Способ определения характеристик аэрозолей Советский патент 1991 года по МПК G01T1/167 

(21)4732760/25 (22)22.08.89 (46)23.04.91. Бюл. № 15 (72) П. П. Полуэктов, Г. В. Надьярных, В. Г. Шатунов, А. Н. Семыкин, В. А. Маслян- кин и Г. Ю. Коломейцев (53)621.387.424(088.8)

(56) Муравьева С. И., Казнина Н. И., Прохорова Е. К, Справочник по контролю вредных веществ в воздухе. - М.: Химия, 1988, с. 28. Патент США ISfe 4277682, кл. G 01 Т 1/18, 1981.

Бадяее В. В. и др. Изучение дисперсного состава аэрозолей в выбросах АЭС с РБМК.- В сб.: Радиационная безопасность и защита АЭС / Под ред. Ю А Егорова - М.: Энергоиздат, 1985, № 9, с. 282.

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК АЭРОЗОЛЕЙ

(57) Изобретение относится к методам контроля дисперсного состава и свойств аэрозолей и может быть использовано для оперативного определения дисперсности и радиоактивности аэрозолей при проведении аварийно-восстановительных работ в зоне радиоактивного загрязнения. Целью изобретения является определение радиоактивной и неактивной составляющих фракций аэрозолей. Для этого измеряют размер и электрический заряд каждой аэрозольной частицы, а также концентрацию ионов в отбираемом газе По результатам измерений и по зависимости индуцированного на аэрозольной частице электрического заряда от типа радиоактивного распада определяют уровень радиоактивности для каждой частицы 1 ил

Изобретение относится к методам контроля дисперсного состава и свойств аэрозолей и может быть использовано для оперативного определения дисперсности и радиоактивности аэрозолей при проведении аварийно-восстановительных работ в зоне радиоактивного загрязнения.

Цель изобретения - получение дополнительной информации об уровнях радиоактивности отдельных аэрозольных частиц и, следовательно, в определении радиоактивной и реактивной составляющих фракций аэрозолей.

Измеряют заряд и размер каждой аэрозольной частицы и концентрацию ионов в отбираемом газе, а радиоактивную составляющую фракции аэрозолей определяют по соотношению

А К g п.

где А - радиоактивность аэрозольной частицы;

q - заряд частицы;

п - концентрация отрицательных ионов в газе;

К - коэффициент, зависящий от размера частицы и типа;радиоактивного распада.

Предлагаемый способ основывается на том. что при радиоактивных распадах в веществе аэрозолей происходит выбивание электронов из поверхностного слоя частиц. Вследствие этого процесса на радиоактивных аэрозольных частицах накапливается

О 4 Јь О СП СЛ

положительный заряд, величина которого зависит от уровня радиоактивности аэрозольной частицы и типа радиоактивного распада в веществе частицы.1 С другой стороны, вследствие большей величины коэффициента диффузии отрицательных ионов в газе происходит накопление на аэрозольных частицах отрицательного заряда. Поэтому в случае радиоактивных аэрозолей необходимо учитывать оба процесса, т. е. процесс зарядки аэрозолей за счет радиоактивных распадов и процесс их диффузионной разрядки. Поток зарядов, вылетающих из частицы вследствие радиоактивных распадов, компенсируется ионным потоком из окружающей среды, вследствие чего достигается стабилизация положительного заряда радиоактивной аэрозольной частицы. Заряд частицы линейно увеличивается с активностью на аэрозольной частице; с другой стороны, наблюдается обратно пропорциональная зависимость заряда от концентрации отрицательных ионов в атмосфере. Поскольку количество электронов, эмиссируемых частицей при каждом распаде, зависит от размера частицы, имеет место слабая зависимость заряда радиоактивной частицы от ее размера. Концентрация ионов в окружающем газе формируется в результате ионизации газа под действием излучения радиоактивных аэрозолей, внешнего ионизирующего излучения (например, излучения загрязненного грунта), а также стоком ионов на аэрозоли и близлежащие поверхности; поскольку активность (А) аэрозольной частицы пропорциональна концентрации ионов, последняя подлежит измерению согласно данному способу.

На чертеже представлена блок-схема устройства для осуществления способа.

Устройство содержит измеритель 1 зарядов частиц, измеритель 2 размеров частиц, измеритель 3 концентрации ионов в газе, блок 4 синхронизации, блок 5 обработки информации 5 и устройство пробоотбо- ра, включающее побудитель б расхода газа и пробоотборный канал 7.

Устройство работает следующим образом.

Проба газа, содержащего анализируемые аэрозоли, с помощью побудителя 6 расхода газа через пробоотборный канал 7 последовательно подается на измерители заряда 1 и размера 2 частиц. Сигналы от измерителей 1 и 2 поступают в блок 4 синх- рон изации, в котором производится задержка сигнала от измерителя 1 зарядов частиц на время, равное времени пролета частицами расстояния между двумя измерителями.

С выхода блока 4 синхронизации сигнал, содержащий информацию о размере и заряде каждой аэрозольной частицы, подается на вход блока 5 обработки информации, где

по этим данным с учетом величины сигнала от измерителя концентрации ионов в газе 3 рассчитывается уровень радиоактивности частиц.

Форма выполнения измерителя 2 раэ0 меров частиц может быть различной, например могут использоваться оптические датчики различного типа. Основное ограничение на конструкции измерителей накладывает условие их совместимости по

5 скорости прокачки пробы и быстродействию. Пробоотборный тракт между измерителями 1 и 2 должен быть по возможности минимальной длины и не должен вносить изменений в дисперсный состав аэрозолей

0 в пробе.

Пример. Способ был реализован в устройстве, содержащем индукционный измеритель 1 зарядов частиц с кольцевым датчиком толщиной 0,5 мм, диаметр пробо5 отборного канала в датчике 1 мм. Сигналы с датчика усиливались с помощью электрометрического усилителя и подавались на аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Минимальная регистрируемая величина за0 ряда составляла 150 элементарных зарядов. Измеритель 2 размеров частиц был выполнен на основе известной схемы оптического счетчика частиц. Датчик представлял собой резонатор Не-Ые лазера (выходная

5 мощность 2 мВт), через который прокачивали пробу газа, выходящую из измерителя 1 зарядов частиц 1. Свет, рассеянный частицами в область малых углов ( 5°) относительно оптической оси лазера, с помощью

0 линзы фокусировалса на фотоприемник (ФЭУ). Сигналы с фотоприемника обрабатывались с помощью логарифмирующего усилителя и подавались на АЦП. Измеритель обеспечивал регистрацию частиц в интерва5 ле размеров 0.3-10 мкм (по диаметру) при максимальной концентрации аэрозолей не более 10б частиц/л. При больших концентрациях аэрозолей работа датчика обеспечивается предварительным калиброванным

0 разбавлением пробы.

Датчик измерителя зарядов частиц устанавливался на минимально возможном расстоянии от измерительного обьема измерителя размеров частиц (5 мм).

5 Цифровые сигналы от обоих АЦП, соответствующие максимальным уровням сигналов детекторов, подавали на блок синхронизации, представляющий собой буферное запоминающее устройство, обеспечивающее задержку сигнала от измерителя

зарядов частиц на время 0,5 мс, соответствующее времени пролета частиц расстояния между датчиками. Выдача полного цифрового кода из блока синхронизации в блок обработки сигналов, в качестве которого использовали микроЭВМ ДВК-3, производилась в момент поступления данных от измерителя размера частиц.

Измеритель концентрации ионов в газе был выполнен на основе ионизационной камеры. Часть отбираемого газа пропускали через аэрозольный фильтр (чтобы исключить влияние радиоактивности частиц на показания измерителя) и подавали в ионизационную камеру. Токовый сигнал от каме- ры усиливали электрометрическим усилителем и подавали на АЦП. Цифровой код с АЦП, соответствующий концентрации ионов в газе, периодически считывался в блок обработки информации(1 раз в5-10с).

Коэффициент К определялся с помощью калибровки устройства на аэрозолях, содержащих известные количества ft и у -актив- ных изотопов (использовали солевые

131

радиоактивные аэрозоли, содержащие J или S). Радиоактивность частиц контролировали после их фракционирования в им- пакторе авторадиографическим методом. Работоспособность устройства проверяли на сериях аэрозольных проб, содержащих частицы с различным уровнем радиоактивности. Результаты, полученные по предлагаемому способу, проверяли независимыми методами - путем измерения суммарной радиоактивности отдельных фракций аэрозолей и авторадиографически. Эксперименты показали хорошее совпадение результатов, полученных различными методами, в случаях, когда имело место неравномерное распределение радиоактивности по частицам (т. е. когда в пробе аэрозолей содержалось относительно малое число частиц с высоким уровнем радиоактивности). В случае равномерного распределения радиоактивности по частицам и малой удельной активности частиц предлагаемый способ давал заниженные результаты.

Это связано с тем, что минимальный измеряемый уровень радиоактивности в

данном варианте устройства составлял Бк/частицу. Поэтому частицы, имевшие меньшие уровни радиоактивности, не учитывались в результатах, полученных по предлагаемому способу. Однако указанный предел может быть понижен за счет повышения чувствительности измерителей заряда и размера частиц.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет экспрессно(время обработки сигнала от одной частицы 10 мс, полное время получения информации о дисперсном составе и радиоактивности частиц определяется концентрацией аэрозолей и составляет в среднем 0,5-10 мин) определять уровень радиоактивности аэрозолей. Поскольку при этом для каждой частицы имеется информация о ее размере, то можно рассчитать удельные активности частиц в различных размерных диапазонах, определить долю радиоактивных частиц среди общего количества аэрозолей и т. п. Способ может быть использован для оперативного контроля радиоактивного загрязнения воздуха при проведении аварийно-восстановительных работ, при радиационной разведке местности, для оценки количества и формы поступления радиоактивных веществ в легкие персонала,

занятого в работах и т. д.

Формула изобретения Способ определения характеристик аэрозолей, включающий отбор пробы газа и измерение радиоактивности аэрозолей в пробе, отличающийся тем, что, с целью определения радиоактивной и неактивной составляющих фракций аэрозолей, измеряют заряд и размер каждой аэрозольной ча- стицы, концентрацию ионов в отбираемом газе, а радиоактивную составляющую А фракции аэрозолей определяют по соотношению

А К q п, где q - заряд частицы;

п - концентрация отрицательных ионов в газе;

К - коэффициент, зависящий от размера частицы и типа распада.

Проба цэрозоля