Способ криогенного концентрирования радона Российский патент 2018 года по МПК G21G4/10 

Изобретение относится к способам получения радона и может быть использовано в технологических целях и медицине.

Известны способ и устройство для получения водного концентрата радона, содержащее твердый источник радиоактивного излучения, размещенный в закрытой емкости (см. RU №1568782, МПК G21G 4/10, опубл. 10.01.95). В данном устройстве с целью повышения радиационной безопасности в качестве материала-носителя используют легкоплавкие эвтектические смеси солей щелочных или щелочноземельных металлов. Накопление радона производят в твердой фазе материала-носителя, выделение - при нагревании материала-носителя на 130-180°С выше температуры плавления, удаляют радон из металлического контейнера после затвердевания материала-носителя в бак с водой. Для получения водного концентрата радона с помощью насоса вода забирается из нижней части бака и распыляется в его верхней части, одновременно закручивая воду в баке для лучшего перемешивания.

Известные способ и устройство являются сложными как в части технического решения устройства по приготовлению радона, так и по способу приготовления водного концентрата радона.

Известны способ получения радоносодержащего концентрата и устройство для его осуществления (см. RU №2435564, МПК A61J 3/04, A61K 9/06, A61K 9/02, A61K 51/12, опубл. 10.12.2011), в основу которых заложена задача получения масляного радоносодержащего концентрата путем использования источника радона и контактирования масла или жира с радоносодержащим веществом, а в качестве радоносодержащего вещества при этом используют чистый радон или радон с газом-носителем и контакт радона или радоносодержащего газа с маслом или жиром осуществляют в течение времени, необходимого для насыщения, но не менее 20 минут, при этом объем газа-носителя остается постоянным.

При этом общеизвестны недостатки подобных способов получения концентратов радона в масле (жире), такие как образование трудноразделяемых водомасляных (водожировых) эмульсий, что сильно ограничивает номенклатуру применяемых масел (жиров) и влечет за собой ухудшение санитарно-защитной обстановки радоновых лабораторий, создает возможность дополнительного облучения персонала. Кроме того, необходимость применения специального дополнительного оборудования (мешалки, делительной воронки и т.д.) неизбежно повышает трудозатраты, что не может способствовать широкому использованию технического решения.

Способ для получения радона (см. RU №2482559, МПК G21G 4/10, опубл. 27.09.2012), основанный на использовании установки, содержащей контейнер в форме стакана со съемной крышкой, являющийся полостью для материала-накопителя радона, снабженный отверстиями, клапанами, вентилями, нагревателем и фильтром, а также соединенные между собой воздуховодами ловушки для сбора подпочвенного воздуха, выполненные в виде емкостей, установленных вверх дном на глубине 1,0-1,5 м относительно поверхности земли, устройство для осушки подпочвенного воздуха, насос, в целом характеризуется сложностью конструкции установки и малоэффективностью способа для получения радона, обусловленной ограниченностью его использования – только в местах сбора подпочвенного воздуха с природным радоном.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение эффективности получения концентрированного радона в стационарных условиях.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в упрощении способа получения концентрированного радона с эманацией при использовании стандартного оборудования, позволяющего проводить процедуры в лабораторных условиях, например непосредственно в лечебных учреждениях.

Для решения поставленной задачи способ криогенного концентрирования радона путем использования твердого радиоактивного эманирующего источника, например урановой руды, и охлаждения выделяемого газообразного радона до отрицательных температур в установке для криогенного концентрирования радона, содержащей теплоизолированную емкость с заливным патрубком, например сосуд (термос) Дьюара, закрываемого теплоизолированной крышкой, причем в заливном патрубке установлен съемный сетчатый контейнер для руды, а емкость заполняется жидким азотом, емкость внутри может быть дополнительно снабжена нагревательным элементом с термодатчиками с внешним пультом управления, включает подготовку радиоактивного источника путем выборки минералов мощностью дозы порядка 280-320 мкР/ч и их измельчения до фракции размерами частиц 1,5-2,0 см, заполнение емкости жидким азотом до верхнего уровня при последующей установке сетчатого контейнера с навеской руды в патрубке емкости и охлаждение выделяемого газообразного радона до отрицательных температур, соответствующей температуре точки кипения жидкого азота, с получением твердого радона на дне емкости и концентрированного газообразного радона при полном испарении жидкого азота в емкости, после чего измеряют концентрацию получаемого радона и выполняют предусмотренные программой криогенного концентрирования перенос в хранилище и использование по назначению. Кроме того, используют внутреннее нагревательное устройство для ускорения процесса испарения жидкого азота.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».

Совокупность признаков обеспечивает решение заявленной технической задачи, а именно повышение эффективности получения концентрированного радона в стационарных условиях при использовании относительно простого и надежного по конструкции устройства для концентрирования радона.

Признак «выборки минералов мощностью дозы порядка 280-320 мкР/ч» объясняется легкодоступностью камней с подобной активностью и достаточностью скорости эманирования радона из камней данной радиоактивной мощности.

Сущность работы устройства основана на превращении газообразного радона в жидкость и охлаждении газообразного радона в сосуде с жидким азотом.

Известно, что жидкий азот имеет точку кипения (-195,75)ºС, а газообразный радон превращается в жидкость при (-62)ºС, а при (-70)ºС переходит в твердое состояние. Таким образом, низкая температура жидкого азота существенно превышает температуру сжижения и отвердевания радона. Следовательно, если поместить радиоактивный эманирующий источник, например куски урановой руды в виде кусков метасоматита с прожилками браннерита, в теплоизолированную емкость, например термос или сосуд Дьюара, в который налит жидкий азот, то радон будет накапливаться на дне емкости в твердом состоянии. По мере испарения жидкого азота внутри емкости будет концентрирован газообразный радон.

Экспериментально установлено, что при использовании в качестве емкости концентратора радона термоса объемом в 2 л, в течение двух суток после помещения руды в сосуд с жидким азотом, закрытый теплоизолированной крышкой, азот испаряется полностью, а концентрация радона внутри термоса составляет в среднем 12324±1848 Бк/м³. А при использовании 40-литрового сосуда жидкий азот испаряется за 14 суток без использования функции ускорения нагревом.

Для измерений используется прибор радиометр радона, например, типа РРА-01М-03, а определение уровня жидкого азота в процессе испарения проводится известными способами (измерительный щуп и др.).

Условия концентрирования радона в емкости не требуют поддержания стабильной температуры жидкого азота, поскольку радон превращается в жидкость при (-62)ºС. В целях ускорения испарения жидкого азота устройство внутри емкости дополнительно содержит маломощный нагревательный элемент, например, на основе вольфрамовой проволоки.

Заявленное техническое решение иллюстрируется чертежами, где на фигуре 1 схематично показано устройство криогенного концентратора радона, фигуре 2 – схема измерения содержания радона с помощью радиометра.

Установка представляет собой теплоизолированную емкость 1, например, по аналогии с сосудом (термосом) Дьюара - двойной теплоизолированной стенкой, с широким заливным патрубком (горловиной) 2, закрываемую теплоизолированной крышкой 3. Во внутренней стенке емкости 1 установлен нагревательный элемент 6 с термодатчиками, подключаемый к электросети. При этом крышка 3 изготовлена из радонопроницаемого материала и может иметь дополнительные отверстия для свободного испарения жидкого азота. В патрубок 2 в подвешенном состоянии устанавливается съемный сетчатый контейнер 4, например металлический, предназначенный для размещения радиоактивного эманирующего источника 5 (см. фигуру 1).

Способ криогенного концентрирования радона с использованием заявленного устройства, которое позволяет охлаждать эманирующий газообразный радон отрицательными температурами, характерными для жидкого азота, осуществляется следующим образом.

На начальном этапе подбираются куски радиоактивного источника (например, минерала метасоматит с прожилками браннерита) мощностью дозы в среднем 300 мкР/ч, которая определяется посредством измерения мощности экспозиционной дозы дозиметром, например, типа ДРГ-01-Т.

Отобранная руда источника измельчается до фракции размерами частиц около 1,5-2,0 см, далее готовая навеска руды 5 размещается в сетчатый контейнер 4 устройства. При этом экспериментально установлено, что оптимальный вес руды, например, для емкости с объемом 40 л составляет около 2 кг.

Теплоизолированная емкость 1 наполняется жидким азотом, после чего с некоторой осторожностью в заливной патрубок 2 устанавливается сетчатый контейнер 4 с рудой 5.

Контейнер 4 представляет собой сетчатый цилиндр с диаметром, немного меньшим внутреннего диаметра заливного патрубка 2, что позволяет контейнер 4 свободно устанавливать и извлекать из него, и с широким краем (фланцем) в верхней части, за которое подвешивается в патрубке 2.

После загрузки контейнера 4 через патрубок 2 емкость 1 закрывается крышкой 3. При этом не исключается непосредственный контакт жидкого азота с рудой 5 в контейнере 4.

Таким образом, начинается процесс криогенного концентрирования радона из эманирующего источника. Эффект концентрирования радона основан на использовании механизма сжижения радона при температуре (-62)ºС, при этом радон скапливается на дне емкости 1. Контроль содержания радона в концентраторе выполняется посредством измерений объемных содержаний радона при помощи радиометра радона, например, типа РРА-01М-03, Alpha GUARD.

При необходимости ускорения испарения жидкого азота (например, для емкостей большего объема) подключается маломощное нагревательное устройство 6 с термодатчиками, управляемое через внешний пульт управления 7. Обогрев производится до достижения температуры в камере до (-100)ºС. Экспериментально показано, что путем дополнительного обогрева достигается сокращение процесса испарения жидкого азота до 2 суток в емкости с объемом 40 л.

С течением времени в донной части образуется твердый радон 8 (см. фигуру 1). Т.к. в жидком состоянии измерять радон невозможно, измерения производятся после полного испарения жидкого азота. При этом используется следующая схема: частично снимается крышка 3, через образуемую щель через патрубок 2 в емкость 1 помещается трубка 9 радиометра радона, изготовленная, например, из силиконового материала, соединенная другим концом с измерительной камерой радиометра 10 для забора анализируемого воздуха. Измерения ведут в трех положениях трубки 9 внутри емкости 1: на донной (а), серединной (б) и верхней (в) частях емкости (см. фигуру 2), в которых определяют концентрацию получаемого радона.

Таким образом, экспериментально доказано, что с помощью жидкого азота и радиоактивного эманирующего источника можно сконцентрировать радон до высоких содержаний, а предлагаемое простейшее устройство позволяет выполнить предварительное концентрирование радона при температуре жидкого азота. Получаемый радон может быть перенесен известными способами в хранилище для последующего использования по назначению.

Изобретение относится к способу криогенного концентрирования радона. Способ включает охлаждение выделяемого из эманирующего радиоактивного источника газообразного радона до отрицательных температур с использованием установки, содержащей теплоизолированную емкость с заливным патрубком, закрываемой теплоизолированной крышкой, причем в заливном патрубке установлен съемный сетчатый контейнер для размещения радиоактивного источника. Далее предусмотрена подготовка радиоактивного источника путем выборки минералов мощностью дозы 280-320 мкР/ч и их измельчения до фракции размерами частиц 1,5-2,0 см, заполнение емкости жидким азотом до верхнего уровня при последующей загрузке сетчатого контейнера с навеской руды радиоактивного источника, закрываемой крышкой, и охлаждение выделяемого газообразного радона до отрицательных температур, соответствующей температуре точки кипения жидкого азота, измерение концентрации получаемого газообразного радона при полном испарении жидкого азота посредством радиометра. Техническим результатом является повышение эффективности получения радона с эманацией и возможность использования установки непосредственно в стационарных условиях, например в лечебных учреждениях. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ криогенного концентрирования радона с использованием твердого радиоактивного эманирующего источника и охлаждения выделяемого газообразного радона до отрицательных температур в установке, содержащей теплоизолированную емкость с заливным патрубком, закрываемой теплоизолированной крышкой, причем в заливном патрубке установлен съемный сетчатый контейнер для размещения радиоактивного источника, включающий подготовку радиоактивного источника путем выборки минералов мощностью дозы 280-320 мкР/ч и их измельчения до фракции размерами частиц 1,5-2,0 см, заполнение емкости жидким азотом до верхнего уровня при последующей загрузке сетчатого контейнера с навеской руды радиоактивного источника, закрываемой крышкой, и охлаждение выделяемого газообразного радона до отрицательных температур, соответствующей температуре точки кипения жидкого азота, измерение концентрации получаемого газообразного радона при полном испарении жидкого азота посредством радиометра, после чего выполняют перенос радона в хранилище для использования по назначению.

2. Способ криогенного концентрирования радона по п. 1, отличающийся тем, что используют нагревательное устройство с термодатчиками внутри емкости для ускорения процесса испарения жидкого азота.