3 курс / Гигиена / Физико_химические_характеристики_промышленных_альфа_излучающих_аэрозолей

В данном случае имеется возможность оценить эффективность улавливания аэрозолей всех фракций материалом СИЗОД, который используется на предприятиях Росатома РФ. По данной схеме было отобрано 3 пробы.

Четвертая схема отбора проб представлена на рисунке 4.28. В соответствии с четвертой схемой отбираемый воздух после разбавления направляется непосредственно в диффузионную батарею. При этом в соответствии с теорией фильтрации крупные частицы практически не улавливаются сетками диффузионной батареи и улавливаются оконечным фильтром.

4.3.2. Измерение активности 241Am частиц, уловленных диффузионной батареей

Результаты измерения активности частиц, уловленных сетками диффузионной батареи и оконечным фильтром в сравнении с данными, полученными при отборе проб по первой схеме, при достаточной статистике измерений позволят провести оценку вклада в активность наночастиц на сетках частиц микронного размера. По данной схеме было отобрано 3 пробы. После отбора проб был проведен гамма-спектрометрический анализ активности 241Am, присутствовавшего в частицах уловленных сетками диффузионной батареи и фильтрами. Результаты указанных измерений приведены в таблице 4.24. Кроме измерений активности 241Am на сетках диффузионной батареи были проведены измерения активности данного нуклида в пробах импактора, которые были получены в ходе отбора 11-й, 12-й и 13-й проб по первой схеме. Результаты этих измерений представлены в таблице 4.25. В качестве замечаний к полученным результатам измерения активности нуклидов на каскадах импактора и диффузионной батареи промышленных альфа-излучающих аэрозолей необходимо подчеркнуть следующие обстоятельства – при отборе проб аэрозолей из воздуха рабочих помещений завода РТ ремонтных операций не проводилось. Нештатных ситуаций, связанных с разгерметизацией основного оборудования и поступлением в помещения значительного количества альфа-излучаю- щих аэрозолей также не было зарегистрировано.

210

Отбираемый воздух Смеситель

Фильтр

очистки

воздуха

Рисунок 4.28 – Четвертая схема отбора аэрозолей и наночастиц

Таблица 4.24 – Распределение активности 241Am (Бк) в пробах диффузионной батареи

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

212

4.3.3. Анализ результатов измерений активности 241Am в отобранных пробах

Суммарная активность 241Am частиц, уловленных сетками и фильтром диффузионной батареи, характеризуется большим (в пределах трех порядков величины) разбросом. Так, рассматриваемый показатель в пробе № 12 составил 1,3 Бк, в то время как суммарная активность пробы № 1 составила ≈ 1500 Бк. Значительный разброс является следствием изменений объемной активности анализируемого воздуха в связи с выполнением тех или иных технологических операций.

Распределение активности 241Am по улавливающим элементам диффузионной батареи от пробы к пробе характеризовался значительной вариабельностью. Об этом свидетельствует распределение относительной активности 241Am в пробах № 6 и № 10. Указанное распределение приведено на рисунке 4.29.

Несмотря на указанную неравномерность распределения активности 241Am наблюдается общая закономерность в рассматриваемом показателе. Она заключается в следующем. Для большинства проб на первой сетке и оконечном фильтре регистрировались сравнительно большие значения активности 241Am. В то же время значения данного показателя на промежуточных сетках оказался сравнительно низок. Графическая иллюстрация сказанного приведена на рисунке 4.30, где изображено относительное (в долях от суммарной активности) распределение активности 241Am на сетках трех типов (с размером ячеек 0,2, 0,08 и 0,04 мм).

Рисунок 4.29 – Распределение относительной активности по улавливающим элементам диффузионной батареи (восьмой улавливающий элемент – оконечный фильтр)

213

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

Рисунок 4.30 – Распределение активности 241Am по улавливающим элементам, включая оконечный фильтр (№ 8)

Приведенное на рисунке 4.30 распределение относительное активности 241Am было получено путем усреднения результатов измерений для каждого случая (ячейки 0,2, 0,08 и 0,04 мм). Пробы отбирались по первой схеме, когда отбираемы воздух в начале проходил через импактор, в результате чего крупнодисперсная фракция аэрозоля не попадала в диффузионную батарею и на вход в диффузионную батарею поступали частицы, АМАД которых не превышал 0,7 мкм.

Значительный интерес представляет анализ результатов измерения активности 241Am на улавливающих элементах диффузионной батареи, когда пробы воздуха отбирались по второй схеме. В этом случае проба воздуха направлялась непосредственно в диффузионную батарею без предварительной очистки с помощью импактора или фильтрующего материала. Относительное распределение активности 241Am, по улавливающим элементам диффузионной батареи, включая оконечный фильтр, представлено на рисунке 4.31.

214

1.0

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0.0

Сетка 0,2 мм

1.0

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0.0

Сетка 0,08 мм

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0.0

Сетка 0,04 мм

Рисунок 4.31 – Относительное распределение активности 241Am частиц

на улавливающих элементах диффузионной батареи при отборе проб по второй схеме

215

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

Прежде, чем перейти к анализу данных, приведенных на рисунке 4.31, необходимо сделать ряд замечаний, необходимых для дальнейшего анализа. Суммарная активность 241Am частиц, отобранных в ходе данного эксперимента, значительно не различалась и составила 847 Бк, 178 Бк и 786 Бк для сеток с размерами ячеек 0,2 мм, 0,08 мм и 0,04 мм соответственно. Учитывая это обстоятельство можно предполагать, что состояние технологического оборудования в период отбора проб существенно не различалось. Следовательно, и спектр размеров аэрозольных частиц не мог различаться кардинально. То есть в диффузионную батарею поступала смесь частиц различных размеров. Дополнительно необходимо отметить следующее обстоятельство. Отбирался воздух до газоочистки. Значит, среди аэрозольных частиц должны были превалировать частицы сравнительно больших размеров.

Из рисунка 4.31 следует, что в случае использования для отбора проб сетки с размером ячейки 0,2 мм 93% активности 241Am было обнаружено на оконечном фильтре. Суммарная активность частиц, уловленных сетками, составила 7%. В случае, когда для отбора проб использовались сетки, размер ячеек которых составлял 0,08 мм и 0,04 мм, на первой по ходу отбираемого воздуха сетке была обнаружена большая активность 241Am. Для случая отбора на сетки с ячейками 0,08 мм относительная активность составила 89%. Для сеток с размером ячеек 0,04 мм этот показатель составил 74%. Активность частиц, уловленных оконечным фильтром, равнялась 9,5% и 24% для сеток с размером ячеек 0,08 мм и 0,04 мм соответственно. Во всех трех отборах активность 241Am частиц на промежуточных сетка была чрезвычайно мала.

В рамках теории фильтрации, разработанной для сетчатых диффузионных батарей, считается, что крупные частицы размером более 1 мкм улавливаются сетками с очень низкой эффективностью. Иначе говоря, крупные частицы без особого труда могут преодолевать сетки и улавливаться оконечным фильтром. Если теория фильтрации верна, то для условий рассматриваемого отбора проб на оконечном фильтре следует ожидать значительную относительную активность. Как указывалось выше, такая картина распределения наблюдалась только в первом случае (сетки 0,2 мм). Во втором и третьем случаях наблюдалась прямо противоположная картина. Для объяснения полученного результата можно выдвинуть несколько предположений: изменение спектра размеров частиц, попадание в диффузионную батарею крупной высоко активной частицы и т. п.

Трудно себе представить, что за время, прошедшее между первым и вторым отборами проб (1 сутки) произошло столь катастрофическое изменение спектра размеров частиц, так что через 24 часа активность наночастиц в общей смеси возросла с 1% до 89%.

216

Наблюдаемую картину распределения относительной активности можно попытаться объяснить поступлением в диффузионную батарею крупных частиц, активность которых существенно выше суммарной активности наночастиц. Однако в этом случае при первом отборе проб на фоне большого числа наночастиц в диффузионную батарею должна попасть одна единственная частица, которая успешно преодолела все сетки диффузионной батареи, и задержаться на оконечном фильтре, обеспечивая его относительную активность на уровне 93% суммарной активности пробы. Одновременно с этим во втором отборе в диффузионную батарею должно поступить ровно две крупные микронные частицы. При этом первая большая по размерам должна быть уловлена первой сеткой, а вторая, преодолев все семь сеток, должна быть, уловлена оконечным фильтром. В третьем отборе проб должна наблюдаться та же самая картина с двумя крупными частицами. Очевидно, что описанная выше ситуация является также маловероятной, как и катастрофическое изменение спектра размеров отбираемых аэрозолей.

Столь противоречивая картина распределения относительной активности 241Am по улавливающим элементам диффузионной батареи в случае применения сеток с различными размерами ячеек может быть дано следующее разумное объяснение. Теория фильтрации частиц через сетки диффузионной батареи является работоспособной для сеток с размером ячеек около 0,2 мм. В случае фильтрации частиц через мелкие сетки теория фильтрации неверно описывает процесс улавливания крупных частиц. Таким образом, для исследования свойств наночастиц и, в частности, их размеров мелкие сетки не применимы.

Сравнение результатов измерений суммарной активности 241Am частиц, уловленных импактором и диффузионной батареей, показывает, что на долю частиц, уловленных диффузионной батареей (АМАД < 0,7 мкм) приходится 29% от суммарной активности, частиц, уловленных двумя устройствами.

Анализ измерений удельной активности 241Am на улавливающих элементах второй и третьей схем отбора проб показывает, что фильтры типа АФА-РСП-20 и фильтрующий материал СИЗОД «Лепесток-200» высокоэффективно улавливают как аэрозоли микронных размеров, так и наночастицы. Проскок аэрозолей через один слой фильтра типа АФА- РСП-20 варьировал в пределах от 0,026% до 0,3%. В случае применения фильтрующего материала СИЗОД «Лепесток-200» значение этого параметра менялось от 0,05% до 0,06%.

217

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

Заключение

В ходе исследования процессов образования нанометровой фракции промышленных альфа-излучающих аэрозолей разработан метод переноса наночастиц с поверхности сеток диффузионной батареи на поверхность трекового детектора. В качестве рабочей жидкости испытывались дистиллированная вода и этиловый спирт. Процесс перехода частиц в рабочую жидкость стимулировали подачей разности потенциалов разной полярности на металлическую сетку и электрод. Было показано, что при подаче на сетку отрицательного потенциала лишь единицы процентов частиц покидают поверхность сетки. Напротив подача на сетку положительного потенциала стимулировала процесс перехода частиц в рабочую жидкость. Тем не менее, полного переноса частиц в рабочую жидкость достичь не удалось. После нанесения на трековые детекторы ОРР плутония они были подвергнуты облучению в поле нейтронов. Статистическая обработка визуализированных треков показала, что МДА для кварцевого стекла составила 20 мкБк, в случае обычного стекла – 50 мБк, из чего был сделан вывод о том, что для исследований свойств наночастиц приемлемым трековым детектором является кварцевое стекло. В ходе исследований по совершенствованию метода отбора проб наночастиц была разработана теория межкаскадного переноса наночастиц, а также проведены исследования по снижению межкаскадного переноса. Показано, что нанесение на сетки диффузионной батареи тонкого слоя глицерина межкаскадный перенос наночастиц снижается.

При выполнении исследований активности нанометровой фракции промышленных альфа-излучающих аэрозолей воздуха рабочих помещений с помощью диффузионной батареи было отобрано 22 пробы. Каждый улавливающий элемент диффузионной батареи был подвергнут гамма-спектрометрическому анализу для определения активности 241Am, присутствующего в наночастицах. Сравнительный анализ распределения активности 241Am по улавливающим элементам диффузионной батареи выявил существенные различия в суммарной активности от пробы к пробе, которая достигала трех порядков величины (от 1,3 Бк до 1500 Бк). Анализ распределения относительной активности 241Am по улавливающим элементам продемонстрировал значительную неравномерность. В большинстве случаев основная активность частиц регистрировалась на первой сетке батареи и на оконечном фильтре. Сравнение результатов измерений суммарной активности 241Am частиц, уловленных импактором и диффузионной батареей, показывает, что на долю частиц, уловленных диффузионной батареей (АМАД < 0,7 мкм) приходится 29% от суммарной активности, частиц, уловленных двумя устройствами. Сравнительный анализ относительного

218

распределения 241Am по улавливающим элементам диффузионной батареи в условиях использования сеток, имеющих различные значения ячеек, дал основание усомниться в работоспособности теории фильтрации для сеток с размером ячеек 0,08 мм и 0,04 мм. Таким образом, для исследований размеров наночастиц предложено использовать сетки с размером ячеек 0,2 мм.

Анализ измерений удельной активности 241Am на улавливающих элементах второй и третьей схем отбора проб показывает, что фильтры типа АФА-РСП-20 и фильтрующий материал СИЗОД «Лепесток-200» высокоэффективно улавливают как аэрозоли микронных размеров, так и наночастицы. Проскок аэрозолей через один слой фильтра типа АФА-РСП-20 варьировал в пределах от 0,026% до 0,3%. В случае применения фильтрующего материала СИЗОД «Лепесток-200» значение этого параметра менялось от 0,05% до 0,06%.

219

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