Способ определения поверхностного загрязнения и устройство для отбора проб с загрязненной поверхности

Способ определения поверхностного загрязнения и устройство для отбора проб с загрязненной поверхности

Реферат

Изобретение относится к области контроля окружающей среды, а именно к контролю загрязненности различных твердых поверхностей радиоактивными и другими опасными веществами.

Известен способ определения поверхностного загрязнения радиоактивными веществами - активности радионуклидов на единицу площади поверхности, распад/(мин·см²), т.н. метод мазков (http://www.nnc.kz/rbn/riETPB/pbtrv_pril.htm).

Способ заключается в следующем. Путем контакта сорбирующего материала с исследуемой поверхностью оператор снимает с нее загрязнение. В качестве сорбирующего материала используют ватные тампоны, марлю, фильтровальную бумагу. Мазки берут сухими или влажными (смоченными кислотой, спиртом и т.п.).

Пробы мазков после гамма-спектрометрического анализа озоляются преимущественно «мокрым» способом путем нагревания в концентрированной азотной кислоте в течение 1 ч при периодическом добавлении 30%-ной перекиси водорода. В отдельных случаях «мокрое» озоление проводится трехкратно и выщелаты объединяются. Для некоторых мазков может проводиться определение веса отобранной пыли. В этих случаях мазки подвергаются термическому озолению (500-600°C) до полного выгорания органики и сухой остаток после взвешивания на аналитических весах выщелачивается концентрированной азотной кислотой при нагревании с добавлением перекиси водорода. Последовательные выщелаты из каждой пробы затем объединяются. Затем определяют альфа- и бета-активность озоленных мазков на соответствующих приборах. Зная площадь, с которой снималось загрязнение, рассчитывают величину поверхностного загрязнения.

Данный способ имеет целый ряд недостатков. Он зависит от субъективных особенностей пробоотбора (степень влажности сорбирующего материала, сила нажатия при отборе мазка и т.п.), взятие мазков с неровных поверхностей неэффективно (пыль не может быть удалена из естественных микроуглублений) и получаемые результаты по «снимаемому» поверхностному загрязнению могут быть занижены.

Известны различные способы и устройства для определения наличия и количества различного рода загрязнений, см., например, способ определения МАССОВОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ПЫЛИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (патент РФ №2282175), согласно которому производят отбор пыли пробоотборным механизмом, включающим в себя насос и соосно расположенные над и под фильтрующим элементом подводящий и отсасывающий патрубки, ось которых перпендикулярна плоскости фильтрующего элемента, пыль осаждают на фильтрующий элемент, измеряют интенсивность полного потока β-излучения и потока через фильтрующий элемент до осаждения, а затем после осаждения вычисляют поверхностную плотность в соответствии с фактической характеристикой поглощения β-излучения. Калибровку характеристики поглощения производят однократно перед измерениями с использованием меры известной плотности, измеряя, как и ранее, интенсивность полного потока β-излучения и потока через меру.

Вычисление искомой концентрации пыли производят исходя из плотности пятна напыления, его геометрических размеров и объема пропущенного воздуха.

Также известен СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАЛИЧИЯ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ В ЕМКОСТЯХ (патент РФ №2126160).

В способе отбора проб и определения наличия остатков веществ в емкости непрерывно подают текучую среду - воздух - в отверстие емкости. На этапе нагнетания вытесняют по меньшей мере часть летучих веществ из емкости для образования облака пробы вне емкости смежно ее отверстию. Извлекают облако пробы и анализируют извлеченное облако пробы для определения наличия или отсутствия в нем остатков веществ. Извлечение облака пробы осуществляют непрерывно путем всасывания с помощью откачивающего насоса, а нагнетание потока текучей среды и/или всасывание пробы облака осуществляют импульсно. Установка для отбора проб и определения наличия или отсутствия остатков в емкостях содержит средство для нагнетания текучей среды в отверстия в указанных емкостях, чтобы вытеснить по меньшей мере часть их содержимого для образования облака пробы в областях вне емкостей. Устройство содержит средство для извлечения пробы указанной части содержимого каждой емкости, вытесненной таким образом путем приложения всасывания к облаку пробы, средство для поддержания указанного средства для извлечения снаружи от емкостей на некотором расстоянии от их отверстий и средство для анализа пробы для определения наличия или отсутствия в ней остатков. Средство для извлечения пробы выполнено в виде откачивающего насоса.

Данные способы и устройства не предназначены для определения поверхностного загрязнения, которое необходимо знать с высокой степенью достоверности, особенно в условиях радиоактивного загрязнения.

Техническим результатом, на которое направлено изобретение, является возможность определения поверхностного загрязнения с высокой степенью достоверности, а также повышение экспрессности метода.

Для этого предложен способ определения поверхностного загрязнения путем создания тракта нагнетания-отсоса воздуха, при этом нагнетают воздух в замкнутый объем под углом к исследуемой поверхности, сдувают загрязнения с исследуемой поверхности и осаждают загрязнения, пропуская поток воздуха через фильтр, после чего анализируют количество и активности радионуклидов, осажденных на фильтре, и пересчитывают их на единицу площади исследуемой поверхности.

Для взятия проб для определения поверхностного загрязнения указанным способом предложено устройство для отбора проб с загрязненной поверхности, состоящее из корпуса, внутри которого установлен фильтрующий элемент, с подводящими и отсасывающим патрубками, насоса, при этом нижняя часть корпуса выполнена открытой, а подводящие патрубки соединены с отверстиями, выполненными в нижней части корпуса и расположенными под углом к исследуемой поверхности.

На чертеже показан вариант выполнения устройства, где 1 - исследуемая поверхность, 2 - патрубок отсоса воздуха, 3 - корпус, 4 - фильтр, 5 - патрубок подачи воздуха, 6 - отверстия.

Для взятия пробы с исследуемой поверхности устройство устанавливается на исследуемую поверхность 1 и плотно прижимается к ней. Включают насос (не показан) и по тракту нагнетание-отсос, который включает патрубки подачи воздуха 5, отверстия 6, внутреннее пространство корпуса 3 и патрубок отсоса воздуха 2, в течение некоторого времени прокачивают воздух. Подвод воздуха к отверстиям 6 может осуществляться через коллектор или индивидуально в зависимости от числа, расположения и размеров отверстий. Воздух, направляемый под углом к исследуемой поверхности 1, сдувает с нее загрязнения, которые, проходя через съемный фильтр 4, оседают на нем. Проба отбирается примерно в течение 5-30 с, после чего насос отключается, извлекают фильтр 4, который подвергается специальной обработке (например, озолению).

Пример проведения измерений на объекте «Укрытие» (Чернобыльская АЭС)

Пробоотборник плотно прижимали к исследуемой поверхности. При этом желательно иметь площадь сбора пыли, равную 100 см², поскольку многие датчики бета- и альфа-радиометров имеют такую же эффективную площадь и тогда не требуется перерасчетов - показания радиометров дают сразу результат в частицах/(мин×см² ). Если площадь отличается от указанной, то требуется провести перерасчет на площадь 1см². Время одной экспозиции при отборе пробы на объекте «Укрытие» было 10-20 с. (зависело от степени загрязненности поверхности).

После проведения измерений фильтр из ленты ЛФС-2-50 снимали, складывали загрязненной поверхностью внутрь и помещали в специальный конверт из полиэтилена.

Непосредственно на объекте выполняли предварительное определение его гамма-активности на универсальном радиометре-дозиметре.

После доставки фильтра в лабораторию (г.Чернобыль) проводили гамма-спектрометрический анализ с помощью полупроводникового спектрометра, использующего детектор из сверхчистого германия фирмы ORTEC. Затем фильтр подвергали термическому озолению (500-600°C) до полного выгорания органики и сухой остаток после взвешивания на аналитических весах трижды выщелачивается концентрированной азотной кислотой при нагревании с добавлением перекиси водорода. Последовательные выщелаты из каждой пробы затем объединялись. В среднем для пылевых образцов процент выщелачивания, описываемый методикой, составляет около 70%. Бета-радиометрические измерения активности ⁹⁰Sr выполнялись с помощью бета-радиометра РУБ-01П. Для альфа-спектрометрических измерений содержания изотопов плутония и америция использовалась установка фирмы CANBERRA.

Измерения содержания урана проводили с помощью люминесцентного спектрометра с возбуждением от импульсного азотного лазера.

В результате проведенных измерений получали данные о поверхностной плотности радиоактивной пыли, находящейся на стенах помещений, расположенных на верхних отметках «Укрытия», способной при обрушениях выйти в окружающую среду. Характерные значения бета-активности - (1-10)×10⁴ частиц/(мин×см²) (¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr), альфа-активности - (1-10)×10² частиц/(мин×см²) (^238+139+240Pu и ²⁴¹Am), загрязнения ураном - 2×10^-6г/см².

Таким образом, данное изобретение позволит с большей степенью достоверности определять загрязненность твердых поверхностей различных рельефов, в том числе и радиоактивных.

1. Способ определения поверхностного загрязнения путем создания тракта нагнетания-отсоса воздуха, при этом нагнетают воздух в замкнутый объем под углом к исследуемой поверхности, сдувают загрязнения с исследуемой поверхности и осаждают загрязнения, пропуская поток воздуха через фильтр, после чего анализируют количество и активности радионуклидов, осажденных на фильтре, и пересчитывают их на единицу площади исследуемой поверхности.

2. Устройство для отбора проб с загрязненной поверхности, состоящее из корпуса, внутри которого установлен фильтрующий элемент, с подводящим и отсасывающим патрубками, насоса, отличающееся тем, что нижняя часть корпуса выполнена открытой, а подводящие патрубки соединены с отверстиями, выполненными в нижней части корпуса и расположенными под углом к исследуемой поверхности.