RU175480U1 - Криогенный концентратор радона - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к устройствам получения радона и может быть использована в технологических целях и медицине. Криогенный концентратор радона, содержащий твердый радиоактивный эманирующий источник, размещенный в емкости с плотно закрытой крышкой, выполненной из радонопроницаемого материала, отличающийся тем, что в качестве емкости используют теплоизолированную емкость 1 с теплоизолированной крышкой 3, содержащую в заливном патрубке 2 съемный сетчатый контейнер 4 для размещения твердого радиоактивного источника 5, причем контейнер 4 установлен в теплоизолированную емкость 1, заполненную жидким азотом. Кроме того, емкость 1 дополнительно снабжена внутренним нагревательным элементом 6 с термодатчиками и пультом управления 7. При этом контроль содержания радона в концентраторе выполняется посредством измерений объемных содержаний радона при помощи радиометра радона 10. Простота конструкции устройства обеспечит повышение эффективности получения радона с эманацией, а возможность введения регулярного наблюдения за процессом позволит использовать установку непосредственно в стационарных условиях, например, в лечебных учреждениях. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Полезная модель относится к устройствам получения радона и может быть использована в технологических целях и медицине.

Известны способ и устройство для получения водного концентрата радона, содержащее твердый источник радиоактивного излучения, размещенный в закрытой емкости (см. RU №1568782, МПК G21G 4/10, опубл. 10.01.95). В данном устройстве с целью повышения радиационной безопасности в качестве материала-носителя используют легкоплавкие эвтектические смеси солей щелочных или щелочноземельных металлов. Накопление радона производят в твердой фазе материала-носителя, выделение - при нагревании материала-носителя на 130-180°С выше температуры плавления, удаляют радон из металлического контейнера после затвердевания материала-носителя в бак с водой. Для получения водного концентрата радона с помощью насоса вода забирается из нижней части бака и распыляется в его верхней части, одновременно закручивая воду в баке для лучшего перемешивания.

Известные способ и устройство являются сложными как в части технического решения устройства по приготовлению радона, так и по способу приготовления водного концентрата радона.

Известен источник радона-222 (см. RU №2147149, МПК G21G 4/10, G21G 4/00 опубл. 27.03.2000), содержащий емкость, размещенный в корпусе, и систему термостатирования, состоящую из нагревателя, датчика температуры и блока регулирования и контроля температуры, при этом в емкости размещена руда.

К недостаткам известного устройства относится сложная конструкция и небезопасность, связанные с использованием в качестве источника для получения радона солей радия, обладающих высокой радиационной опасностью.

Установка для получения радона (см. RU №2482559, МПК G21G 4/10, опубл. 27.09.2012), содержащая контейнер в форме стакана со съемной крышкой, являющийся полостью для материала-накопителя радона, снабженный отверстиями, клапанами, вентилями, нагревателем и фильтром, а также, соединенные между собой воздуховодами ловушки для сбора подпочвенного воздуха, выполненные в виде емкостей, установленных вверх дном на глубине 1,0-1,5 м относительно поверхности земли, устройство для осушки подпочвенного воздуха, насос, в целом характеризуется сложностью конструкции и малоэффективностью для получения радона, обусловленной ограниченностью ее использования – только в местах сбора подпочвенного воздуха с природным радоном.

Кроме того, известен способ хранения радона в емкостях (см. SU №516406, МПК A61J 1/00, опубл. 05.06.1976), в которых в целях исключения потерь радон замораживают.

Однако, подобный способ хранения не всегда оправдан и требует использования специального оборудования и значительных затрат на хладоносители.

Задача, на решение которой направлено заявленное решение, выражается в создании устройства для получения концентрированного радона в стационарных условиях.

Технический эффект, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в упрощении конструкции устройства и обеспечении эффективности получения радона с эманацией. Кроме того, простота и компактность устройства, возможность введения регулярного наблюдения за процессом позволяют использовать установку в лабораторных условиях, например, непосредственно в лечебных учреждениях.

Для решения поставленной задачи криогенный концентратор радона, содержащий твердый радиоактивный эманирующий источник, например, урановую руду, размещенную в реакторе с плотно закрытой крышкой, выполненной из радонопроницаемого материала, отличается тем, что в качестве реактора используют теплоизолированную емкость с теплоизолированной крышкой, например, сосуд (термос) Дьюара, содержащий в заливном патрубке съемный сетчатый контейнер для размещения твердого радиоактивного источника, причем контейнер установлен в теплоизолированной емкости, заполненной жидким азотом. Кроме того, емкость внутри дополнительно имеет нагревательный элемент с термодатчиками и внешним пультом управления.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».

Совокупность признаков обеспечивает решение заявленной технической задачи, а именно, создание простой и надежной по конструкции установки для криогенного концентрирования радона.

Сущность работы устройства основана на учете температуры превращения газообразного радона в жидкость и охлаждении газообразного радона в сосуде с жидким азотом.

Известно, что жидкий азот имеет точку кипения (-195,75)ºС, а газообразный радон превращается в жидкость при (-62)ºС, а при (-70)ºС переходит в твердое состояние. Таким образом, низкая температура жидкого азота существенно превышает температуру сжижения и отвердевания радона. Следовательно, если поместить радиоактивный эманирующий источник, например, куски урановой руды в виде кусков метасоматита с прожилками браннерита, в теплоизолированную емкость, например, термос или сосуд Дьюара, в который налит жидкий азот, то радон будет накапливаться на дне емкости в твердом состоянии. По мере испарения жидкого азота внутри емкости будет концентрирован газообразный радон.

Экспериментально установлено, что при использовании в качестве емкости концентратора радона термос объемом в 2 л, в течение двух суток после помещения руды в сосуд с жидким азотом, закрытый теплоизолированной крышкой, азот испаряется полностью, а концентрация радона внутри термоса составляет в среднем 12324±1848 Бк/м³. А при использовании 40-литрового сосуда жидкий азот испаряется за 14 суток без использования функции ускорения нагревом.

Для измерений используется прибор радиометр радона, например, типа РРА-01М-03, а определение уровня жидкого азота в процессе испарения проводится известными способами (измерительный щуп и др.).

Условия концентрирования радона в емкости не требуют поддержания стабильной температуры жидкого азота, поскольку радон превращается в жидкость при (-62)ºС. В целях ускорения испарения жидкого азота устройство внутри емкости дополнительно содержит маломощный нагревательный элемент, например, на основе вольфрамовой проволоки.

Заявленное техническое решение иллюстрируется чертежами, где на фигуре 1 схематично показано устройство криогенного концентратора радона, фигуре 2 – схема измерения содержания радона с помощью радиометра.

Установка представляет собой теплоизолированную емкость 1, например, по аналогии с сосудом (термосом) Дьюара - двойной теплоизолированной стенкой, с широким заливным патрубком (горловиной) 2, закрываемый теплоизолированной крышкой 3. Во внутренней стенке емкости 1 установлен нагревательный элемент 6 с термодатчиками, подключаемый к электросети. При этом крышка 3 изготовлена из радонопроницаемого материала и может иметь дополнительные отверстия для свободного испарения жидкого азота. В патрубок 2 в подвешенном состоянии устанавливается съемный сетчатый контейнер 4, например, металлический, предназначенный для размещения радиоактивного эманирующего источника 5 (см. фигуру 1).

Устройство для криогенного концентрирования радона работает следующим образом.

На начальном этапе подбираются куски радиоактивного источника (например, минерала метасоматит с прожилками браннерита) мощностью дозы в среднем 300 мкР/ч, которая определяется посредством измерения мощности экспозиционной дозы дозиметром, например, типа ДРГ-01-Т.

Отобранная руда источника измельчается до фракции размерами частиц около 1,5-2,0 см, далее готовая навеска руды 5 размещается в сетчатый контейнер 4 устройства. При этом экспериментально установлено, что оптимальный вес руды, например, для емкости с объемом 40 л составляет около 2 кг.

Теплоизолированная емкость 1 наполняется жидким азотом, после чего с некоторой осторожностью в заливной патрубок 2 устанавливается сетчатый контейнер 4 с рудой 5.

Контейнер 4 представляет собой сетчатый цилиндр с диаметром, немного меньшим внутреннего диаметра заливного патрубка 2, что позволяет контейнер 4 свободно устанавливать и извлекать из него, с широким краем (фланцем) в верхней части, за которое подвешивается в патрубке 2.

После загрузки контейнера 4 через патрубок 2 емкость 1 закрывается крышкой 3. При этом не исключается непосредственный контакт жидкого азота с рудой 5 в контейнере 4.

Таким образом, начинается процесс криогенного концентрирования радона из эманирующего источника. Эффект концентрирования радона основан на использовании механизма сжижения радона при температуре (-62)ºС, при этом радон скапливается на дне емкости 1. Контроль содержания радона в концентраторе выполняется посредством измерений объемных содержаний радона при помощи радиометра радона, например, типа РРА-01М-03, Alpha GUARD.

При необходимости ускорения испарения жидкого азота (например, для емкостей большего объема) подключается маломощное нагревательное устройство 6 с термодатчиками, управляемое через внешний пульт управления 7. При этом обогрев осуществляется до достижения температуры в камере до (-100)ºС. Экспериментально показано, что путем дополнительного обогрева достигается сокращение процесса испарения жидкого азота до 2 суток в емкости с объемом 40 л.

С течением времени в донной части образуется твердый радон 8 (см. фигуру 1). Т.к. в жидком состоянии измерять радон невозможно, измерения производятся после полного испарения жидкого азота. При этом используется следующая схема: частично снимается крышка 3, через образуемый щель через патрубок 2 в емкость 1 помещается трубка 9 радиометра радона, изготовленная, например, из силиконового материала, соединенная другим концом с измерительной камерой радиометра 10 для забора анализируемого воздуха. Измерения ведут в трех положениях трубки 9 внутри емкости 1: на донной (а), серединной (б) и верхней (в) частях емкости (см. фигуру 2), в которых определяют концентрацию получаемого радона.

Таким образом, экспериментально доказано, что с помощью жидкого азота и радиоактивного эманирующего источника можно сконцентрировать радон до высоких содержаний, а предлагаемое простейшее устройство позволяет выполнить предварительное концентрирование радона при температуре жидкого азота. Получаемый радон может быть перенесен известными способами в хранилище для последующего использования по назначению.

Claims (2)

1. Криогенный концентратор радона, содержащий твердый радиоактивный эманирующий источник, размещенный в реакторе с заливным патрубком, плотно закрываемой крышкой, выполненной из радонопроницаемого материала, отличающийся тем, что в качестве реактора используют теплоизолированную емкость, заполненную жидким азотом, содержащую в заливном патрубке съемный сетчатый контейнер для размещения твердого радиоактивного источника.

2. Криогенный концентратор радона по п. 1, отличающийся тем, что внутри реактора дополнительно содержит нагревательный элемент с термодатчиками.

Images