RU2509375C2 - Respiratory phantom impactor - Google Patents
Respiratory phantom impactor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2509375C2 RU2509375C2 RU2012121978/14A RU2012121978A RU2509375C2 RU 2509375 C2 RU2509375 C2 RU 2509375C2 RU 2012121978/14 A RU2012121978/14 A RU 2012121978/14A RU 2012121978 A RU2012121978 A RU 2012121978A RU 2509375 C2 RU2509375 C2 RU 2509375C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cascade
- aerosols
- deposition
- deposited
- nozzle
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам для дисперсного анализа радиоактивных аэрозолей, поступающих в организм человека с вдыхаемым воздухом, и предназначено для моделирования фракционного осаждения аэрозольных частиц в отделах респираторного тракта человека с целью отображения распределения ожидаемой эффективной дозы внутреннего облучения по органам и тканям. Устройство может быть использовано для проведения радиационного контроля чистоты воздуха на предприятиях атомной энергетики и промышленности и в окружающей среде, а также для оценки эффективности средств индивидуальной защиты (СИЗ) по отношению к радиоактивным аэрозолям различной дисперсности.The invention relates to a device for the dispersed analysis of radioactive aerosols entering the human body with inhaled air, and is intended to simulate the fractional deposition of aerosol particles in the human respiratory tract in order to display the distribution of the expected effective dose of internal exposure to organs and tissues. The device can be used for radiation monitoring of air purity at the enterprises of nuclear energy and industry and in the environment, as well as for assessing the effectiveness of personal protective equipment (PPE) in relation to radioactive aerosols of various dispersion.
Основными факторами, формирующими дозу внутреннего облучения при ингаляционном поступлении радиоактивных аэрозолей, являются дисперсный и радионуклидный состав, а также типы химических соединений [1, 2]. Из известных методов определения дисперсности аэрозолей наибольшее распространение получили метод многослойных фильтров и метод многокаскадных импакторов [3, 4]. С помощью этих методов получают гистограммы распределения частиц аэрозолей по диаметрам и параметры этого распределения. Если распределение активности по размерам частиц дисперсной фазы аэрозоля является логарифмически нормальным, то основными параметрами являются значения активностного медианного аэродинамического диаметра (АМАД) и стандартного геометрического отклонения. Зная эти параметры, можно оценить распределение осаждающихся аэрозольных частиц по отделам респираторного тракта человека. Однако если распределение активности по размерам частиц дисперсной фазы аэрозоля не является логарифмически нормальным, то для оценки распределения ожидаемой эффективной дозы внутреннего облучения по органам и тканям респираторного тракта человека возникает необходимость применения устройства, моделирующего фракционное осаждение аэрозольных частиц в каждом из отделов респираторного тракта человека.The main factors that form the dose of internal exposure during inhalation of radioactive aerosols are the dispersed and radionuclide composition, as well as the types of chemical compounds [1, 2]. Of the known methods for determining the dispersion of aerosols, the most widely used method are multilayer filters and the method of multistage impactors [3, 4]. Using these methods, histograms of the distribution of aerosol particle diameters and the parameters of this distribution are obtained. If the distribution of activity by particle size of the dispersed phase of the aerosol is logarithmically normal, then the main parameters are the activity median aerodynamic diameter (AMAD) and standard geometric deviation. Knowing these parameters, it is possible to estimate the distribution of deposited aerosol particles in the human respiratory tract. However, if the distribution of activity by particle size of the dispersed phase of the aerosol is not logarithmically normal, then to assess the distribution of the expected effective dose of internal exposure to the organs and tissues of the human respiratory tract, it becomes necessary to use a device that simulates the fractional deposition of aerosol particles in each of the sections of the human respiratory tract.
Известно применение каскадного импактора в медицине для определения эффективности использования устройств доставки ингаляционных лекарственных препаратов [5], однако, данное устройство не предназначено для пробоотбора радиоактивных аэрозолей.It is known to use a cascade impactor in medicine to determine the effectiveness of using inhaled drug delivery devices [5], however, this device is not intended for sampling radioactive aerosols.
Известно применение каскадного импактора Андерсена в качестве имитатора респираторного тракта человека для осаждения радиоактивных аэрозолей [6]. К недостаткам данного устройства следует отнести собственно конструкцию, при которой невозможно оперативное проведение анализа активности отобранных фракций радиоактивных аэрозолей.It is known to use the cascade impactor Andersen as a simulator of the human respiratory tract for the deposition of radioactive aerosols [6]. The disadvantages of this device include the actual design, in which it is impossible to quickly analyze the activity of the selected fractions of radioactive aerosols.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является каскадный импактор по патенту РФ на изобретение №2239815 [7]. К достоинствам данного устройства следует отнести простоту в использовании, обеспечение возможности оперативного получения данных, компактность и дешевизну. К недостаткам данного устройства можно отнести невозможность отображения распределения ожидаемой эффективной дозы внутреннего облучения при ингаляционном поступлении радиоактивных аэрозолей в случаях, когда распределение активности по размерам частиц дисперсной фазы аэрозоля не является логарифмически нормальным.The closest in technical essence and the achieved result is a cascade impactor according to the patent of the Russian Federation for invention No. 2239815 [7]. The advantages of this device include ease of use, providing the ability to quickly obtain data, compactness and low cost. The disadvantages of this device include the inability to display the distribution of the expected effective dose of internal exposure during inhalation of radioactive aerosols in cases where the distribution of activity by particle size of the dispersed phase of the aerosol is not logarithmically normal.
Целью данного изобретения является создание импактора-фантома респираторного тракта человека, моделирующего фракционное осаждение аэрозольных частиц в каждом из отделов респираторного тракта человека и позволяющего оперативно проводить оценку распределения ожидаемой эффективной дозы внутреннего облучения по тканям и органам респираторного тракта при ингаляционном поступлении радиоактивных аэрозолей с использованием спектрометрических и радиометрических приборов (независимо от того, является ли распределение активности по размерам частиц дисперсной фазы аэрозоля логарифмически нормальным).The aim of this invention is the creation of an impact phantom of the human respiratory tract, simulating the fractional deposition of aerosol particles in each of the sections of the human respiratory tract and allowing you to quickly evaluate the distribution of the expected effective dose of internal exposure to the tissues and organs of the respiratory tract when inhaled by radioactive aerosols using spectrometric and radiometric devices (regardless of whether the distribution of activity by EPAM dispersed phase of aerosol lognormal).
Для достижения поставленной цели был создан импактор-фантом респираторного тракта человека, содержащий каскадные элементы, расположенные в пробоотборной корзине, размещенной в корпусе, при этом каждый каскадный элемент (кроме последнего) состоял из сопельной пластины, коллекторной пластины с нанесенным на ее поверхность вязким веществом и двух разделительных колец, в качестве последнего каскадного элемента использовался фильтр, к верхней части корпуса посредством резьбового соединения присоединялся штуцер, применяемый для отбора проб из замкнутых технологических пространств, герметичных боксов. На коллекторных пластинах каскадных элементов импактора-фантома осуществлялось инерционное осаждение аэрозолей, моделирующее фракционное осаждение аэрозолей в отделах респираторного тракта человека. Однако новый импактор обладал высоким аэродинамическим сопротивлением. Чтобы преодолеть этот недостаток, было предложено изготавливать сопельные пластины с сопельными отверстиями, имеющими на входе фаску под углом 45°, что обеспечило уменьшение аэродинамического сопротивления устройства.To achieve this goal, an impact phantom of the human respiratory tract was created containing cascade elements located in a sampling basket placed in the housing, each cascade element (except the last) consisting of a nozzle plate, a collector plate with a viscous substance deposited on its surface and two dividing rings, a filter was used as the last cascade element, a fitting used to select about from closed technological spaces, tight boxes. Inertial deposition of aerosols was carried out on the collector plates of the cascade elements of the impactor-phantom, simulating the fractional deposition of aerosols in the parts of the human respiratory tract. However, the new impactor had a high aerodynamic drag. To overcome this drawback, it was proposed to produce nozzle plates with nozzle openings having a chamfer at the inlet at an angle of 45 °, which ensured a decrease in the aerodynamic drag of the device.
Эффективность осаждения частиц εi, на коллекторной пластине i-го каскадного элемента импактора-фантома есть отношение числа частиц данного аэродинамического диаметра, осевших на коллекторной пластине i-го каскадного элемента, к числу частиц этого же диаметра, находившихся в струе воздуха, направленной на данный каскадный элемент, вычисляется [8] по формуле (I):The efficiency of particle deposition ε i on the collector plate of the i-th cascade element of the impactor-phantom is the ratio of the number of particles of a given aerodynamic diameter deposited on the collector plate of the i-th cascade element to the number of particles of the same diameter in the air stream directed at this cascade element, calculated [8] by the formula (I):
где N1 - число частиц данного аэродинамического диаметра, осевших на коллекторной пластине i-го каскадного элемента;where N 1 is the number of particles of a given aerodynamic diameter deposited on the collector plate of the i-th cascade element;
N2 - число частиц того же диаметра, находившихся в струе воздуха, направленной на данный каскадный элемент.N 2 - the number of particles of the same diameter, which were in a stream of air directed at a given cascade element.
Аэродинамический диаметр, соответствующий εi=0,5 называется эффективным каскадным аэродинамическим диаметром разделения D50 (англ. ECAD - Effective Cut off Aerodynamic Diameter) [9]. Его расчет производился по формуле (2):The aerodynamic diameter corresponding to ε i = 0.5 is called the effective cascade aerodynamic diameter of separation D 50 (Eng. ECAD - Effective Cut off Aerodynamic Diameter) [9]. His calculation was carried out according to the formula (2):
где D50 - эффективный каскадный аэродинамический диаметр разделения, мкм;where D 50 - effective cascade aerodynamic diameter of separation, microns;
St50 - число Стокса, соответствующее аэродинамическому диаметру частицы с эффективностью осаждения 50%;St 50 is the Stokes number corresponding to the aerodynamic diameter of the particle with a deposition efficiency of 50%;
µ - кинематическая вязкость, г/см·с;µ is the kinematic viscosity, g / cm · s;
W - диаметр сопла, см;W is the diameter of the nozzle, cm;
ρч - плотность частиц аэрозоля, г/см3;ρ h - the density of aerosol particles, g / cm 3 ;
СС - поправка Каннингема;C C - Cunningham amendment;
V - линейная скорость движения частиц в сопельном отверстии, см/с. Линейная скорость движения частиц V в сопельном отверстии определяется [8] по формуле (3):V is the linear velocity of particles in the nozzle hole, cm / s The linear velocity of particles V in the nozzle hole is determined [8] by the formula (3):
где N - число сопел;where N is the number of nozzles;
Q - расход воздуха через импактор, л/мин.Q - air flow through the impactor, l / min.
Следовательно, требуемое значение D50 может быть достигнуто при различных комбинациях параметров N и W.Therefore, the desired value of D 50 can be achieved with various combinations of parameters N and W.
Отделы респираторного тракта дифференцированы в соответствии с дозиметрической моделью дыхательной системы Публикации 66 МКРЗ [2], которая формально описывается как набор последовательно расположенных фильтров, обладающих специфическими эффективностями улавливания аэрозольных частиц. Респираторный тракт человека в Публикации 66 МКРЗ представлен в виде четырех анатомических отделов, причем первый, третий и четвертый отделы включают по два подотдела (фиг.1):Respiratory tract departments are differentiated in accordance with the dosimetric model of the respiratory system of Publication 66 of the ICRP [2], which is formally described as a set of sequentially arranged filters with specific aerosol particle capture efficiencies. The human respiratory tract in Publication 66 of the ICRP is presented in the form of four anatomical departments, with the first, third and fourth departments comprising two sub-departments (FIG. 1):
1. Экстраторакальный отдел (ЕТ) состоит из передней части носового хода (ЕТ1), и задней части носового хода (ЕТ2).1. Extrathoracic department (ET) consists of the front of the nasal passage (ET 1 ), and the rear of the nasal passage (ET 2 ).
2. Трахеобронхиальный отдел (ВВ), включает трахею и бронхи.2. Tracheobronchial section (BB), includes the trachea and bronchi.
3. Бронхиолярный отдел (bb), состоит из первичных бронхиол и терминальных бронхиол.3. The bronchiolar division (bb), consists of primary bronchioles and terminal bronchioles.
4. Альвеолярно-интерстициальный отдел (AI) состоит из респираторных бронхиол и альвеол и др.4. The alveolar-interstitial department (AI) consists of respiratory bronchioles and alveoli, etc.
На фиг.1 показано соответствие каскадных элементов импактора-фантома отделам и подотделам респираторного тракта человека, выделенным в соответствии с Публикацией 66 МКРЗ, с указанием эффективных каскадных аэродинамических диаметров разделения D50 каскадных элементов (при объемом расходе воздуха 20 л/мин):Figure 1 shows the correspondence of the cascade elements of the impact phantom to the departments and subdivisions of the human respiratory tract, allocated in accordance with Publication 66 of the ICRP, indicating the effective cascade aerodynamic diameters of the separation D 50 of the cascade elements (with an air flow rate of 20 l / min):
- на коллекторной пластине первого каскадного элемента происходит инерционное осаждение размерной фракции аэрозолей, осаждающейся в передней части носового хода (D50=9,0 мкм);- on the collector plate of the first cascade element there is an inertial deposition of the size fraction of aerosols deposited in the front of the nasal passage (D 50 = 9.0 μm);
- на коллекторной пластине второго каскадного элемента происходит инерционное осаждение размерной фракции аэрозолей, осаждающейся в задней части носового хода (D50=5,8 мкм);- on the collector plate of the second cascade element there is an inertial deposition of the size fraction of aerosols deposited in the back of the nasal passage (D 50 = 5.8 μm);
- на коллекторной пластине третьего каскадного элемента происходит инерционное осаждение размерной фракции аэрозолей, оседающей в трахее и бронхах (D50=4,7 мкм);- on the collector plate of the third cascade element there is an inertial deposition of the size fraction of aerosols deposited in the trachea and bronchi (D 50 = 4.7 μm);
- на коллекторной пластине четвертого каскадного элемента происходит инерционное осаждение размерной фракции аэрозолей, осаждающейся в первичных бронхиолах (D50=3,3 мкм);- on the collector plate of the fourth cascade element, inertial deposition of the size fraction of aerosols deposited in the primary bronchioles occurs (D 50 = 3.3 μm);
- на коллекторной пластине пятого каскадного элемента происходит инерционное осаждение размерной фракции аэрозолей, осаждающейся в терминальных бронхиолах (D50=1,1 мкм);- on the collector plate of the fifth cascade element, inertial deposition of the size fraction of aerosols deposited in terminal bronchioles occurs (D 50 = 1.1 μm);
- на коллекторной пластине шестого каскадного элемента происходит инерционное осаждение размерной фракции аэрозолей, осаждающейся в респираторных бронхиолах (D50=0,6 мкм);- on the collector plate of the sixth cascade element, inertial deposition of the size fraction of aerosols deposited in respiratory bronchioles occurs (D 50 = 0.6 μm);
- на седьмом каскадном элементе, в качестве которого используется фильтр, происходит осаждение размерной фракции аэрозолей, которая в респираторном тракте человека оседает в альвеолах (D50 меньше 0,6 мкм).- on the seventh cascade element, which is used as a filter, the size fraction of aerosols is deposited, which in the human respiratory tract settles in the alveoli (D 50 less than 0.6 μm).
Каскадные элементы импактора-фантома размещены в пробоотборной корзине (фиг.2), что обеспечивает оперативность замены каскадных элементов. Использование в конструкции коллекторных пластин, имеющих форму тонких плоских дисков, в центре которых находится круглое отверстие для прохождения воздушного потока на следующий каскадный элемент или фильтр, позволяет размещать непосредственно эти коллекторные пластины в стандартных спектрометрических и радиометрических приборах при анализе активности фракций аэрозоля. Сопельные пластины (фиг.3, фиг.4) представляют собой плоские диски с сопельными отверстиями, равномерно распределенными по нескольким концентрическим окружностям (или по одной окружности). Многосопельность способствует равномерному распределению осажденных аэрозольных частиц по поверхности коллекторных пластин всех каскадных элементов. Кроме того, диаметр сопельного отверстия на сопельной пластине не превышает толщины сопельной пластины, что повышает избирательность каждого каскадного элемента к размеру осаждаемых аэрозольных частиц.Cascading elements of the impactor-phantom are placed in the sampling basket (figure 2), which ensures the speed of replacement of cascading elements. The use of collector plates in the design of thin flat disks, in the center of which there is a circular hole for air flow to the next cascade element or filter, allows these collector plates to be placed directly in standard spectrometric and radiometric devices when analyzing the activity of aerosol fractions. The nozzle plates (FIG. 3, FIG. 4) are flat disks with nozzle openings evenly distributed over several concentric circles (or one circle). Mnogosopelnost promotes uniform distribution of deposited aerosol particles on the surface of the collector plates of all cascade elements. In addition, the diameter of the nozzle hole on the nozzle plate does not exceed the thickness of the nozzle plate, which increases the selectivity of each cascade element to the size of the deposited aerosol particles.
Устройство позволяет также проводить измерение дисперсного состава аэрозоля, который предварительно был пропущен через средство индивидуальной защиты органов дыхания. Определяя изменение дисперсного состава и общего количества аэрозолей при прохождении воздушного потока через СИЗ, можно оценивать эффективность СИЗ по отношению к радиоактивным аэрозолям различной дисперсности.The device also allows you to measure the dispersed composition of the aerosol, which was previously passed through a respiratory protective equipment. By determining the change in the disperse composition and the total number of aerosols during the passage of air flow through the PPE, it is possible to evaluate the effectiveness of the PPE in relation to radioactive aerosols of different dispersion.
На фиг.1 показано соответствие каскадных элементов импактора-фантома отделам и подотделам респираторного тракта человека, выделенным в соответствии с Публикацией 66 МКРЗ [2], с указанием эффективных каскадных аэродинамических диаметров разделения каскадных элементов (D50); на фиг.2 изображена схема компоновки пробоотборной корзины устройства; на фиг.3 - сопельная пластина с сопельными отверстиями, распределенными по трем концентрическим окружностям; на фиг.4 - сопельная пластина с сопельными отверстиями, распределенными по одной окружности; на фиг.5 - устройство в разрезе; на фиг.6 - схема подключения устройства.Figure 1 shows the correspondence of the cascade elements of the impact phantom to the departments and subdivisions of the human respiratory tract, allocated in accordance with Publication 66 of the ICRP [2], indicating the effective cascade aerodynamic diameters of the separation of the cascade elements (D 50 ); figure 2 shows the layout of the sampling basket of the device; figure 3 - nozzle plate with nozzle holes distributed over three concentric circles; figure 4 - nozzle plate with nozzle holes distributed along one circumference; figure 5 is a device in section; figure 6 - connection diagram of the device.
Предлагаемое устройство (фиг.2 и фиг.5) состоит из нижней части корпуса 1, верхней части корпуса 2, пробоотборной корзины 3 и каскадных элементов. Первый каскадный элемент импактора-фантома состоит из сопельной пластины 4, разделительного кольца 5, коллекторной пластины 6, на которой происходит инерционное осаждение размерной фракции аэрозолей, осаждающейся в передней части носового хода человека (подотдел ET1 экстраторакального отдела ЕТ в дозиметрической модели Публикации 66 МКРЗ [2]) и разделительного кольца 7, которое отделяет коллекторную пластину 6 первого каскадного элемента от сопельной пластины 8 второго каскадного элемента. Второй каскадный элемент состоит из сопельной пластины 8, разделительного кольца 9, коллекторной пластины 10, на которой происходит инерционное осаждение размерной фракции аэрозолей, осаждающейся в задней части носового хода человека (подотдел ЕТ2 экстраторакального отдела ЕТ в дозиметрической модели Публикации 66 МКРЗ [2]) и разделительного кольца 11, которое отделяет коллекторную пластину 10 второго каскадного элемента от сопельной пластины 12 третьего каскадного элемента импактора-фантома. Третий каскадный элемент состоит из сопельной пластины 12, разделительного кольца 13, коллекторной пластины 14, на которой происходит инерционное осаждение размерной фракции аэрозолей, оседающей в трахее и бронхах (трахеобронхиальный отдел ВВ в дозиметрической модели Публикации 66 МКРЗ [2]) и разделительного кольца 15, отделяющего коллекторную пластину 14 третьего каскадного элемента от сопельной пластины 16 четвертого каскадного элемента. Четвертый каскадный элемент состоит из сопельной пластины 16, разделительного кольца 17, коллекторной пластины 18, на которой происходит инерционное осаждение размерной фракции аэрозолей, осаждающейся в первичных бронхиолах (бронхиолярный отдел bb в дозиметрической модели Публикации 66 МКРЗ [2]) и разделительного кольца 19, отделяющего коллекторную пластину 18 четвертого каскадного элемента от сопельной пластины 20 пятого каскадного элемента. Пятый каскадный элемент состоит из сопельной пластины 20, разделительного кольца 21, коллекторной пластины 22, на которой происходит осаждение размерной фракции аэрозолей, осаждающейся в терминальных бронхиолах (бронхиолярный отдел bb в дозиметрической модели Публикации 66 МКРЗ [2]) и разделительного кольца 23, отделяющего коллекторную пластину 22 пятого каскадного элемента от сопельной пластины 24 шестого каскадного элемента. Шестой каскадный элемент состоит из сопельной пластины 24, разделительного кольца 25, коллекторной пластины 26, на которой происходит инерционное осаждение размерной фракции аэрозолей, осаждающейся в респираторных бронхиолах (альвеолярно-интерстициальный отдел AI) и разделительного кольца 27, отделяющего коллекторную пластину 26 шестого каскадного элемента от седьмого каскадного элемента (фильтра) 28, на котором происходит осаждение размерной фракции аэрозолей, осаждающейся в альвеолах (альвеолярно-интерстициальный отдел AI в дозиметрической модели Публикации 66 МКРЗ [2]). Пробоотборная корзина 3 представляет собой полый цилиндр, открытый сверху и имеющий снизу крестовину для фиксации фильтра и других каскадных элементов. Она имеет две выемки по боковым стенкам для удобства установки каскадных элементов. К верхней части корпуса 2 посредством резьбового соединения присоединяется штуцер 29, обе части корпуса соединяются при помощи крепежных винтов 30, для уплотнения используются прокладки 31, 32. В нижней части корпуса 1 находится штуцер 33 для подсоединения побудителя расхода.The proposed device (figure 2 and figure 5) consists of the lower part of the
Работа устройства.The operation of the device.
Подготовка устройства к работе осуществляется в следующем порядке: производят компоновку пробоотборной корзины 3 в соответствии со схемой на фиг.2, предварительно нанеся на поверхности коллекторных пластин 6, 10, 14, 18, 22, 26 вязкое вещество; помещают прокладку 32 в нижнюю часть корпуса 1; затем помещают скомпонованную пробоотборную корзину 3 в нижнюю часть корпуса 1, которую соединяют с верхней частью корпуса 2 при помощи крепежных винтов 30, для уплотнения используется прокладка 31. К штуцеру 33 в нижней части корпуса подсоединяется побудитель расхода 34, снабженный расходомером 35, как показано на схеме подключения устройства (фиг.6).The preparation of the device for operation is carried out in the following order: the
Отбор радиоактивного аэрозоля осуществляется при помощи побудителя расхода, который обеспечивает объемный расход, не выходящий за допустимые пределы (20 л/мин), что соответствует средней скорости дыхания человека в соответствии с «Нормами радиационной безопасности» (НРБ-99/2009) СанПиН 2.6.1.2523-09, п.4.2 [1].The selection of a radioactive aerosol is carried out using a flow rate stimulator that provides a volumetric flow rate that does not exceed acceptable limits (20 l / min), which corresponds to the average person’s breathing rate in accordance with the “Radiation Safety Standards” (NRB-99/2009) SanPiN 2.6. 1.2523-09, paragraph 4.2 [1].
Импактор-фантом устанавливается по месту отбора пробы, затем включается побудитель расхода 34, воздух, содержащий аэрозольные частицы, поступает в устройство через штуцер 29 и формируется в поток с заданными пространственно-скоростными параметрами. Попадая внутрь устройства, частицы аэрозоля движутся вместе с воздушным потоком с линейной скоростью, задаваемой размерами и количеством сопельных отверстий сопельной пластины 4. Резкое изменение направления движения потока после прохождения потоком сопельных отверстий сопельной пластины 4 первого каскадного элемента приводит к тому, что в силу своей инерции наиболее массивные частицы не успевают изменить направление своего движения и осаждаются в вязком веществе, покрывающем коллекторную пластину 6 первого каскадного элемента, при этом на коллекторной пластине 6 первого каскадного элемента происходит инерционное осаждение размерной фракции аэрозолей, осаждающейся в передней части носового хода человека (подотдел ET1 экстраторакального отдела ЕТ в дозиметрической модели Публикации 66 МКРЗ [2]). Далее воздушные потоки через сопельные отверстия сопельной пластины 8 поступают на второй каскадный элемент, где они вновь изменяют направление и направляются к отверстию, расположенному в центре коллекторной пластины 10, при этом на поверхности коллекторной пластины 10 второго каскадного элемента происходит инерционное осаждение размерной фракции аэрозолей, осаждающейся в задней части носового хода человека (подотдел ЕТ2 экстраторакального отдела ЕТ в дозиметрической модели Публикации 66 МКРЗ [2]). Затем воздушные потоки через сопельные отверстия сопельной пластины 12 поступают на третий каскадный элемент и еще раз, резко изменяют направление в сторону отверстия в центре коллекторной пластины 14, при этом на коллекторной пластине 14 третьего каскадного элемента происходит осаждение размерной фракции аэрозолей, оседающей в трахее и бронхах (трахеобронхиальный отдел ВВ в дозиметрической модели Публикации 66 МКРЗ [2]). Далее воздушные потоки через сопельные отверстия сопельной пластины 16 поступают на четвертый каскадный элемент, где они резко изменяют направление и направляются к отверстию в центре коллекторной пластины 18, при этом на коллекторной пластине 18 четвертого каскадного элемента происходит инерционное осаждение размерной фракции аэрозолей, осаждающейся в первичных бронхиолах (бронхиолярный отдел bb в дозиметрической модели Публикации 66 МКРЗ [2]). Затем воздушные потоки через сопельные отверстия сопельной пластины 20 поступают на пятый каскадный элемент, резко изменяют направление в сторону отверстия в центре коллекторной пластины 22, при этом на коллекторной пластине 22 пятого каскадного элемента происходит осаждение размерной фракции аэрозолей, осаждающейся в терминальных бронхиолах (бронхиолярный отдел bb в дозиметрической модели Публикации 66 МКРЗ [2]). После чего воздушные потоки через разгонные отверстия сопельной пластины 24 поступают на шестой каскадный элемент, где соединяются в центре коллекторной пластины 26 в один поток, при этом на поверхности коллекторной пластины 26 шестого каскадного элемента происходит инерционное осаждение размерной фракции аэрозолей, осаждающейся в респираторных бронхиолах (альвеолярно-интерстициальный отдел AI в дозиметрической модели Публикации 66 МКРЗ [2]). После коллекторной пластины шестого каскадного элемента воздушный поток направляется к фильтру 28, оставшиеся в воздушном потоке аэрозольные частицы оседают на фильтре 28, так происходит осаждение размерной фракции аэрозолей, которая в респираторном тракте человека оседает в альвеолах (альвеолярно-интерстициальный отдел AI в дозиметрической модели Публикации 66 МКРЗ [2]), после этого воздушный поток выходит через штуцер 33 в нижней части корпуса устройства. Отбор пробы производится в зависимости от характера решаемой задачи в течение 0,5-3 часов, после чего побудитель расхода 34 отключается. Импактор-фантом 36 разбирается: верхняя часть корпуса 2 отсоединяется, корзина 3 с каскадными элементами вынимается или заменяется на новую. Каскадные элементы с осторожностью извлекаются из корзины. Измерение активности, накопленной на коллекторных пластинах и фильтре производится с помощью спектрометрических и радиометрических приборов.The impactor phantom is installed at the sampling location, then the
Пример 1.Example 1
Оценка распределения ожидаемой эффективной дозы внутреннего облучения по отделам респираторного тракта при ингаляционном поступлении радиоактивного аэрозоля, содержащего двуокись плутония 239PuO2.Estimation of the distribution of the expected effective dose of internal exposure in the respiratory tract during inhalation of a radioactive aerosol containing plutonium dioxide 239 PuO 2 .
В зависимости от скорости перехода радионуклида из легких в кровь химические соединения радионуклидов, находящихся на аэрозольных частицах, разделены на три типа: М - медленно растворимые соединения, П - соединения, растворимые с промежуточной скоростью, и Б - быстро растворимые соединения [4]. 239PuO2 по скорости абсорбции относится к типу М [1], что в дальнейшем учитывается при определении эффективной дозы внутреннего облучения. Для оценки распределения ожидаемой эффективной дозы внутреннего облучения по отделам респираторного тракта человека при ингаляционном поступлении радиоактивного аэрозоля 239PuO2 действуют следующим образом: производят компоновку пробоотборной корзины 3 в соответствии со схемой на фиг.2, предварительно нанеся на поверхности коллекторных пластин 6, 10, 14, 18, 22, 26 вязкое вещество (ЦИАТИМ-221, ГОСТ 9433-80). Диаметр сопельных отверстий и толщину сопельных пластин 4, 8, 12, 16, 20, 24 подбирают с учетом того, что объемная скорость воздушного потока устанавливается равной 20 л/мин: первая сопельная пластина 4 при толщине 3,0 мм имеет 24 сопельных отверстия диаметром 2,8 мм, вторая сопельная пластина 8 при толщине 2,0 мм имеет 24 сопельных отверстия диаметром 2,0 мм, третья сопельная пластина 12 при толщине 2,0 мм имеет 24 сопельных отверстия диаметром 1,8 мм, четвертая сопельная пластина 16 при толщине 2,0 мм имеет 24 сопельных отверстия диаметром 1,4 мм, пятая сопельная пластина 20 при толщине 1,0 мм имеет 24 сопельных отверстия диаметром 0,7 мм, шестая сопельная пластина 24 при толщине 1,0 мм имеет 12 сопельных отверстий диаметром 0,5 мм. Расположение сопельных отверстий для первых пяти сопельных пластин представлено на фиг.3, а для шестой сопельной пластины - на фиг.4. Затем помещают прокладку 32 в нижнюю часть корпуса; помещают скомпонованную пробоотборную корзину 3 в нижнюю часть корпуса 1, которую соединяют с верхней частью корпуса 2 при помощи крепежных винтов 30, для уплотнения используется прокладка 31 (фиг.5). Импактор-фантом устанавливают по месту отбора пробы, затем с помощью побудителя расхода 34, снабженного расходомером 35, устанавливают объемную скорость прокачки воздушного потока через устройство, равную 20 л/мин (фиг.6). Пробоотбор производят в течение 3 часов. По окончании отбора разбирают импактор-фантом 36 и вынимают пробоотборную корзину 3. Коллекторные пластины изымают, не нарушая смазанных поверхностей. Для измерения активности коллекторные пластины устанавливают поочередно в держатель радиометра и производят измерение активности. Затем, рассчитывают значения ожидаемой эффективной дозы внутреннего облучения при ингаляции для каждого отдела респираторного тракта. Для этого значение активности аэрозольной фракции, осажденной на поверхности данной коллекторной пластины, умножают на дозовый коэффициент, зависящий от нуклидного состава, класса растворимости и дисперсности аэрозоля [10]. В результате получают распределение ожидаемой эффективной дозы внутреннего облучения при ингаляции по органам и тканям респираторного тракта человека. Результаты заносят в таблицу 1.Depending on the rate of transfer of the radionuclide from the lungs to the blood, the chemical compounds of the radionuclides located on aerosol particles are divided into three types: M — slowly soluble compounds, P — compounds soluble at an intermediate speed, and B — rapidly soluble compounds [4]. 239 PuO 2 in terms of absorption rate is of type M [1], which is subsequently taken into account when determining the effective dose of internal exposure. To assess the distribution of the expected effective dose of internal radiation in the respiratory tract of a person with inhalation of radioactive aerosol 239 PuO 2, proceed as follows: the
На основании полученных данных можно заключить, что наибольшее значение ожидаемой эффективной дозы приходится на бронхиолярный отдел bb (первичные бронхиолы).Based on the data obtained, we can conclude that the greatest value of the expected effective dose falls on the bronchial bb (primary bronchioles).
Пример 2.Example 2
Оценка распределения ожидаемой эффективной дозы внутреннего облучения по отделам респираторного тракта при ингаляционном поступлении радиоактивного аэрозоля, содержащего двуокись полония 210PoO2.Evaluation of the distribution of the expected effective dose of internal exposure in the respiratory tract upon inhalation of a radioactive aerosol containing polonium dioxide 210 PoO 2 .
Для оценки распределения ожидаемой эффективной дозы внутреннего облучения по отделам респираторного тракта при ингаляционном поступлении радиоактивного аэрозоля, содержащего двуокись полония 210PoO2 (тип абсорбции: П) действуют следующим образом: производят компоновку пробоотборной корзины 3 в соответствии со схемой на фиг.2, предварительно нанеся на поверхности коллекторных пластин 6, 10, 14, 18, 22, 26 вязкое вещество (ЦИАТИМ-221, ГОСТ 9433-80). Диаметр сопельных отверстий и толщину сопельных пластин (фиг.3, 4) подбирают с учетом того, что объемная скорость воздушного потока устанавливается равной 20 л/мин. Далее подготовку устройства к работе осуществляют так же, как в примере 1. Импактор-фантом устанавливают по месту отбора пробы, затем с помощью побудителя расхода 34, снабженного расходомером 35, устанавливают объемную скорость прокачки воздушного потока через устройство, равную 20 л/мин (фиг.6). Пробоотбор производят в течение одного часа. По окончании отбора разбирают импактор-фантом 36 и вынимают пробоотборную корзину 3. Коллекторные пластины изымают, не нарушая смазанных поверхностей. Для измерения активности коллекторные пластины устанавливают поочередно в держатель радиометра и производят измерение активности. Затем, рассчитывают значения ожидаемой эффективной дозы внутреннего облучения при ингаляции для каждого отдела респираторного тракта. Для этого значение активности аэрозольной фракции, осажденной на поверхности данной коллекторной пластины умножают на дозовый коэффициент, зависящий от нуклидного состава, класса растворимости и дисперсности аэрозоля [10]. В результате получают распределение ожидаемой эффективной дозы внутреннего облучения при ингаляции по органам и тканям респираторного тракта человека. Результаты заносят в таблицу 2.To assess the distribution of the expected effective dose of internal exposure in the respiratory tract upon inhalation of a radioactive aerosol containing polonium dioxide 210 PoO 2 (absorption type: P), proceed as follows: make the
На основании полученных данных можно заключить, что наибольшее значение ожидаемой эффективной дозы приходится на бронхиолярный отдел bb (терминальные бронхиолы).Based on the data obtained, it can be concluded that the greatest value of the expected effective dose falls on the bronchial bb department (terminal bronchioles).
Таким образом, показано, что поставленная цель достигнута: создан импактор-фантом респираторного тракта человека, моделирующий фракционное осаждение аэрозольных частиц в каждом из отделов респираторного тракта человека и позволяющий с использованием спектрометрических и радиометрических приборов оперативно проводить оценку распределения ожидаемой эффективной дозы внутреннего облучения по тканям и органам респираторного тракта при ингаляционном поступлении радиоактивных аэрозолей, независимо от того, является ли распределение активности по размерам частиц дисперсной фазы аэрозоля логарифмически нормальным.Thus, it has been shown that the goal has been achieved: an impact phantom of the human respiratory tract has been created, which simulates the fractional deposition of aerosol particles in each part of the human respiratory tract and allows using the spectrometric and radiometric instruments to quickly evaluate the distribution of the expected effective dose of internal exposure to tissues and respiratory tract with inhalation of radioactive aerosols, regardless of whether the distribution of a ciency size of the dispersed phase of aerosol particles lognormal.
Источники информацииInformation sources
1. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009): Гигиенические нормативы. - М.: Центр санитарно-эпидемиологического нормирования гигиенической сертификации и экспертизы Минздрава России, 2009. - 73 с.1. Norms of radiation safety (NRB-99/2009): Hygienic standards. - M.: Center for Sanitary and Epidemiological Regulation of Hygienic Certification and Expertise of the Ministry of Health of Russia, 2009. - 73 p.
2. International Commission on Radiological Protection. Human respiratory tract model for radiological protection. ICRP Publication 66 // Ann. ICRP, - 1994. - Vol.24, Nos. 1-3. - 300 p.2. International Commission on Radiological Protection. Human respiratory tract model for radiological protection. ICRP Publication 66 // Ann. ICRP, 1994. Vol. 24, Nos. 1-3. - 300 p.
3. МУ 2.6.1.26-2000 Дозиметрический контроль профессионального внутреннего облучения. Общие требования. - 2000. - 53 с.3. MU 2.6.1.26-2000 Dosimetric control of professional internal exposure. General requirements. - 2000. - 53 p.
4. Будыка А.К., Борисов Н.Б. Волокнистые фильтры для контроля загрязнения воздушной среды. - М.: ИздАТ, 2008. - 359 с.4. Budyka A.K., Borisov N.B. Fiber filters to control air pollution. - M .: Publishing House, 2008 .-- 359 p.
5. RU 2175556 C2, 10.11.2001.5. RU 2175556 C2, 11/10/2001.
6. Papastefanou C. Radioactive Aerosols (Volume 12 in series «Radioactivity in the Environment»). - Argyll: Elsevier, 2008-186 p.6. Papastefanou C. Radioactive Aerosols (Volume 12 in series "Radioactivity in the Environment"). - Argyll: Elsevier, 2008-186 p.
7. RU 2239815 C1, 10.11.2004.7. RU 2239815 C1, 10.11.2004.
8. Kwon S.B., Kim M.C., Lee K.W. Effects of jet configuration on the performance of multi-nozzle impactors // Journal of Aerosol Science. - V.33, Issue 6, 2002. - P.859-869.8. Kwon S.B., Kim M.C., Lee K.W. Effects of jet configuration on the performance of multi-nozzle impactors // Journal of Aerosol Science. - V.33,
9. Райст П. Аэрозоли, введение в теорию. - М.: Мир, 1987. - 278 с.9. Raist P. Aerosols, an introduction to theory. - M.: Mir, 1987 .-- 278 p.
10. The ICRP Database of Dose Coefficients: Worker and Members of the Public [Electronic resource, CD-ROM]. - Elsevier Science Ltd, 2001.10. The ICRP Database of Dose Coefficients: Worker and Members of the Public [Electronic resource, CD-ROM]. - Elsevier Science Ltd, 2001.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012121978/14A RU2509375C2 (en) | 2012-05-29 | 2012-05-29 | Respiratory phantom impactor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012121978/14A RU2509375C2 (en) | 2012-05-29 | 2012-05-29 | Respiratory phantom impactor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012121978A RU2012121978A (en) | 2013-12-10 |
RU2509375C2 true RU2509375C2 (en) | 2014-03-10 |
Family
ID=49682558
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012121978/14A RU2509375C2 (en) | 2012-05-29 | 2012-05-29 | Respiratory phantom impactor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2509375C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2780177C1 (en) * | 2021-12-02 | 2022-09-20 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ БИОФИЗИКИ (ФГУП ЮУрИБФ) | Cascade impactor |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1013094A1 (en) * | 1981-12-16 | 1983-04-23 | Научно-Исследовательский Институт Специальных Способов Литья | Pressure die casting machine pressing assembly |
RU2175556C2 (en) * | 1994-03-07 | 2001-11-10 | Инхейл Терапьютик Системз | Methods and compositions for light delivery of insulin |
WO2009045866A1 (en) * | 2007-10-02 | 2009-04-09 | Clyde L Witham | Cascade impactor |
RU101903U1 (en) * | 2010-09-09 | 2011-02-10 | Александр Николаевич Черний | X-ray Phantom Phantom |
US20110088492A1 (en) * | 2006-04-11 | 2011-04-21 | Krishna Maheshwari | Automated cascade impactor |
-
2012
- 2012-05-29 RU RU2012121978/14A patent/RU2509375C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1013094A1 (en) * | 1981-12-16 | 1983-04-23 | Научно-Исследовательский Институт Специальных Способов Литья | Pressure die casting machine pressing assembly |
RU2175556C2 (en) * | 1994-03-07 | 2001-11-10 | Инхейл Терапьютик Системз | Methods and compositions for light delivery of insulin |
US20110088492A1 (en) * | 2006-04-11 | 2011-04-21 | Krishna Maheshwari | Automated cascade impactor |
WO2009045866A1 (en) * | 2007-10-02 | 2009-04-09 | Clyde L Witham | Cascade impactor |
RU101903U1 (en) * | 2010-09-09 | 2011-02-10 | Александр Николаевич Черний | X-ray Phantom Phantom |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2780177C1 (en) * | 2021-12-02 | 2022-09-20 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ БИОФИЗИКИ (ФГУП ЮУрИБФ) | Cascade impactor |
RU2818913C1 (en) * | 2023-10-02 | 2024-05-07 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научный центр Российской Федерации - Федеральный медицинский биофизический центр имени А.И. Бурназяна" | Individual impactor and a method for estimating the committed effective dose of internal radiation based thereon |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012121978A (en) | 2013-12-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Lippmann et al. | The effect of particle size on the regional deposition of inhaled aerosols in the human respiratory tract | |
Asgharian et al. | Modeling age-related particle deposition in humans | |
Cheng et al. | Deposition of thoron progeny in human head airways | |
Martonen | Measurement of particle dose distribution in a model of a human larynx and tracheobronchial tree | |
Farkas et al. | Computer modelling as a tool in characterization and optimization of aerosol drug delivery | |
Guilmette et al. | Deposition of 0.005-12 μm monodisperse particles in a computer-milled, MRI-based nasal airway replica | |
George et al. | Radon daughter plateout-I measurements | |
RU2509375C2 (en) | Respiratory phantom impactor | |
Altshuler | Behaviour of airborne particles in the respiratory tract | |
Yuness et al. | Indoor activity of short-lived radon progeny as critical parameter in dose assessment | |
Bi et al. | Age and sex dependent inhalation doses to members of the public from indoor thoron progeny | |
Hopke et al. | A measurement system for Rn decay product lung deposition based on respiratory models | |
RU2818913C1 (en) | Individual impactor and a method for estimating the committed effective dose of internal radiation based thereon | |
Darquenne et al. | Aerosols and the human lung: an introduction | |
Sakr et al. | Effect of activity particle size distribution on deposition fraction of inhaled radon decay products in human respiratory system | |
Hinds et al. | The effect of respirator dead space and lung retention on exposure estimates | |
Kranrod et al. | A simple technique for measuring the activity size distribution of radon and thoron progeny aerosols | |
Moss et al. | Dosimetry counts: molecular hypersensitivity may not drive pulmonary hyperresponsiveness | |
You et al. | Linking contact behavior and droplet patterns to dynamically model indoor respiratory infections among schoolchildren | |
Smith et al. | An Investigation of Monitoring by Nose Blow Sampling | |
Othman et al. | Lung dosimetry model of inhaled 222Rn for workers at selected building material factories in Erbil City, Iraq | |
Schlesinger et al. | Studies of intrabronchial particle deposition using hollow bronchial casts | |
CN113703027A (en) | Method, model, system and storage medium for calculating effective dose of human body product to be accumulated | |
Strong et al. | The regional lung deposition of thoron progeny attached to the particulate phase of environmental tobacco smoke | |
Hempelmann et al. | Determination of systemically deposited plutonium in laboratory personnel and a simple qualitative test for exposure to airborne radioactive material |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
HE9A | Changing address for correspondence with an applicant | ||
HZ9A | Changing address for correspondence with an applicant | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140530 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20150327 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160530 |