Файл: Воробьев, А. М. Методы определения радиоактивных веществ в воздухе [практическое пособие].pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 19.10.2024
Просмотров: 67
Скачиваний: 1
стиц. При охлаждении некоторых типов атомных реак торов воздухом в результате воздействия нейтронов на примеси посторонних веществ в воздухе, а также уноса
мелких частиц конструкционных материалов реактора,
подвергшихся коррозии, образуется значительное коли чество радиоактивных аэрозолей. Помимо этого, радио
активные аэрозоли в реакторе могут образовываться в
результате нарушения герметичности оболочки тепловы деляющих элементов, а также диффузии некоторых элементов (йода, благородных газов и др.) через герме тичные оболочки.
Особенно большого выброса аэрозолей можно ожи
дать при аварийных ситуациях. Свойства и активность
«реакторных» аэрозолей зависят от очень многих факто
ров: |
температуры активной |
зоны, |
состава |
материала, |
||
скорости потока воздуха, плотности |
потока |
нейтронов, |
||||
времени нахождения в активной зоне и т. д. |
Например, |
|||||
в |
условиях |
аварийного |
разгона |
реактора, |
при |
|
быстром окислении урана и высокой температуре,
размер |
частиц аэрозолей составляет |
всего 5XIO-3— |
|||
1 X IO-2 |
мкм, а диаметр аэрозолей продуктов деления |
-г- |
|||
менее IOmkm (Smith, White, 1962). |
|
|
|||
плутония могут |
|||||
Промышленные аэрозоли урана и |
|||||
иметь различные размеры в зависимости от условия |
|
их |
|||
получения. Так, средний диаметр аэрозолей урана |
при |
||||
механической обработке слитков урана равен 3—15 мкм, при использовании процессов перегрева или окисления он несколько меньше. При окислении урана в потоке
воздуха только 5% частиц имеют диаметр меньше 5 мкм.
Размеры частиц плутониевой пыли на радиохимйче-'
ском производстве в Саванна-Ривер (США), определен ные с помощью импактора, имели следующее распреде ление (Hoy, Groley, 1957):
Диаметр, мкм |
Содержание, % |
0—1 |
11,0 |
1-5 |
52,œ |
>5 |
37,0 |
При получении металлического плутония и его меха нической обработки размер аэрозолей плутония состав лял главным образом меньше 0,3 мкм со стандартным отклонением, равным 2, что совпадало и с теоретиче
скими расчетами (Moss, 1960, и др.). При окислении плу
Э
тония образуются более крупные частицы, лишь 3% частиц имели размеры менее 3 мкм.
Под действием силы тяжести аэрозоли медленно осе дают на различные поверхности. Скорость падёния ша ровидных частиц радиусом IO-4— IO-3 см с достаточной
точностью может быть вычислена по формуле (В. Фетт,
1964):4
где V — скорость оседания аэрозолей, см/с; г — радиус шаровой частицы; g — ускорение силы тяжести; d —
удельный вес частицы; μ — коэффициент, внутреннего
тренітя, равный для воздуха 17,3 |
X IO-5 см-1 • с-1. |
В табл. 1 приведены скорости |
падения частиц сфери |
ческой формы в спокойном воздухе при нормальном дав
лении. |
При работе с |
растворимыми солями |
четырехва- |
|||||
|
|
|
|
|
|
Таблицаі |
||
Скорость |
падения |
некоторых аэрозолей, |
в ‘зависимости от |
размера |
||||
|
|
|
|
Диаметр частиц, мкм |
частиц (см/с) |
|||
Аэрозоль |
0,1 |
|
20 |
|||||
I |
|
5 |
ю |
|||||
Органические про |
ДО 3,5× 10~4 |
l,9×10~2 |
4,5×10~1 |
2 |
8 |
|||
дукты |
|
|||||||
Двуокись урана |
2,4χl0^^^3 l,9χlθ-1 |
3,5 |
12 |
50' |
||||
Двуокись плутония |
2,Ox ІО“3 |
l,l×10~1 |
2,5 |
10 |
40 |
|||
лентного урана |
|
I |
|
|
плутония |
в |
случае |
|
и трехвалентного» |
||||||||
попадания в воздушную среду в |
мелкодисперсном со |
|||||||
стоянии происходит |
их быстрое |
окисление |
до |
более |
||||
устойчивых соединений шестивалентного урана и четы рехвалентного плутония. Образующиеся при взрыве атомного оружия в виде окиси изотопы стронция в атмо сфере на большой высоте или над водой превращаются
E карбонат стронция, а при взрыве на поверхности зем ли — в силикат стронция.
Растворимость аэрозолей может колебаться в широ
ких пределах в зависимости от типа химического соеди
нения. Так, растворимость глобальных выпадений в во
де колеблется от 1 до 50% (по активности), составляя в большинстве случаев 1—2%. От физико-химических
свойств аэрозолей зависит методика их последующего
определения с применением прокаливания, растворения,
сплавления и т. д.
Реальная скорость падения аэрозолей в значительной степени определяется турбулентным движением воздуха в помещении под действием вентиляции или скоростью
ветра в атмосфере (Eisenbud, Harley, 1953).
Химическая активность веществ в мелкодисперсном состоянии вследствие огромной удельной поверхности значительно выше, чем в компактном состоянии. Они
быстрее вступают в различные химические реакции, бы стрее растворяются и т. д. Например, при работе с ме
таллическим плутонием в воздухе будет находиться не аэрозоль металла, а гидратированная мелкодисперсная
пыль двуокиси плутония:
Pu + O2, XH2O (воздух) —> PuO2 ∙ XH2O
Вследствие незначительного содержания радиоактив ных аэрозолей в воздухе их измерение возможно только после предварительного концентрирования. Улавливание и концентрирование аэрозолей основаны на методах фильтрации, инерционного и электростатического осаж
дения. Фильтрационные методы наиболее просты и на
дежны, позволяют отбирать пробы из большого объема воздуха. Импакторы, работающие на принципе инерци онного осаждения, плохо улавливают мелкодисперсные
аэрозоли. Электропреципитаторы позволяют отбирать аэрозоли из большого объема воздуха, но часто обла дают недостаточной эффективностью и сложны в исполь
зовании. i
Разработаны приборы для автоматического определе ния радиоактивных аэрозолей в воздухе. Они осуществ ляют непрерывный отбор и регистрацию активности
аэрозолей. Принцип работы почти всех приборов заклюй
чается в осаждении аэрозолей на ленту из фильтрующе
го і материала, которая медленно передвигается под де
тектором излучения. Обычно измеряется активность в
момент отбора пробы. Задавая определенную скорость
передвижения ленты и расположив детектор на некото ром расстоянии от места осаждения аэрозолей на ленте,
можно измерить активность с задержкой во времени.
Этим устраняется влияние активности естественных
I
аэрозолей. Например, при временной задержке в 3 ч
устраняется влияние дочерних продуктов распада радо на. Альфа-активность долгоживущих изотопов на фоне естественных аэрозолей может быть определена с помо щью амплитудного дискриминатора, так как разница в энергиях а-частиц составляет около 1 Мэв. Для раздель ного определения крупнодисперсных аэрозолей плутония '
предложен кольцевой импактор, позволяющий отделить
мелкодисперсные естественные аэрозоли. Использование
таких приборов дает возможность наладить оператив-
іный контроль за содержанием весьма токсичных аэрозо- 1
лей долгоживущих а-излучателей.
Дисперсность аэрозолей можно измерить грубо с
помощью каскадного импактора и более точно с помо
щью ядерных фотоэмульсий.
Радиоактивные аэрозоли представляют большую опасность для здоровья человека. Аэрозоли любой дис персности задерживаются в органах дыхания. Частицы диаметром более 5 мкм практически полностью оседают в верхних дыхательных путях. Мелкодисперсные аэрозо
ли диаметром менее 1 мкм оседают в альвеолах. Наи
большую биологическую опасность представляют части цы диаметром менее 2 мкм, которые попадают в кровь или лимфатическую систему. Более крупные аэрозоли
частично удаляются из органов дыхания.
Для защиты органов дыхания от радиоактивных
аэрозолей предложены эффективные индивидуальные средства — различные маски и респираторы, в том числе респираторы ШБ-1 «Лепесток», ШБ-2, «Астра-2», «Сне жок» и др. (С. Μ. Городинский, 1967).
I
f
ОТБОР ПРОБ ВОЗДУХА
Отбор проб воздуха необходимо производить во всех
помещениях на рабочих местах, где проводятся работы
с радиоактивными веществами, а также в тех помеще
ниях, куда последние могут быть занесены потоками воз духа, с загрязненной спецодеждой и спецобувью, с ин
струментами и т. д. При этом под рабочим местом сле дует понимать место как постоянного, так и
периодического пребывания работающего персонала с целью отбора производственных гіроб, снятия показаний
контрольно-измерительной аппаратуры, осмотра состоя-
12
•ния оборудования и проведения ремонтных работ и т. д.
Отбор проб воздуха в технологических помещениях дол
жен производиться как в зоне дыхания работающего при
выполнении отдельных производственных операций, так
и в других местах производственного помещения, нахо дящихся на разных расстояниях от прямого источника
выделения радиоактивных веществ, например в середи
не помещения, коридорах, проходах и т. д.
Особое внимание следует обращать на участки и от
дельные операции, при которых в воздушную среду mo-⅛
гут поступать наибольшие количества вредных веществ,
например на дробление, размол, просеивание материа
лов, отбор технологических проб для анализа, загрузку и выгрузку продуктов и др. При этом на рабочих местах необходимо отбирать как разовые, так и среднесменные пробы. Разовые пробы отбираются на рабочих Местах при выполнении конкретной технологической операции; при завершении этой операции отбор пробы воздуха прекращается. Среднесменные пробы отбираются непре рывно в течение всей рабочей смены.
Разовые, «пиковые» концентрации в отличие от сред
несменных позволяют быстро найти и устранить причи
ну повышенного загрязнения воздуха производственных
помещений вредными веществами, а также оценить эф
фективность проведенных мероприятий по снижению
загрязненности воздуха. Разумеется, при отборе разовых
,максимальных концентраций и оценке условий труда
следует учитывать реальное время пребывания работаю
щего персонала в этих условиях.
Среднесменные концентрации аэрозолей на рабочих
местах объективно характеризуют воздушную среду данного участка. Следует помнить, что повышенные концентрации высокотоксических веществ могут пред
ставлять серьезную опасность для здоровья работающих
даже при разовом воздействии. Поэтому полное пред
ставление об условйях радиационной безопасности на рабочих местах можно получить только при знании мак
симальных разовых и среднесменных концентраций ра диоактивных аэрозолей.
В тех производственных помещениях, где нет прямых источников выделения вредных веществ, пробы воздуха
отбираются в середине помещения. Количество конт рольных точек и место их расположения зависят от раз меров и формы помещения.