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

ОСОБЕННОСТИ КОНТРОЛЯ ПОСТУПЛЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ АЭРОЗОЛЕЙ, ЕСЛИ В ИХ СОСТАВЕ ИМЕЮТСЯ ГОРЯЧИЕ ЧАСТИЦЫ

8.1. СТАТИСТИЧЕСКИЕ ФЛУКТУАЦИИ КОНЦЕНТРАЦИИ РАДИОАКТИВНЫХ АЭРОЗОЛЕЙ

Один из аспектов проблемы горячих аэрозолей час­ тиц в атмосфере и производственных условиях связан с надежностью и воспроизводимостью результатов изме­ рения концентрации радиоактивных аэрозолей [275, 519—522] и плотностью их выпадения на различные по­ верхности [523]. Если заметная часть аэрозолей актив­ ности сосредоточена на отдельных горячих частицах, то возникающая вследствие ограниченности объема пробы флуктуация количества осажденных на фильтре или планшете радиоактивных частиц может вызвать значи­ тельные колебания результатов измерения активности воздуха в данном месте и за данный промежуток време­ ни. В некоторых случаях две одинаковые фильтроваль­ ные установки, поставленные рядом и проработавшие одно и то же время, давали значения концентрации, различающиеся в несколько десятков раз [519, 521]. Воспроизводимость полученных данных о радиоактив­ ном загрязнении воздуха может определяться не только статистической точностью измерения осажденной на фильтре радиоактивности на какой-либо радиометриче­ ской установке, но и статистическим колебанием актив­ ности фильтра, вызванным ограниченностью объема пробы и негомогенным распределением активности среды отдельных частиц [275].

В общем виде задача определения концентрации радиоактивных аэрозолей А путем измерения радио­ активности, осажденной на фильтре из объема иссле­

206

новил, что относительная флуктуация измеряемой актив­

ной концентрации б (Л) выражается следующей форму­ лой [526]:

относительная флуктуация измерения скорости счета п0 на радиометрическом приборе с фоном щ (/ф и t — вре­ мена измерения скорости счета фона и фона и фильтра соответственно);

(8.3)

А у V

относительная флуктуация активной концентрации при протягивании через фильтр объема воздуха V с содер­ жанием в единице объема ѵ* частиц с активностью в ин­ тервале Аі + АЛ,.

Как видно из формулы (8.1), относительная флуктуа­ ция превосходит величину 6о, соответствующую случаю измерения постоянной активности, и при безграничном увеличении t и ^ф не может быть сколько угодно малой, а стремится к постоянному пределу бпр, определяемому при прочих равных условиях объемом отобранной пробы. В другом предельном случае, когда önp<Cöo (например, когда радиоактивные аэрозоли состоят из большого числа частиц с очень малой абсолютной активностью), Лі- ѵ0 или при использовании очень больших объемов исследуемого воздуха (К->-оо) б~бо, т. е. все происходит как при неизменной от случая к случаю активности образца.

По данным ряда исследований [527, 528], распределе­ ние числа радиоактивных частиц, присутствующих в атмосферном воздухе в результате ядерных взрывов, может быть представлено в виде степенной функции вида

причем параметр распределения у возрастает с увеличе­ нием возраста продуктов деления от значения, равного

207

примерно двум для «свежих» продуктов деления, до значения, равного примерно четырем для радиоактив­

Жи ж12 Ж11 ж10 ж9 ж8

Аш с , кюри/частица

Рис. 8.1. Относительные флуктуации кон­ центрации радиоактивных аэрозолей в зависимости от максимальной активности частиц.

ных аэрозолей в зависимости от максимальной абсолют­ ной активности аэрозольных частиц ЛМакс и параметра у. При вычислениях предполагалось, что вся аэрозольная радиоактивность сосредоточена на частицах, активность которых превышает 5-10~13 кюри/частица, накопленная на фильтре радиоактивность равна 10~в кюри, а относи-

208

тельная флуктуация ее радиометрического определения 6о составляет ± 5% 1.

Как видно из рис. 8.1, при одной и той же накоплен­ ной на фильтре активности относительная флуктуация концентрации радиоактивных аэрозолей тем больше, чем выше максимальная абсолютная активность частиц Лмакс и чем резче частицы различаются по своим активностям (т. е. чем меньше у ).

Часто возникает обратная задача: требуется опреде­ лить объем воздушной пробы, необходимый для того, чтобы результаты измерения концентрации радиоактив­ ных аэрозолей обладали требуемой статистической точ­ ностью и желательной достоверностью. Так как функция f(A), как правило, заранее неизвестна, то в общем слу­ чае эта задача не может быть решена. Однако если из предварительного опыта ориентировочно известна флуктуация измеряемой величины Ä, то задача решается просто. Например, путем авторадиографии фильтра, на котором были осаждены радиоактивные аэрозоли из объема воздуха Ѵи было обнаружено ЛК частиц, актив­ ность которых лежит в пределах А і и А{ + АА{. Подсчи­ танная по формуле (8.3) относительная флуктуация концентрации радиоактивных аэрозолей составляет 6і. Тогда объем воздушной пробы Ѵо, необходимый для получения результатов с заданной погрешностью 6 и же­ лательной достоверностью, характеризуемой показате­ лем гарантии t 2*,1 выражается формулой

Экспериментальная зависимость статистических флуктуаций результата измерения концентрации радио­ активных аэрозолей в воздухе рабочих камер мощных

гамма-установок от объема отобранной пробы воздуха показана на рис. 8.2. Прямая линия — зависимость д = const Ѵ~1/2, нормированная на экспериментальное зна­ чение относительной среднеквадратической флуктуации, соответствующее 850 м3 воздуха, протянутого через фильтр ФПП [529]. Как следует из рис. 8.2, эксперимен­ тальная зависимость достаточно хорошо описывается законом 6 = const Ѵ~1/2, выраженным формулой (8.3).

Рис. 8.2. Зависимость среднеквадра­ тической флуктуации концентрации радиоактивных аэрозолей от объема отобранной пробы воздуха.

На рис. 8.2 видно, что для обеспечения среднеквадра­ тической погрешности измерения концентрации радио­ активных аэрозолей в воздухе рабочих камер установок не более ±20% объем отобранной пробы должен состав­ лять не менее 3000 м3. Таким образом, объем достовер­ ной пробы радиоактивных аэрозолей в присутствии в воздухе горячих частиц должен составлять сотни и тысячи кубических метров, что хорошо согласуется

сэкспериментальными данными Керна [275].

8.2.ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ КОНТРОЛЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУХА РАДИОАКТИВНЫМИ АЭРОЗОЛЯМИ В СЛУЧАЕ ЗНАЧИТЕЛЬНЫХ ИХ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ И ВРЕМЕННЫХ ФЛУКТУАЦИЙ

Как следует из данных предыдущего раздела, объем воздуха, необходимый для обеспечения представитель­ ности получаемых данных о средней радиоактивности

210

исследуемого воздуха, должен составлять в реальных условиях загрязнения воздушной среды производствен­ ных помещений горячими частицами сотни и тысячи кубических метров. Об этом же свидетельствуют и ре­ зультаты работы [492], в которой показано, что в научноисследовательском центре по атомной энергии в Харуэлле при скорости прокачки 20 л/мин (скорость легочной вентиляции человека) минимальное время пробоотбора, которое обеспечивает получение предста­ вительных данных о радиоактивном загрязнении воз­ душной среды рабочих помещений на уровне 0,1 ПДК, будет составлять для 239Ри 75 дней (при максимальной активности аэрозольной частицы из 239Рц 5 -10-11 кюри). Увеличение скорости пробоотбора, естественно, приво­ дит к сокращению времени, требуемого для проведения исследования, однако это не всегда желательно с точки зрения суждения о реальном поступлении горячих час­ тиц в организм человека. Поэтому большой практи­ ческий интерес представляет попытка облегчить полу­ чение представительных данных и повысить точность результатов путем применения статистических методов обработки получаемых результатов. Идею такого под­ хода легко понять, если принять во внимание, что радио­ активность отдельных аэрозольных частиц, как правило, следует логарифмически нормальному закону.

Как показали многочисленные исследования, резуль­ таты которых изложены в работах [491, 521, 530, 531], логарифмически нормальное распределение концентра­ ций радиоактивных аэрозолей вида

где p(A)dA — вероятность регистрации активной кон­ центрации аэрозолей в интервале от А до A + dA, Ат— среднегеометрическое (медианное) значение кон­ центраций, а а — стандартное отклонение, имеет общий характер, причем это распределение связано прежде всего с пространственными и временными флуктуациями радиоактивности воздуха1.

В общем случае наблюдаемое за достаточно большой промежуток времени логарифмически нормальное рас­

14* 211