книги из ГПНТБ / Быховский, А. В. Горячие аэрозольные частицы при техническом использовании атомной энергии

ционные установки. Для такой установки необходимы: а) фильтр, задерживающий аэрозольные частицы; б) фильтродержатель; в) измеритель расхода воздуха через фильтр;

г) воздухозаборное устройство.

В качестве фильтров для осаждения радиоактивных аэрозолей рекомендуется применять фильтрующий мате-

Рис. 3.1. Зависимость относительной погрешности измере­ ния концентрации аэрозольных частиц от числа частиц, осажденных на фильтре.

риал ФП. При скорости фильтрации 1 см/сек этот мате­ риал имеет эффективность очистки 99,9% при сопротив­ лении 1,5—1,9 мм вод. ст. Практически можно считать, что фильтры этого типа улавливают все радиоактивные частицы. Расход воздуха через фильтр не должен пре­

0,25 мг/мй при скорости фильтрации 10 см/сек.

Для отбора проб атмосферных аэрозолей стандартное полотно ткани ФП можно натягивать на боковую по­ верхность специально для этой цели изготавливаемого сетчатого барабана, присоединяемого к воздуховоду приточной вентиляции здания. При диаметре барабана

воздуха радиоактивными аэрозолями рекомендуется при­ менять также воздухозаборные установки типа УАС-1,

80

разработанные в Институте биофизики М3 СССР [278], прокачную установку, разработанную в ИАЭ [279], пере­ движную установку производительностью 60 м3/ч на базе двигателя внутреннего сгорания мощностью 70 л. с. [280] и др.

Несколько иначе должен организовываться отбор проб радиоактивных аэрозолей в производственных ус­ ловиях. Как уже указывалось, для целей радиационной безопасности в производственных условиях необходимо знать число радиоактивных частиц, поступивших в ор­ ганизм работающих, т. е. интеграл от произведения «истинной» концентрации этих частиц в зоне дыхания индивидуума на время его пребывания в загрязненной зоне. В первом приближении эта задача решается уста­ новкой на рабочих местах стационарных аэрозольных пробоотборников и последующим исследованием осаж­ денных на их фильтрах радиоактивных частиц. Для того чтобы максимальный расход воздуха составлял 50 м31ч, площадь фильтродержателей для аэрозольных фильт­ ров, предназначенных для отбора проб в производствен­ ных помещениях, должна быть не менее 500 см2. Типовые фильтродержатели таких размеров промышленностью не выпускаются, и их следует изготовлять в соответствии с решаемыми задачами. В тех случаях, когда высокие объемные скорости иробоотбора могут вызвать дополни­ тельные погрешности из-за ограниченного объема поме­ щения, исследованию должен подвергаться воздух, уда­ ляемый вытяжной вентиляцией.

Для измерения расхода воздуха через фильтр вместо устройств, создающих значительный перепад давления (ротаметров, индикаторов газового потока и дифферен­ циальных манометров), предпочтительнее пользоваться анемометрами с дистанционной регистрацией числа обо­ ротов, газовыми счетчиками (например, ГФК-25, РС-100), трубками Пито.

В качестве воздухозаборного устройства допустимо использование центробежного вентилятора ВПП-4, пред­ назначенного для подачи чистого воздуха в пневмоко­ стюмы, производительностью 30 м3/ч при напоре 450 мм вод. ст. Более пригодны для пробоотбора серийно выпускаемые ротационные воздуходувки типов ПРВ-1М, ГР-А5-4 и ГР-А5-5, рассчитанные на расход воздуха до 30м3/чи обеспечивающие напор от 300 до 1500 мм вод. ст., форвакуумные насосы и некоторые другие устройства.

В производственных помещениях в качестве воздухоза­ борных устройств могут применяться имеющиеся там вакуумные системы.

Установка полотен фильтрующей ткани на решетки отверстий вытяжной вентиляции в рабочих камерах мощных гамма-установок и вентиляционных камерах ядерных реакторов обеспечивает высокую объемную скорость пробоотбора (до 3000 ж3/ч). Однако при этом уменьшается кратность воздухообмена (на 10—50%). Поэтому такой простой способ отбора больших объемов воздуха рекомендуется применять лишь в тех случаях, когда снижение кратности воздухообмена либо незна­ чительно (до 25%), либо может быть устранено увели­ чением производительности вентиляторов (например, благодаря увеличению числа оборотов, подключению резервного вентилятора и т. п.).

В некоторых случаях для анализа радиоактивных частиц можно применять также рамочные фильтры типа ДК-0,24, ДК-06, ДК-1,4, ДК-45, В-0,4, В-1 и пр. Кроме того, при смене установленных в системах технологиче­ ской вентиляции фильтров часть фильтровальной ткани может быть использована для изучения радиоактивного загрязнения воздуха, который отсасывался из соответ­ ствующих камер, каньонов и других объектов за период работы данного фильтра.

При работах с радиоактивными веществами нередко возникает локальное загрязнение воздушной среды, и в таких случаях необходимо применение индивидуальных аэрозольных пробоотборников [281, 282], рассмотренных в гл. 8. При объемной скорости прокачки 1 м3/ч приме­ нение индивидуального пробоотборника обеспечивает регистрацию около 20% предельно допустимого за рабо­ чую смену поступления 239Ри в нерастворимой форме и 4% предельно допустимого поступления растворимых соединений 239Рц [283].

Авторадиографическое изучение аэрозольных проб, отобранных индивидуальным пробоотборником, и респи­ раторов, употребляемых работающими, позволило уста­ новить, что отношение величины «истинной» концентра­ ции радиоактивных аэрозолей во вдыхаемом воздухе к величине, регистрируемой индивидуальным пробоотбор­ ником, мало отличается от 1, однако показания индиви­ дуальных аэрозольных пробоотборников, размещаемых на разных сторонах груди, могут различаться в нссколь-

82

ко раз [284]. По данным работы [285], показания пробоот­ борника, прикрепленного к правой стороне груди, всегда превышают показания пробоотборника, помещенного на левой стороне груди, в 1,3—2 раза. Это не удивительно, если учесть, что обследуемые работники были «правша­ ми» и проводили работы, связанные с локальным гене­ рированием радиоактивных аэрозолей.

Считается общепринятым, что контроль поступления радиоактивных аэрозолей с помощью индивидуального пробоотборника в сочетании с определением их дисперс­ ного состава обеспечивает достаточно точную оценку дозы внутреннего облучения индивидуумов. Дисперсный состав радиоактивных аэрозолей может определяться либо специальным прибором (каскадным импактором, центропитатором и т. п.), либо путем микроскопического изучения (в сочетании с авторадиографией) частиц, осажденных на фильтрах индивидуальных пробоотбор­ ников или респираторов работающих.

В работе [554] описана попытка разработки односту­ пенчатого пробоотборника аэрозолей, у которого зависи­ мость эффективности осаждения частиц различных раз­ меров близка к кривой осаждения аэрозолей в носоглот­ ке и легочном отделе дыхательной системы человека, рекомендованной МКРЗ (1966 г.). Устройство с объем­ ной скоростью пробоотбора 2 л/мин имеет малые разме­ ры и удобно для применения в качестве индивидуаль­ ного пробоотборника при контроле как радиоактивной, так и неактивной пыли. Осаждение аэрозольных частиц в центральной области фильтра диаметром 2,5 см, уста­ новленного в пробоотборнике, характеризует отложение аэрозоля в легочном отделе, а в периферийной коакси­ альной области — в носоглотке.

Следует указать, что, если работающими применяют­ ся респираторы, необходимо проведение специальных исследований их защитной эффективности непосредст­ венно в условиях конкретного производства.

3.2. ПЕРВИЧНОЕ ОБНАРУЖЕНИЕ В ПРОБАХ, ЛОКАЛИЗАЦИЯ И ВЫДЕЛЕНИЕ ГОРЯЧИХ ЧАСТИЦ

Для обнаружения и локализации горячих частиц в пробах атмосферного аэрозоля (фильтры, планшеты, су­ хой остаток дождевой воды и т. п.) использовали сле­ дующие методы.

6* 83

1.Пробы последовательно делили на равные части, ß-активность которых определяли па торцовом счетчике, благодаря чему удавалось изолировать радиоактивные

[271, 272]. Однако такой пик скорости счета может быть

способом обнаружения и локализации горячих частиц оказалась авторадиография [79, 269, 273, 287—289]. При­ сутствие радиоактивных частиц в пробе определяют по наличию дискретных, весьма различных по величине и степени почернения пятен на фотоэмульсии после ее кон­ такта с пробой. Активность каждой частицы может быть оценена по диаметру авторадиографических изображе­ ний [262] или по плотности их почернения [289]. Если при этом исключены другие возможные причины почер­ нения (например, химическое воздействие), то данный метод дает прямое доказательство присутствия радиоак­ тивной частицы. Чувствительность метода высока: по данным Меурерса [289], после четырехнедельной экспо­ зиции видимые точки почернения образуют частицы ак­ тивностью ІО-13 кюри. Применив микроскопическую тех­ нику и увеличив экспозицию, чувствительность метода можно повысить. По данным Бенетти и др. [290], мето­ дом авторадиографии можно с точностью до 1—3 мкм установить местонахождение достаточно малого источ­ ника, в котором за время экспозиции произошло 10—20 ß-распадов.

Методика первичного обнаружения и локализации радиоактивных частиц в аэрозольной пробе подробно описана в работе [264].

Фильтровальную ткань, на которой осаждены иссле­ дуемые радиоактивные аэрозоли, разрезают на участки примерно равной площади. Размер этих участков зави­ сит от формата рентгеновской пленки, используемой для авторадиографирования пробы. Участки фильтра через чистый лист бумаги разглаживают утюгом при темпера­ туре не выше 80° С. Благодаря этому уничтожаются

84

Т а б л и ц а 3.1

Основные характеристики рентгеновских пленок (не ниже)

Пленку типа РТ-1 проявляют в метолгидрохиноновом проявителе по ТУ 1709 и фиксируют в кислом фиксаже БКФ-2 обычным способом.

Просмотр авторадиограмм следует проводить на негатоскопе в полузатемненной комнате, так как падаю­ щий свет, отраженный от пленки, уменьшает контраст­ ность изображения. Если в исследуемой пробе радиоак­ тивных аэрозолей имеются отдельные высокоактивные частицы, то на авторадиограмме они обнаруживаются по дискретным пятнам почернения, образованным в ре­ зультате действия излучения этих частиц на фотослой. На рис. 3.2 показаны авторадиограммы пробы радиоак­ тивных аэрозолей из атмосферы, отобранной в период проведения ядерных взрывов. Совмещение полученной авторадиограммы с соответствующим фильтром по ре­ перным отметкам позволяет с точностью примерно 0,5 мм определить положение горячей частицы на фильтре.

Локализованные таким образом горячие частицы сле­ дует выделить из аэрозольной пробы. Это необходимо не только для их достоверной идентификации, но и для

86

точного измерения ß-активности частиц, их микроскопии, изучения изотопного состава с помощью у- и ß-спектро- метрии, а также состава их неактивного носителя.

Наибольшие участки фильтра (диаметром не более 3 мм), которым на авторадиограмме соответствуют пят­ на почернения, вырезают (например, с помощью отре­ занной под прямым углом и отточенной иглы шприца большого диаметра) и отделяют от марлевой подложки.

Практика работы показала, что для исследования горячие аэрозольные частицы удобно заключать в проч­ ные прозрачные пленки, надежно фиксирующие их по­ ложение. Такие пленки должны удовлетворять следую­ щим требованиям:

а) иметь высокую механическую прочность, устойчи­ вость к кислым и щелочным средам и надежно фиксиро­ вать пылевые частицы;

б) быть как можно более гладкими и прозрачными, что является необходимым условием при их микроскопи­ ческом исследовании;

в) обладать плохой адгезией к стеклянной поверхно­ сти для удобного и простого съема с предметного стекла с целью дальнейшего исследования.

Кроме того, необходимо обеспечивать как можно бо­ лее равномерное распределение пылевых частиц в пленке.

Опыт работы показал, что этим требованиям удовлет­ воряет пленка, образующаяся в результате растворения на предметном стекле участка ткани ФПП, содержаще­ го исследуемую частицу, органическими растворите­ лями.

При небольшой запыленности ткани ФПП (объем протянутого воздуха не более 0,1—0,5 м3/см2) участок фильтра площадью 5—6 см2, содержащий исследуемую радиоактивную частицу, помещают на предметное стек­ ло лобовой стороной вниз, чтобы поверхность фильтра, содержащая пыль, соприкасалась со стеклом. В центре участка фильтра с помощью медицинского шприца или пипетки наносят несколько капель дихлорэтана с добав­ кой в качестве пластификатора 1% дибутилфталата. Как показали наблюдения, в процессе просветления истин­ ная картина распределения частиц на фильтре не изме­ няется. После высыхания растворителя в течение 30— 40 мин на стекле образуется тонкая прозрачная пленка

88

толщиной 40 мкм, надежно фиксирующая положение

.аэрозольных частиц.

При значительной запыленности фильтра (при объе­ мах воздуха более 0,5—1,0 м3/см2) радиоактивные ча­ стицы находятся на фильтре вместе с очень большим числом неактивных пылинок и для выделения горячей частицы аэрозольную пробу следует деконцентрировать. Для этого вырезанный из пробы участок фильтра пло­ щадью около 8 мм2, содержащий горячую частицу, по­ мещают на предметное стекло лобовой стороной вниз. В центр фильтра шприцем или пипеткой наносят 2 мл 1,5%-ного раствора перхлорвиниловой смолы в дихлор­ этане таким образом, чтобы обеспечить как можно бо­ лее равномерное распределение пылевых частиц по всей поверхности стекла. При этом аэрозольная проба деконцентрируется. Уже при отборе пробы возможна конгло­ мерация частиц на волокнах фильтра, а коагуляция пы­ линок может произойти и в растворе, поэтому с целью наиболее полной дезагрегации аэрозоля целесообразно применение звуковых колебаний. Предметное стекло с нанесенным на его поверхность участком фильтра с по­ мощью уровня устанавливали в горизонтальное положе­ ние на мембрану, связанную с наушниками телефона ТА-4, и закрывали стеклянным колпаком, оставляя меж­ ду ним и мембраной зазор примерно в 1 см. Растворение фильтра и образование пленки происходили в звуковом поле при подаче напряжения 60 в на телефон, включен­ ный через автотрансформатор ЛАТР-1 в сеть перемен­ ного тока. Сушку проводили при комнатной температуре в течение 30—40 мин. Сушка должна быть равномерной, чтобы избежать деформации пленки и нарушения равно­ мерности распределения частиц по поверхности предмет­ ного стекла. После высыхания растворителя образуется тонкая прозрачная пленка толщиной 15—20 мкм.

Приготовленные одним из описанных выше способов препараты помещают на рентгеновскую пленку РТ-1 и получают авторадиограммы, которые отличаются друг от друга по меткам на эмульсии, сделанным твердым ка­ рандашом. После двухдневной экспозиции пленку обра­ батывают по стандартной методике. Затем авторадио­ грамму кладут лицевой стороной вверх на стекло негатоскопа, а сверху по реперным отметкам помещают пред­ метное стекло с пленкой, на которой отмечают местопо­ ложение проекции наиболее интенсивного пятна почерне­

89