следующем. Анализируемый образец (в нашем случае – это наночастицы) помещают между двумя трековыми детекторами. Полученную сборку подвергают облучению в поле нейтронов. В результате деления ядер 239Pu возникают осколки. В среднем суммарная кинетическая энергия осколков, образующихся при делении ядер 235U и 239Pu, составляет величину, приблизительно равную 203 МэВ. Осколки, взаимодействуя с материалом трекового детектора, оставляют в нем след разрушения. После облучения трековый детектор подвергают специальной обработке для визуализации образовавшихся треков. В качестве материала трековых детекторов в зависимости от характера исследований используют поликарбонат (CR-39), лавсан, слюду, стекло, кварц.

В ходе текущих исследований трековые детекторы облучались в целях:

·определения фонового содержания делящихся материалов в различных типах трековых детекторов;

·оценки значений метрологических характеристик трековых детекторов, включая фон, эффективность регистрации актов деления и НПДИ детекторов;

·отработки химической процедуры травления поверхности детекторов для визуализации треков деления;

·облучения проб наночастиц для оценки возможности их детектирования и оценки их размеров.

Облучению подвергались следующие типы трековых детекторов: предметное стекло марки, особо чистое кварцевое стекло, лавсан и детектор типа CR-39.

172

4.2.2. Подготовка проб к облучению

Всего за период с мая по конец декабря 2010 года было проведено три облучения. Первое, пробное облучение проводилось в целях оценки возможности достижения требуемых параметров поля нейтронов и значений основных технологических параметров. Второе облучение ставило своей задачей определение фонового содержания делящихся материалов в детекторах и оценку метрологических характеристик простых стекол и кварцевых. Третье облучение проводилось с целью оценки возможности с помощью нейтронно-

индуцированного метода трекового анализа детектирования наночастиц и оценки их размеров.

Перед вторым и третьим облучениями проводили подготовку трековых детекторов, которая заключалась в нанесении на их поверхность заранее известного количества 239Pu

из образцового радиоактивного раствора (ОРР) (второе облучение) и проб наночастиц, содержащих 239Pu (третье облучение).

Перед вторым облучением было произведено нанесение различного объема ОРР

239Pu на трековые детекторы четырех типов (покровное стекло, кварцевое стекло, лавсан,

CR-39) и сборка их в определенном порядке в контейнеры (пластиковые коробки от фотопленки). Перед нанесением ОРP 239Pu было рассчитано число детекторов, необходимых для полного заполнения контейнеров, а также объем ОРР 239Pu, необходимый при предполагаемом флюенсе для возможности провести подсчет визуализированных треков с учетом того, что объемная активность 239Pu в ОРР составляла 0,04786 Бк/мл. Результаты расчетов приведены в таблице 4.6.

Таблица 4.6 – Объем ОРР и активность наносимые на поверхность трековых детекторов

Нанесение ОРР на поверхность детекторов проводили при помощи дозатора. Все детекторы были сформированы в две группы для помещения в контейнеры с учетом толщины детекторов разного типа и размера контейнеров. Данные о заполнении контейнеров детекторами по их типам приведены в таблице 4.7.

173

Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

Таблица 4.7 – Численное распределение трековых детекторов по контейнерам

После нанесения ОРР трековые детекторы высушивались при комнатной температуре в течение двух суток. В результате был получен следующий набор детекторов, представленный в таблице 4.8.

Таблица 4.8 – Распределение трековых детекторов четырех типов по контейнерам

174

Полученные трековые детекторы были упакованы в пластиковые контейнеры в соответствии со схемой, приведенной в таблице 4.9. Для прочного удержания трековых детекторов различного диаметра в контейнере на его дно и на верхнюю часть пространства помещали упругий материал, а также лавсановые листы.

Таблица 4.9 – Схема сбора трековых детекторов четырех типов по контейнерам

Примечание на схеме знаком «*» помечен упругий материал

175

Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

Подготовка трековых детекторов к третьему облучению проводилась следующим образом. Производился перенос наночастиц с поверхности сеток в этиловый спирт. Затем с помощью дозатора аликвоты спирта, содержащего наночастицы наносили на поверхность кварцевого стекла, помещенного на нагревательный стол для быстрого испарения спирта (рисунок 4.11). Нагревательный стол способен удерживать температуру трекового детектора на уровне 700 С. В дополнение он снабжен специальным вентилятором для ускорения испарения спирта.

Рисунок 4.11 – Нанесение ОРР на поверхность кварцевого стекла

Было использовано оставшиеся количество кварцевых детекторов, необходимое для полного заполнения контейнеров. Рассчитывали объем наносимого ОРР и этилового спирта, содержащего субмикронные аэрозоли, необходимой активности из имеющихся растворов. Указанные данные приведены в таблице 4.10.

Таблица 4.10 – Объем и активность растворов, наносимых на трековые детекторы

176

После нанесения растворов на поверхность детекторов полученные образцы высушивались. Общая характеристика полученного набора детекторов представлена в таблице 4.11.

Таблица 4.11 – Характеристика набора образцов, подготовленных для третьего облучения

После подготовки образцов они были упакованы в контейнер для облучения в поле нейтронов. Схема упаковки детекторов в контейнере представлена в таблице 4.12.

Таблица 4.12 – Схема упаковки детекторов в контейнере

3 коробка

8 детекторов

ТЭМ

лавсан фон

кварц DB4_2S4

лавсан фон

кварц DB4_2S5

лавсан фон

кварц DB4_2S6

лавсан фон

Кварц ОРР 0.0075 мл

лавсан фон

кварц DB4_2S4

кварц DB4_2S5

кварц DB4_2S6

Кварц ОРР 0.0075 мл

лавсан фон

лавсан доб + ТЭМ

Облучение образцов проводилось на исследовательском ядерном реакторе ИВВ2М ОАО «Институт реакторных материалов», расположенного в г. Заречный Свердловской области.

177

Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

4.2.3. Краткое описание исследовательского ядерного реактора ИВВ-2М

Водо-водяной исследовательский ядерный реактор бассейнового типа ИВВ-2М (ИЯР ИВВ-2М) был спроектирован и создан на базе отечественного бассейнового реактора ИРТ-2000. Физический пуск реактора был проведен 22 апреля 1966 года. В период 1974 г. – 1982 г. была проведена реконструкция реактора на проектную мощность 20 МВт. В настоящее время реактор эксплуатируется на номинальной мощности 15 МВт.

Активная зона ИЯР ИВВ-2М состоит из тепловыделяющих сборок типа ИВВ-2М, экспериментальных устройств и окружена бериллиевым отражателем. Компоновка активной зоны выбирается в соответствии с конкретной задачей на кампанию на основе типовых или вновь разработанных картограмм.

Активная зона и боковой отражатель реактора расположены в бассейне, заполненном химически обессоленной водой, который окружен массивом бетона, выполняющим роль биологической защиты. Вода в бассейне является одновременно теплоносителем активной зоны, замедлителем, торцевым отражателем и биологической защитой в верхнем направлении.

Активная зона и боковой отражатель заключены в алюминиевый корпус (обечайку) и размещаются на опорной решетке, которая содержит ячейки (посадочные гнезда) для установки тепловыделяющих и блоков отражателя. Шаг решетки – треугольный и равен 64 мм. Полное число ячеек в опорной решетке под ТВС и блоки отражателя – 186. Количество тепловыделяющих сборок в рабочей загрузке активной зоны может изменяться от 30 до 42.

Конструктивные решения реактора и блочная структура активной зоны и отражателя, однотипность и взаимозаменяемость элементов активной зоны обеспечивают реактору физико-конструктивную гибкость, что позволяет создавать различные компоновки активной зоны, изменять количество секций, их размеры и размещение в опорной решетке, а также изменять размеры экспериментальных устройств и их нейтронно-физиче- ские и теплотехнические характеристики.

Основные технические и физические характеристики реактора ИВВ-2М приведены в таблице 4.13.

Компоновка активной зоны на момент проведения измерений соответствовала картограмме № 706 от 26.03.2010, представленной на рисунке 4.12.

Облучение подготовленных образцов проводилось в канале АЛ-1. Канал АК-1 представляет собой «сухой» канал, изготовленный из алюминиевой трубы диаметром 52 мм с толщиной стенки 2 мм. «Сухой» канала АК-1 установлен на пробку активной зоны и его донышко находится на уровне 330 мм выше низа активной зоны. Защита от прямого

178

воздействия гамма излучения активной зоны реактора на персонал обеспечивается заданной кривизной канала. Для исключения случайного попадания в канал посторонних предметов канал имеет пробку. Канал АК-1 крепится к площадке СУЗ специальным кронштейном. Схема расположения «сухого» канала АК – 1 в опорной решетке активной зоны реактора ИВВ-2М представлена на рисунке 2.7.

Таблица 4.13 – Основные характеристики реактора ИВВ-2М

Плотность потока нейтронов определена нейтронно-активационным методом с использованием следующих аттестованных детекторов:

·Co и Au-детекторы – для измерения плотности потока тепловых (Е < 0,625эВ) нейтронов;

·In-детекторы – для измерения плотности потока быстрых (E > 1,15МэВ) нейтронов. Результаты измерения плотности потока тепловых (Е < 0,625эВ) нейтронов в «су-

хом» канале АК-1 представлены в таблице 4.14.

179

Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/