Файл: Быховский, А. В. Горячие аэрозольные частицы при техническом использовании атомной энергии.pdf

частицы возникают при переходе в аэрозольное со­ стояние частиц радиоактивных взвесей, маловероятно в связи с тем, что аэрозольные частицы имеют более мелкие размеры и более высокую удельную активность, чем частицы взвесей, которые к тому же обнаружи­ ваются лишь в придонных слоях бассейна. Не пренебре­ гая полностью возможностью образования горячих час­ тиц при диспергировании капель воды с радиоактивными частицами взвесей, трудно приписать этому механизму сколько-нибудь значительную роль.

В пользу этого вывода свидетельствует и такая оценка. Средняя активность, снимаемая кислотным маз­ ком с поверхности «воздушного колокола» установки КСВ-500, равна 1,4-10—6 кюри, что соответствует поверх­ ностному загрязнению 2 -ІО-8 кюри/см2 (при эффектив­ ности снятия 60Со с прокорродировавшей алюминиевой поверхности около 5%). Приняв, что средняя удельная активность окисной пленки на поверхности облучателя равна средней удельной активности частиц взвесей в воде бассейна, т. е. 6 -ІО-5 кюри/г, получим, что толщина слоя радиоактивного загрязнения равна 1,7 мкм. Если загрязненная окисная пленка диспергируется без ее расслоения, то минимальный размер аэрозолей и взве­ сей должен совпадать с толщиной пленки, т. е. состав­ лять 1,7 мкм, что совпадает с экспериментальными данными.

Таким образом, есть основание полагать, что источ­ ником образования радиоактивных частиц на установ­ ках со смешанным типом защиты служит диспергирова­ ние поверхностного радиоактивного загрязнения, подня­ того в камеру облучателя, которая возникла как в ре­ зультате поверхностной адсорбции, так и, возможно, хемосорбции.

Механизм образования радиоактивных частиц не вполне ясен, однако имеющиеся данные позволяют пред­ положить следующее. При низких температурах про­ дукты коррозии алюминия в воде (окисная пленка на поверхности облучателя) состоят из моноклинной гидро­ окиси байерита ß-Al20 ;r ЗН20. При повышении темпе­ ратуры до 100—360°С продукты коррозии менее гидра­ тированы и представляют собой бемит у-АІООН с ром­ бической структурой [511]. При извлечении облучателя из воды вследствие повышения его температуры проис­ ходит изменение структурного строения окисной пленки

200

на его поверхности, сопровождаемое диспергированием частиц радиоактивной пленки под действием внутренних напряжений и поступлением их в воздух рабочей камеры.

Сравнительные данные о концентрациях и характе­ ристиках частиц радиоактивных аэрозолей, образую­ щихся при эксплуатации гамма-установок различного типа, приведены в работах [512—514].

7.4. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ОБОЛОЧЕК ВЫСОКОАКТИВНЫХ ПРЕПАРАТОВ 60Со ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ МОЩНЫХ ГАММА-УСТАНОВОК, ОСНОВАННЫЕ НА РЕГИСТРАЦИИ ВЫСОКОАКТИВНЫХ ЧАСТИЦ

Важной задачей предупреждения и устранения радиоактивного загрязнения является своевременное и надежное обнаружение разгерметизации у пРепаРаТ0В- В реальных условиях эксплуатации гамма-установки методы контроля герметичности оболочек у-препаратов, требующие контакта с их поверхностью (метод маз­ ков [515]), кипячения в жидкости [509], методы, основан­ ные на обнаружении «газовой неплотности» [516, 517 и др.], неудобны для практического применения, так как

требуют извлечения у пРепаРатов из установки.

В связи с этим возникает необходимость в разра­ ботке методов контроля высокоактивных препаратов, не требующих контакта с их поверхностью и основанных на регистрации радиоактивных веществ, удаляемых из систем, в которых находятся высокоактивные препараты.

Простейшим методом в условиях гамма-установок с «сухой» защитой является контроль интегрального вы­ носа радиоактивных аэрозолей из технологических си­ стем (трубки облучателя в пневматических установках типа К и т . п.). Для этого воздух, выбрасываемый из технологических систем, очищается аэрозольными фильтрами, активность которых измеряется каким-либо радиометрическим прибором. Метод основан на том, что при нарушении герметичности оболочки высокоактив­ ного препарата интегральный вынос аэрозолей, диспер­ гируемых с этого препарата, возрастает на несколько порядков. Чувствительность этого метода ограничена флуктуациями «фонового» выноса радиоактивных аэро­ золей, образующихся при диспергировании остаточного загрязнения поверхностей оболочек у-препаратов,

201

Результаты наблюдений за содержанием радиоактив­ ных изотопов в воздухе аспирационных систем установок К-50 и К-200 и воздухе, выбрасываемом из трубок облу­ чателя пневматической установки КП-200, свидетельст­ вуют о том, что на процессы образования и выноса радиоактивных аэрозолей влияет большое число факто­ ров, с трудом поддающихся количественной оценке. К ним относятся в первую очередь технологические режимы эксплуатации установок за период наблюдения, число подъемов и время нахождения у-препаратов в об­ лучателе, а также производительность воздуходувки. Кроме того, на процессы образования и выноса радио­ активных аэрозолей могут влиять температура и влаж­ ность воздуха, поступающего в систему, случайный унос воздушным потоком радиоактивных частиц, ранее осев­ ших на стенках магистралей, и т. п. При изучении зави­ симости интегрального выноса радиоактивных аэрозолей от какого-либо одного параметра, например от времени нахождения у-препаратов в облучателе, влияние всех прочих параметров, которые в данном случае являются посторонними факторами, приводит к большому раз­ бросу экспериментальных значений выноса и затрудняет выявление разгерметизации у-препарата на ранней ста­ дии. В известной мере можно сгладить разброс экспери­ ментальных данных, увеличивая время пробоотбора и, следовательно, усредняя колебания выноса радиоактив­ ных аэрозолей за большие промежутки времени, однако это противоречит требованию своевременного обнаруже­

ния появившейся негерметичности.

При контроле герметичности у-препаратов в целях повышения чувствительности можно использовать не величину суммарного выноса радиоактивных аэрозолей, а некоторые другие их характеристики, такие, как удель­ ная активность аэрозольных частиц или отношение активности, находящейся на аэрозольных частицах с вы­ сокой абсолютной активностью, к суммарной активности аэрозолей [518].

Контроль герметичности оболочек высокоактивных препаратов по удельной активности частиц радиоактивных аэрозолей

Этот метод контроля герметичности оболочек высоко­ активных препаратов основан на том, что при наруше­ нии герметичности оболочек в воздух технологических

20 2

систем поступают аэрозольные частицы с высокой удель­ ной активностью, достигающей значения удельной актив­ ности сердечника у-препаратов.

20 кюри/г в негерметичных алюминиевых оболочках максимальная удельная активность аэрозольных частиц в аспирационной системе наблюдалась в диапазоне раз­ меров частиц 3,3—6,6 мкм и составляла 10 кюри/г [265].

Выше отмечалось, что при нарушении герметичности оболочки препарата 60Со с удельной активностью 46,5 кюри/г максимальная удельная активность мелко­ дисперсных фракций аэрозолей (0,4—3,4 мкм) состав­ ляла 41—50 кюри/г, т. е. приблизительно равнялась средней удельной активности кобальтового сердечника. Средняя удельная активность аэрозольных частиц была равна 3,1 кюри/г. Подобное положение отмечено и при разгерметизации препарата с удельной активностью 8,4 кюри/г. Средняя удельная активность аэрозольных частиц равнялась в этом случае 2,2 кюри/г, а макси­ мальная удельная активность в диапазоне размеров 0,4—2,5 мкм лежала в пределах 13—8 кюри/г, хорошо согласуясь со значением удельной активности по­ верхностного слоя кобальтового сердечника (около

11 кюри/г).

Там же показано, что средняя удельная активность аэрозольных частиц, образуемых при диспергировании остаточного поверхностного загрязнения препаратов 60Со, равна 4,8-ІО-5 кюри/г, т. е. на пять порядков ниже

частиц, диспергируемых с герметичных препаратов, как показали наши наблюдения, не превышает нескольких десятых долей кюри на Т г.

Таким образом, определяя значения максимальной или средней удельной активности аэрозольных частиц, выносимых из технологических систем, можно по повы­ шению этих значений зарегистрировать разгерметизацию оболочек препаратов еоСо на ранней стадии. В этом слу­ чае, когда высокоактивные препараты заметно разли­ чаются по величине их удельной активности, по значе­ нию максимальной удельной активности аэрозольных частиц, можно определить тот у-препарат, оболочка

203

которого потеряла герметичность, т. е. данный метод обладает селективностью.

Преимущество этого метода контроля герметичности оболочек высокоактивных препаратов проявляется осо­ бенно наглядно, когда число у-препаратов в контроли­ руемой системе велико (например, установки типа К). Если, допустим, в установку загружено 100 препаратов, то при размахе колебаний «фонового» интегрального выноса порядка 10 требуется повышение интенсивности диспергирования аэрозолей с негерметичного препарата в ІО3 раз для того, чтобы можно было сделать надеж­ ный вывод о произошедшей разгерметизации. Очевидно, что, регистрируя удельную активность аэрозольных частиц, вывод о произошедшей разгерметизации можно сделать гораздо раньше.

Контроль герметичности оболочек высокоактивных препаратов по относительному вкладу фракции высокоактивных частиц в суммарную активность аэрозолей

Этот метод контроля герметичности оболочек высоко­ активных препаратов также обладает большей чувстви­ тельностью по сравнению с регистрацией интегрального выноса радиоактивных аэрозолей. Объясняется это тем, что относительный вклад фракции высокоактивных ча­ стиц в суммарную активность аэрозолей при неизмен­

золей, диспергируемых с герметичных у-препаратов, составляет е= 5-^25% в зависимости от периода наблю­ дений и степени фиксации остаточного радиоактивного загрязнения на поверхности у-препаратов. Если проис­ ходит разгерметизация высокоактивного препарата, то практически вся радиоактивность аэрозолей связана с горячими частицами и е=100%. Так, только на высо­ коактивных частицах (более 10-11 кюри/частица) в слу­ чае разгерметизации препарата 60Со с удельной актив­ ностью 46,5 кюри/г находилось 87% суммарной актив­ ности аэрозолей. Следовательно, возрастание вклада

204