RU2676557C1

RU2676557C1 - Radioactive aerosols disperse composition parameters determining method

Info

Publication number: RU2676557C1
Application number: RU2018114823A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Александрович Припачкин; Юсеф Набиль Хусейн; Александр Константинович Будыка; Сергей Николаевич Красноперов
Priority date: 2018-04-23
Filing date: 2018-04-23
Publication date: 2019-01-09

Abstract

FIELD: physics.SUBSTANCE: invention relates to the entering into the human body with inhaled air radioactive aerosols dispersion analysis methods. Method comprises the contained in the analyzed gas stream aerosol particles separation into size fractions by the gas stream pumping through the single-stage inertial separator at various flow rates, the aerosol particles deposition on the filter, deposited on the filter aerosol particles alpha activity measurement for each selected size fraction for equal periods of time, the measurement results processing and the radioactive aerosols dispersion composition parameters determination based on the processed measurement results, aerosol particles separation into at least four size fractions by successive step-by-step changes in the gas stream flow rate pumped through the single-stage inertial separator, at each gas flow rate fixed value, which number is at least four, aerosol particles are deposited on the filter located in the detection chamber, into which the gas stream is supplied from the single-stage inertial separator output, deposited on the filter aerosol particles alpha activity measurement using the spectrometer, which detector is installed in the detection chamber, for separated at fixed gas flow rates size fractions, establishing the alpha activity measured values dependence on the aerosol particles size by the alpha activity values successive comparison at each measurement step with the activity value at the previous measurement step at the gas flow rate previous value, based on the obtained dependence, determining the radioactive aerosol dispersion composition parameters.EFFECT: technical result is possibility of the alpha-active radionuclides containing radioactive aerosols dispersion composition parameters operational control directly at the sampling site.7 cl, 4 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к методам дисперсного анализа радиоактивных аэрозолей, поступающих в организм человека с вдыхаемым воздухом (газовой средой), и может быть использовано для проведения оперативного определения параметров радиоактивных аэрозолей на промышленных предприятиях для санитарно-гигиенической оценки газовых сред, в радиоэкологии и медицине, а также для оценки эффективности работы пылеулавливающего оборудования и средств индивидуальной защиты органов дыхания.The invention relates to methods for the dispersed analysis of radioactive aerosols entering the human body with inhaled air (gaseous medium), and can be used to quickly determine the parameters of radioactive aerosols in industrial enterprises for sanitary-hygienic assessment of gaseous media, in radioecology and medicine, and to assess the effectiveness of dust collection equipment and personal respiratory protection.

Дисперсный состав радиоактивных аэрозолей характеризуется распределением активности по размерам частиц и является одной из важнейших характеристик аэрозолей. Определение дисперсного состава аэрозолей включает следующие этапы:The dispersed composition of radioactive aerosols is characterized by the distribution of activity by particle size and is one of the most important characteristics of aerosols. Determination of the dispersed composition of aerosols includes the following steps:

- разделение спектра аэрозольных частиц на фракции по размерам частиц;- separation of the spectrum of aerosol particles into fractions according to particle size;

- определение активности каждой размерной фракции;- determination of the activity of each size fraction;

- оценку параметров распределения активности по размерным фракциям для исследуемого радионуклида.- assessment of the parameters of the distribution of activity by size fractions for the studied radionuclide.

Для разделения аэрозольных частиц могут использоваться пакеты фильтров и специальные устройства (импакторы), в которых разделение частиц на размерные фракции происходит за счет инерционного осаждения на препятствиях, в частности на волокнах фильтрах. Для измерения активности фракций используются радиометры и спектрометры. По результатам измерений определяют распределение активности по размерным фракциям. Спектры распределения активности по размерам аппроксимируют логарифмически-нормальным распределением со следующими основными параметрами дисперсности: аэродинамическим медианным по активности диаметром частиц (АМАД) и стандартным геометрическим отклонением диаметра частиц (СГО). Значения АМАД и СГО рассчитываются по действующим типовым методикам (МУК 2.6.1.08-2004. Методические указания по методам контроля «Определение характеристик распределения радиоактивного аэрозоля по размерам». Утверждены Федеральным управлением медико-биологических и экстремальных проблем при Минздраве России 09.03.2004. Издание официальное. Москва. 2004).To separate aerosol particles, filter packs and special devices (impactors) can be used in which the separation of particles into size fractions occurs due to inertial deposition on obstacles, in particular on fiber filters. Radiometers and spectrometers are used to measure the activity of fractions. The measurement results determine the distribution of activity by size fractions. The size distribution spectra of the activity are approximated by a log-normal distribution with the following basic dispersion parameters: aerodynamic median particle diameter (AMAD) and standard geometric deviation of particle diameter (SGO). The values of AMAD and SGO are calculated according to the standard methods in force (MUK 2.6.1.08-2004. Guidelines for control methods "Determining the characteristics of the distribution of radioactive aerosol by size." Approved by the Federal Department of Biomedical and Extreme Problems at the Ministry of Health of Russia 09.03.2004. Official publication Moscow. 2004).

Осаждение частиц респирабельной фракции с размером частиц более 1 мкм производится с помощью импакторов. Процесс осаждения частиц характеризуется зависимостью эффективности разделения (осаждения) от размеров частиц, их линейной скорости и конструктивных особенностей разделительного каскада. Многокаскадный импактор описан, например, в авторском свидетельстве SU 781664 (опубликовано 23.11.1980). Импактор содержит воздухопротягивающее устройство (насос) и вертикально установленные ступени (камеры). Каждая ступень импактора включает разгонное сопло и расположенный под ним улавливающий элемент в виде пластины. Частицы с газовой смесью последовательно проходят все ступени импактора, осаждаясь в зависимости от их размера (массы) и линейной скорости на определенной коллекторной пластине (улавливающем элементе). Затем отобранные пробы извлекаются из импактора и анализируются с помощью радиометров и спектрометров, и по результатам измерений устанавливается спектры распределения активности по размерам частиц.The deposition of particles of the respirable fraction with a particle size of more than 1 μm is carried out using impactors. The process of particle deposition is characterized by the dependence of the separation efficiency (deposition) on the particle size, their linear velocity and design features of the separation cascade. A multi-stage impactor is described, for example, in the copyright certificate SU 781664 (published on 11/23/1980). The impactor contains an air-drawing device (pump) and vertically mounted steps (chambers). Each stage of the impactor includes an accelerating nozzle and a trapping element in the form of a plate located below it. Particles with a gas mixture successively pass through all stages of the impactor, precipitating depending on their size (mass) and linear velocity on a specific collector plate (trapping element). Then, the selected samples are extracted from the impactor and analyzed using radiometers and spectrometers, and the spectra of the distribution of activity by particle size are determined from the measurement results.

В патенте RU 2239815 C1 (опубликован 11.02.2003) описан способ определения характеристик (параметров) дисперсного состава радиоактивных аэрозолей с помощью многокаскадного импактора (разделителя). Коллекторные пластины устройства выполнены в форме плоских дисков, в центре которых имеется отверстие для прохождения воздушного (газового) потока в следующий каскадный элемент или для осаждения на фильтре. Пластины с разгонными соплами представляют собой плоские диски с радиально расположенными сопельными отверстиями. Последний каскадный элемент импактора представляет собой выходной фильтр, за которым находится выходной патрубок (штуцер) устройства. Применяемые многосопельные входные пластины способствуют равномерному распределению осажденных аэрозольных частиц по поверхности коллекторных пластин.In the patent RU 2239815 C1 (published 11.02.2003) a method for determining the characteristics (parameters) of the dispersed composition of radioactive aerosols using a multistage impactor (separator) is described. The collector plates of the device are made in the form of flat disks, in the center of which there is an opening for the passage of the air (gas) stream into the next cascade element or for deposition on the filter. Plates with booster nozzles are flat disks with radially spaced nozzle openings. The last cascade element of the impactor is an output filter, behind which is the output pipe (fitting) of the device. Used multi-nozzle inlet plates contribute to a uniform distribution of deposited aerosol particles on the surface of the collector plates.

Газовый поток, содержащий дисперсную фазу, подается во входной патрубок импактора с помощью насоса при постоянном расходе. Попадая в импактор, частицы аэрозоля двигаются вместе с газовым потоком с линейной скоростью, которая зависит от размеров и количества сопельных отверстий. При резком изменении направления движения потока после прохождения сопельных отверстий более крупные частицы, вследствие инерции движения, в меньшей степени отклонятся от начального направления движения, задаваемого соплами, и осаждаются на коллекторной пластине каскадного элемента. Из-за этого частицы, аэродинамический диаметр которых больше эффективного диаметра разделения, соударяются и осаждаются на поверхности коллекторной пластиной, а остальные, более мелкие, частицы будут проходить через центральное отверстие коллекторной пластины и направляться вместе с газовым потоком в следующий по направлению движения потока каскадный элемент импактора. При этом под эффективным диаметром разделения D₅₀ (ECAD - Effective Cut-off Aerodynamic Diameter) для импактора или каскадного элемента импактора понимается аэродинамический диаметр х частиц, вероятность осаждения которых на коллекторной пластине составляет 50%.The gas stream containing the dispersed phase is fed into the inlet of the impactor using a pump at a constant flow rate. Once in the impactor, the aerosol particles move with the gas flow at a linear speed, which depends on the size and number of nozzle openings. With a sharp change in the direction of flow after passing through the nozzle openings, larger particles, due to inertia of movement, will deviate to a lesser extent from the initial direction of motion specified by the nozzles and settle on the collector plate of the cascade element. Because of this, particles whose aerodynamic diameter is larger than the effective separation diameter collide and settle on the surface of the collector plate, and the remaining smaller particles will pass through the central hole of the collector plate and be directed along with the gas stream to the cascade element following the direction of flow impactor. In this case, the effective separation diameter D ₅₀ (ECAD - Effective Cut-off Aerodynamic Diameter) for the impactor or cascade element of the impactor refers to the aerodynamic diameter x of particles, the probability of deposition of which on the collector plate is 50%.

Далее пробоотборная корзина вместе с коллекторными пластинами с осажденными частицами определенной размерной фракции (размерной группы) передается для проведения анализа активности выделенных размерных фракций аэрозоля. Коллекторные пластины устанавливаются в держатели стандартных радиометрических приборов. Измеряя альфа-активность частиц, осевших на коллекторных пластинах, получают распределение альфа-активности частиц по аэродинамическим диаметрам частиц (размерным фракциям) и затем определяют основные параметры (характеристики) дисперсного состава радиоактивных аэрозолей, которыми являются АМАД и СГО.Next, the sampling basket, together with the collector plates with deposited particles of a certain size fraction (size group), is transferred to analyze the activity of the isolated size fractions of the aerosol. Manifold plates are mounted in holders of standard radiometric instruments. By measuring the alpha activity of the particles deposited on the collector plates, a distribution of the alpha activity of the particles is obtained by the aerodynamic particle diameters (size fractions) and then the main parameters (characteristics) of the dispersed composition of radioactive aerosols, which are AMAD and SGO, are determined.

Известное устройство позволяет проводить оценку дисперсного состава аэрозоля, прошедшего через средство индивидуальной защиты органов дыхания. Однако его конструкция не обеспечивает оперативность проводимых измерений в связи с тем, что для определения параметров дисперсного состава радиоактивных аэрозолей требуется выполнение ряда вспомогательных операций. После отбора пробы импактор вместе с ротаметром необходимо отделить от других частей устройства, разобрать импактор, извлечь из него проотборную корзину, извлечь коллекторные пластины с осажденными частицами и провести анализ активности с помощью стандартной радиометрической аппаратуры. По результатам измерений устанавливается распределение дисперсных частиц по размерам и определяются основные параметры дисперсного состава аэрозоля: АМАД и СГО.The known device allows you to evaluate the dispersed composition of the aerosol that has passed through a respiratory protective equipment. However, its design does not ensure the efficiency of the measurements due to the fact that to determine the parameters of the dispersed composition of radioactive aerosols, a number of auxiliary operations are required. After sampling, the impactor together with the rotameter must be separated from other parts of the device, disassemble the impactor, remove the sampling basket from it, remove the collector plates with the deposited particles and analyze the activity using standard radiometric equipment. According to the measurement results, the distribution of dispersed particles by size is established and the main parameters of the dispersed composition of the aerosol are determined: AMAD and SGO.

Согласно действующим Методическим указаниям по методам контроля МУК 2.6.1.08-2004 величина АМАД определяется как диаметр частиц радиоактивного аэрозоля, при котором 50% активности приходится на частицы с аэродинамическим диаметром, меньшим чем данный диаметр, а 50% - на частицы с аэродинамическим диаметром, большим чем данный диаметр. Таким образом, значение АМАД соответствует медиане распределения активности аэрозольных частиц по размерам (аэродинамическим диаметрам х) и равно аэродинамическому диаметру D₅₀, соответствующему 50% активности в интегральной функции распределении активности аэрозольных частиц по размерам.According to the current Methodological Guidelines for MUK control methods 2.6.1.08-2004, the AMAD value is defined as the diameter of the particles of a radioactive aerosol, in which 50% of the activity falls on particles with an aerodynamic diameter smaller than this diameter, and 50% - on particles with an aerodynamic diameter than a given diameter. Thus, the AMAD value corresponds to the median size distribution of the activity of aerosol particles (aerodynamic diameters x) and is equal to the aerodynamic diameter D ₅₀ corresponding to 50% of the activity in the integral function of the size distribution of the activity of aerosol particles.

Параметр СГО определяется как отношение (D₈₄/D₅₀) аэродинамического диаметра D₈₄, соответствующего 84% активности интегральной функции распределения активности частиц по размерам, к медианному значению - диаметру D₅₀, который равен АМАД.The SSS parameter is defined as the ratio (D ₈₄ / D ₅₀ ) of the aerodynamic diameter D ₈₄ , corresponding to 84% of the activity of the integral function of the distribution of particle activity by size, to the median value - the diameter D ₅₀ , which is equal to AMAD.

Для многокаскадных импакторов существует зависимость, согласно которой чем больше каскадов разделения, тем более подробным получается спектр распределения активности по размерам частиц, однако при увеличении числа каскадов увеличивается сопротивление тракта подачи аэрозоля, усложняется конструкция устройства и обработка результатов измерений активности. Для проведения измерений необходимо извлекать пробы из импактора (разделителя), а сами измерения с помощью стандартных радиометрических приборов могут занимать достаточно продолжительное время. Вследствие этого метод многокаскадного разделения аэрозолей с помощью многоступенчатых импакторов (разделителей) не может применяться для оперативного контроля, в частности, альфа-активных радионуклидов, содержащихся в исследуемых аэрозолях. Следует отметить, что оперативный контроль необходим для оценки дозы внутреннего облучения (при ингаляционном поступлении радиоактивных аэрозолей в организм человека) непосредственно в месте отбора пробы.For multi-stage impactors, there is a dependence according to which the more separation stages, the more detailed is the spectrum of the distribution of activity by particle size, however, with an increase in the number of stages, the resistance of the aerosol supply path increases, the design of the device and the processing of the results of activity measurements become more complicated. For measurements, it is necessary to extract samples from the impactor (separator), and the measurements themselves using standard radiometric devices can take quite a long time. As a result, the method of multicascade separation of aerosols using multistage impactors (separators) cannot be used for operational control, in particular, of alpha-active radionuclides contained in the aerosols under study. It should be noted that operational control is necessary to assess the dose of internal radiation (with the inhalation of radioactive aerosols into the human body) directly at the sampling site.

Для повышения оперативности измерений и сокращения времени определения параметров дисперсного состава радиоактивных аэрозолей необходимо уменьшить количество каскадов в используемых инерционных разделителях, при условии сохранения приемлемой точности, и обеспечить возможность измерения активности выделенных размерных фракций исследуемых аэрозолей в месте отбора проб.To increase the efficiency of measurements and reduce the time for determining the parameters of the dispersed composition of radioactive aerosols, it is necessary to reduce the number of cascades in the used inertial separators, provided that acceptable accuracy is maintained, and it is possible to measure the activity of the isolated size fractions of the studied aerosols at the sampling site.

Способ оперативного определения параметров дисперсного состава радиоактивных аэрозолей, содержащих альфа-активные радионуклиды, описан в патенте US 4607165 A (опубликован 19.08.1986). Для определения дисперсного состава загрязняющих атмосферу аэрозолей используется компактный переносной прибор, включающий в свой состав корпус, в полости которого размещены насос, фильтр, детектор интенсивности альфа-излучения и источник электропитания. Фильтр установлен на выходе из сферической щели и выполнен в виде мембраны из поликарбоната. Пробоотборное устройство прибора представляет собой однокаскадный импактор.A method for quickly determining the dispersed composition of radioactive aerosols containing alpha-active radionuclides is described in US Pat. No. 4,607,165 A (published 08/19/1986). To determine the dispersed composition of aerosols polluting the atmosphere, a compact portable device is used, which includes a housing in the cavity of which a pump, a filter, an alpha radiation intensity detector and a power source are located. The filter is installed at the exit of the spherical gap and is made in the form of a polycarbonate membrane. The sampling device of the device is a single-stage impactor.

При работе прибора поток воздуха, прокачиваемый насосом, направляется через входное отверстие пробоотборного устройства в щель, образованную двумя концентрическими сферическими элементами. Дисперсные частицы размером более 1 мкм, прошедшие через щель, осаждаются на фильтре, напротив которого установлен детектор для регистрации альфа-излучения. С помощью фильтра осуществляется сепарация размерной фракции исследуемых частиц. Частицы субмикронного размера отделяются от частиц большего (микронного) размера, проходя через капиллярные каналы фильтра. Более мелкие ультрадисперсные частицы осаждаются на стенках пробоотборного устройства, образующих сферическую щель.During operation of the device, the air flow pumped by the pump is directed through the inlet of the sampling device into the slot formed by two concentric spherical elements. Dispersed particles larger than 1 μm, passing through the gap, are deposited on the filter, opposite which a detector is installed to detect alpha radiation. Using the filter, the separation of the size fraction of the investigated particles is carried out. Particles of submicron size are separated from particles of a larger (micron) size, passing through the capillary channels of the filter. Smaller ultrafine particles are deposited on the walls of the sampling device, forming a spherical gap.

При определении параметров дисперсного состава радиоактивных аэрозолей с помощью известного прибора можно проводить измерения только для одной выделенной в импакторе размерной фракции (размерной группы), что существенно огранивает функциональные возможности прибора при исследовании дисперсного состава аэрозолей в широком диапазоне аэродинамических диаметров частиц, содержащих альфа-активные радионуклиды.When determining the parameters of the dispersed composition of radioactive aerosols using a known device, it is possible to measure only one size fraction (size group) selected in the impactor, which significantly limits the functionality of the device when studying the dispersed composition of aerosols in a wide range of aerodynamic diameters of particles containing alpha-active radionuclides .

Наиболее близким аналогом изобретения является способ определения параметров дисперсного состава радиоактивных аэрозолей с помощью однокаскадного инерционного разделителя дисперсной фазы аэрозолей (Метод определения дисперсного состава радиоактивных аэрозолей на основе инерционных разделителей / Д.А. Припачкин [и др] // Аппаратура и новости радиационных измерений. №3, 2016, С. 3-8). При проведении экспериментальных исследований радиоактивных аэрозолей используется однокаскадный инерционный разделитель, выполненный в виде одного каскада многокаскадного импактора типа АИП-2. Для оценки параметров дисперсного состава анализируемый аэрозоль разделяется на две размерные фракции при двух различных значениях линейных скоростей (расходов) потока. По результатам экспериментальных исследований с использованием модельных частиц устанавливалась зависимость эффективности E_i(x) разделения (осаждения) частиц от их аэродинамического диаметра x (от размера частиц) для каждой размерной фракции.The closest analogue of the invention is a method for determining the dispersed composition of radioactive aerosols using a single-stage inertial separator of the dispersed phase of aerosols (Method for determining the dispersed composition of radioactive aerosols based on inertial separators / D. A. Pripachkin [et al.] // Equipment and news of radiation measurements. No. 3, 2016, S. 3-8). When conducting experimental studies of radioactive aerosols, a single-stage inertial separator is used, made in the form of a single stage of a multi-stage impactor of the AIP-2 type. To assess the parameters of the dispersed composition, the analyzed aerosol is divided into two size fractions at two different values of linear flow velocities (flow rates). According to the results of experimental studies using model particles, the dependence of the efficiency E _i (x) of separation (deposition) of particles on their aerodynamic diameter x (on particle size) for each size fraction was established.

Оценка возможности разделения аэрозольных частиц, содержащихся в анализируемом газовом потоке, проводилась путем прокачки газового потока с модельными аэрозольными частицами через однокаскадный инерционный разделитель на двух расходных режимах: при 20 и 50 л/мин. Концентрация и размеры аэрозольных частиц измерялись с помощью двух оптических счетчиков HandHeld 3016, установленных на входной и выходной магистралях инерционного разделителя. По результатам проведенных экспериментов для каждого значения линейной скорости (расхода) газового потока определялась зависимость эффективности E_i(x) разделения (осаждения) аэрозольных частиц с аэродинамическими диаметрами х (где i=1 … N -порядковый номер фиксированного значения расхода газового потока).The possibility of separating the aerosol particles contained in the analyzed gas stream was assessed by pumping the gas stream with model aerosol particles through a single-stage inertial separator at two flow rates: at 20 and 50 l / min. The concentration and size of aerosol particles were measured using two HandHeld 3016 optical counters mounted on the input and output lines of the inertial separator. According to the results of the experiments for each value of the linear velocity (flow) of the gas stream, the dependence of the efficiency E _i (x) for separation (deposition) of aerosol particles with aerodynamic diameters x (where i = 1 ... N is the ordinal number of the fixed value of the gas flow rate) was determined.

Оценочный анализ проводился по результатам измерений активности частиц. Для этого производился предварительный пробоотбор на фильтр и измерение активности частиц без прокачки газового потока через разделитель, а также измерения активности частиц, осевших на фильтре, в расходном режиме при двух различных значениях линейной скорости (расхода) прокачиваемого газового потока. На основании проведенных измерений анализируемый спектр радиоактивных аэрозолей разбивался на три части по величине относительной активности η_i. Затем рассчитывались теоретические значения относительной активности частиц η_i ^T(μ,σ) на основании известной зависимости данной характеристики от эффективности Ei(x) разделения (осаждения) аэрозольных частиц с аэродинамическими диаметрами х и от плотности распределения аэрозольных частиц по размерам ƒ(x,μ,σ), где μ и σ - параметры логнормального распределения аэрозольных частиц по размерам АМАД и СГО, соответственно. Значения μ и σ являются основными параметрами дисперсного состава радиоактивных аэрозолей. В качестве зависимостей E_i(x) для каждого значения линейной скорости газового потока использовались соответствующие экспериментальные зависимости, полученные при измерении размеров (аэродинамических диаметров х) частиц с помощью оптических счетчиков.Evaluation analysis was carried out according to the results of particle activity measurements. For this, preliminary sampling was carried out on the filter and measuring the activity of particles without pumping the gas stream through the separator, as well as measuring the activity of particles deposited on the filter in the flow mode at two different linear speeds (flow rates) of the pumped gas stream. Based on the measurements, the analyzed spectrum of radioactive aerosols was divided into three parts according to the relative activity η _i . Then, theoretical values of the relative particle activity η _i ^T (μ, σ) were calculated based on the known dependence of this characteristic on the efficiency Ei (x) of separation (deposition) of aerosol particles with aerodynamic diameters x and on the density distribution of aerosol particles by size ƒ (x, μ , σ), where μ and σ are the parameters of the lognormal distribution of aerosol particles over the sizes of AMAD and SGO, respectively. The values of μ and σ are the main parameters of the dispersed composition of radioactive aerosols. For the dependences E _i (x) for each value of the linear velocity of the gas flow, we used the corresponding experimental dependences obtained by measuring the particle sizes (aerodynamic diameters x) using optical counters.

Расчеты производились на основании метода оценки дисперсного состава с помощью разбиения исходного спектра аэрозольных частиц на доли (Fuchs N.A. Aerosol impactors (a review). In Fundamental of Aerosol Science. Ed. D.T. Shaw. N.Y., Wiley, 1978, P. 1-83). При сопоставлении расчетных значений η_i полученных при проведении измерений, и теоретических значений η^T(μ,σ) относительной активности радиоактивных аэрозолей определялась функция невязки Q(μ,σ), по минимальным значениям которой рассчитывались значения АМАД и СГО (μ и σ) исходного спектра. Функции η^T(μ,σ) и Q(μ,σ) определялись согласно следующим зависимостям:The calculations were based on the method of assessing the dispersed composition by dividing the initial spectrum of aerosol particles into fractions (Fuchs NA Aerosol impactors (a review). In Fundamental of Aerosol Science. Ed. DT Shaw. NY, Wiley, 1978, P. 1-83) . When comparing the calculated values of η _i obtained during the measurements and the theoretical values of η ^T (μ, σ) of the relative activity of radioactive aerosols, the residual function Q (μ, σ) was determined, the minimum values of which were used to calculate the AMAD and SGO (μ and σ) of the initial spectrum. The functions η ^T (μ, σ) and Q (μ, σ) were determined according to the following relationships:

где: i=1 … N - порядковый номер фиксированного значения расхода газового потока V_i, E_i(x)- эффективность разделения (осаждения) частиц с аэродинамическим диаметром х при фиксированном значении расхода (линейной скорости) газового потока; ƒ(x,μ,σ) - плотность логарифмически нормального распределения аэрозольных частиц исходного спектра по размерам (1/м); μ и σ - параметры логнормального распределения аэрозольных частиц по размерам АМАД и СГО, соответственно; η₁ и η₂ - значения относительной активности, определенные при двух значениях расхода (линейной скорости) газового потока;

- теоретические значения относительной активности для размерных фракций аэрозольных частиц, выделенных при двух значениях расхода (линейной скорости) газового потока.where: i = 1 ... N is the serial number of a fixed value of the gas flow rate V _i , E _i (x) is the separation efficiency (deposition) of particles with an aerodynamic diameter x at a fixed value of the gas flow rate (linear velocity); ƒ (x, μ, σ) is the density of the logarithmically normal size distribution of aerosol particles of the initial spectrum (1 / m); μ and σ are the parameters of the lognormal distribution of aerosol particles over the sizes of AMAD and SGO, respectively; η ₁ and η ₂ are the values of relative activity, determined at two values of the flow rate (linear velocity) of the gas stream;

- theoretical values of relative activity for size fractions of aerosol particles isolated at two values of gas flow rate (linear velocity).

При осуществлении известного способа проводилась экспериментальная оценка эффективности E_i(x) разделения (осаждения) аэрозольных частиц в зависимости от аэродинамического диаметра частиц х. Величины АМАД и СГО оценивались на основании предположения, что активность частиц аэрозоля пропорциональна их массе. Полученные оценочные значения параметров дисперсного состава радиоактивных аэрозолей имеют существенную ошибку, связанную с ограниченным количеством измерений активности аэрозольных частиц в широком диапазоне размеров исследуемых аэрозольных частиц. Малая дискретность разделения анализируемого спектра радиоактивных аэрозолей обусловлена, в свою очередь, экспериментальным характером известного способа.When implementing the known method, an experimental assessment was made of the efficiency E _i (x) of separation (deposition) of aerosol particles depending on the aerodynamic particle diameter x. AMAD and SGO values were estimated based on the assumption that the activity of aerosol particles is proportional to their mass. The obtained estimated values of the parameters of the dispersed composition of radioactive aerosols have a significant error associated with a limited number of measurements of the activity of aerosol particles in a wide range of sizes of the studied aerosol particles. The small discreteness of separation of the analyzed spectrum of radioactive aerosols is due, in turn, to the experimental nature of the known method.

Следует отметить, что сложная аппаратурная реализация способа препятствует его использованию в автономных (полевых) условиях для оперативного контроля дисперсного состава радиоактивных аэрозолей, содержащих альфа-активные радионуклиды. Для проведения измерений необходимо использовать внешнюю радиометрическую и спектрометрическую аппаратуру и оптические счетчики аэрозольных частиц, установленные на входе и на выходе из разделителя. Обработка результатов измерений активности частиц осложняется необходимостью постоянного пересчета частиц аэрозоля, прошедших через инерционный разделитель, на частицы, осевшие на коллекторной пластине разделителя. Вследствие указанных технических проблем известный способ не может применяться для оперативного контроля параметров дисперсного состава радиоактивных аэрозолей при автономной работе прибора в полевых условиях.It should be noted that the complex hardware implementation of the method prevents its use in autonomous (field) conditions for the operational control of the dispersed composition of radioactive aerosols containing alpha-active radionuclides. For measurements it is necessary to use external radiometric and spectrometric equipment and optical aerosol particle counters installed at the inlet and outlet of the separator. Processing the results of measurements of particle activity is complicated by the need to constantly recalculate aerosol particles passing through the inertial separator to particles deposited on the collector plate of the separator. Due to these technical problems, the known method cannot be used for operational control of the dispersed composition of radioactive aerosols during autonomous operation of the device in the field.

Изобретение направлено на решение технических проблем, связанных с необходимостью упрощения аппаратурной реализации способа, обеспечением необходимой точности определения параметров дисперсного состава радиоактивных аэрозолей, содержащих альфа-активные радионуклиды, упрощением и сокращением по времени процесса измерений и обработки результатов измерений, обеспечением достоверной оценки параметров дисперсного состава исследуемых радиоактивных аэрозолей при работе анализатора в автономном режиме.The invention is aimed at solving technical problems associated with the need to simplify the hardware implementation of the method, providing the necessary accuracy in determining the parameters of the dispersed composition of radioactive aerosols containing alpha-active radionuclides, simplifying and reducing the time of the measurement process and processing the measurement results, providing reliable estimates of the parameters of the dispersed composition of the studied radioactive aerosols when the analyzer is working offline.

За счет решения указанных проблем достигаются следующие технические результаты: обеспечивается возможность оперативного контроля параметров дисперсного состава радиоактивных аэрозолей, содержащих альфа-активные радионуклиды, в том числе АМАД и СГО, непосредственно в месте отбора проб; повышается достоверность и точность определения параметров дисперсного состава до уровня, необходимого для проведения оперативного контроля в автономном режиме (в полевых условиях); сокращается время измерения величин активности параметров и обработки результатов измерений.By solving these problems, the following technical results are achieved: the possibility of operational control of the dispersed composition of radioactive aerosols containing alpha-active radionuclides, including AMAD and SGO, directly at the sampling site; the reliability and accuracy of determining the parameters of the dispersed composition increases to the level necessary for conducting operational control in an autonomous mode (in the field); reduced time for measuring activity values of parameters and processing of measurement results.

Указанные выше технические результаты достигаются при осуществлении способа, предназначенного для определения параметров радиоактивных аэрозолей, содержащих альфа-активные радионуклиды. Способ включает разделение аэрозольных частиц, содержащихся в анализируемой газовой среде, на размерные фракции (группы) путем прокачки газового потока (аэрозоля) через однокаскадный инерционный разделитель при различных величинах расхода. Аэрозольные частицы осаждают на фильтр при фиксированном расходе газового потока и измеряют альфа-активность осевших на фильтре аэрозольных частиц для каждой выделенной размерной фракции в течение равных промежутков времени. Результаты измерений обрабатывают и определяют параметры дисперсного состава радиоактивных аэрозолей.The above technical results are achieved by implementing a method for determining the parameters of radioactive aerosols containing alpha-active radionuclides. The method includes the separation of aerosol particles contained in the analyzed gas medium into size fractions (groups) by pumping a gas stream (aerosol) through a single-stage inertial separator at various flow rates. Aerosol particles are deposited on the filter at a fixed gas flow rate and the alpha activity of the aerosol particles deposited on the filter is measured for each selected size fraction for equal periods of time. The measurement results are processed and the parameters of the dispersed composition of radioactive aerosols are determined.

Согласно изобретению аэрозольные частицы разделяют по меньшей мере на четыре размерные фракции в диапазоне размеров исследуемых аэрозольных частиц путем последовательного пошагового, по меньшей мере четырехкратного, изменения расхода прокачиваемого через однокаскадный инерционный разделитель газового потока. При каждом фиксированном значении расхода газового потока аэрозольные частицы осаждают на фильтр, расположенный в камере детектирования, в которую подают газовый поток с выхода однокаскадного инерционного разделителя. Альфа-активность осевших на фильтре аэрозольных частиц измеряют с помощью спектрометра. Чувствительный элемент спектрометра, в качестве которого используется полупроводниковый детектор, расположен в полости камеры детектирования.According to the invention, aerosol particles are divided into at least four size fractions in the size range of the aerosol particles to be studied by successive step-by-step at least four-fold changes in the flow rate of the gas flow pumped through a single-stage inertial separator. At each fixed value of the gas flow rate, aerosol particles are deposited on a filter located in the detection chamber, into which a gas stream is supplied from the output of a single-stage inertial separator. The alpha activity of aerosol particles deposited on the filter is measured using a spectrometer. The sensitive element of the spectrometer, which is used as a semiconductor detector, is located in the cavity of the detection chamber.

Измерения проводят для каждой размерной фракции, выделенной при фиксированном значении расхода газового потока. Зависимость измеренных значений альфа-активности от размера аэрозольных частиц устанавливают путем последовательного сравнения значений альфа-активности на каждом шаге измерений со значением активности на предыдущем шаге измерений при предыдущем значении расхода газового потока. На основании полученной зависимости определяют параметры дисперсного состава радиоактивного аэрозоля, в том числе аэродинамический медианный по активности диаметр частиц и стандартное геометрическое отклонение диаметра частиц (АМАД и СГО).Measurements are carried out for each size fraction isolated at a fixed gas flow rate. The dependence of the measured alpha activity values on the size of aerosol particles is established by sequentially comparing the alpha activity values at each measurement step with the activity value at the previous measurement step with the previous gas flow rate. Based on the obtained dependence, the dispersed composition of the radioactive aerosol is determined, including the aerodynamic median particle diameter and standard geometric deviation of the particle diameter (AMAD and SGO).

В предпочтительном варианте осуществления способа расход прокачиваемого через инерционный разделитель газового потока пошагово (ступенчато) уменьшают от максимального до минимального значения. При таком порядке изменения расхода газового потока меньшее количество аэрозольных частиц осаждается на фильтре в начальный период времени (при проведении измерений) по сравнению с изменением расхода от минимального до максимального значения, что способствует повышению точности определения параметров дисперсного состава радиоактивных аэрозолей.In a preferred embodiment of the method, the flow rate of the gas flow pumped through the inertial separator is reduced stepwise (stepwise) from maximum to minimum. In this order of changing the flow rate of a gas stream, a smaller amount of aerosol particles is deposited on the filter in the initial period of time (during measurements) compared with a change in flow rate from a minimum to a maximum value, which improves the accuracy of determining the parameters of the dispersed composition of radioactive aerosols.

Измерение альфа-активности частиц может производиться с помощью спектрометра с ионно-имплантированным кремниевым детектором. На рабочей поверхности детектора со стороны фильтра устанавливается коллиматор.Particle alpha activity can be measured using an ion implanted silicon detector spectrometer. A collimator is installed on the working surface of the detector on the filter side.

Сигналы, формируемые при взаимодействии альфа-частиц с рабочей поверхностью детектора, обрабатывают в измерительном тракте спектрометра, включающем усилитель сигналов и амплитудный анализатор импульсов, которые последовательно подключаются к выходу детектора. Усиленный импульсный сигнал преобразуется в анализаторе в цифровой код (импульс), пропорциональный поглощенной в детекторе энергии альфа-частиц. Обработка сигналов может осуществляться с помощью амплитудного анализатора импульсов, включающего в свой состав амплитудно-цифровой преобразователь.The signals generated by the interaction of alpha particles with the working surface of the detector are processed in the measuring path of the spectrometer, including a signal amplifier and an amplitude pulse analyzer, which are connected in series to the detector output. The amplified pulse signal is converted in the analyzer into a digital code (pulse) proportional to the alpha-particle energy absorbed in the detector. Signal processing can be carried out using an amplitude pulse analyzer, which includes an amplitude-to-digital converter.

Альфа-активность А для каждой размерной фракции частиц может быть рассчитана как отношение числа импульсов М, зарегистрированных с помощью детектора, к произведению интервала времени Т, в течение которого проводилось измерение при фиксированном значении расхода газового потока, и коэффициента К_Э эффективности регистрации альфа-частиц спектрометром: А=М/(K_Э⋅Т).The alpha activity A for each particle size fraction can be calculated as the ratio of the number of pulses M registered with the detector to the product of the time interval T during which the measurement was carried out at a fixed value of the gas flow rate and the coefficient _{KE of the} alpha particle detection efficiency spectrometer: A = M / (K _E ⋅ T).

Коэффициент K_Э эффективности регистрации альфа-частиц зависит от пространственного расположения детектора и источника активности (фильтра с осевшими на нем аэрозольными частицами радиоактивного аэрозоля), геометрических размеров детектора, среды, заполняющей пространство между детектором и источником альфа-активности (см. Абрамов А.И., Казанский Ю.А., Матусевич Е.С. Основы экспериментальных методов ядерной физики. М. Атомиздат. 1977. С. 306). Данный коэффициент определяется при калибровке спектрометра с использованием модельного источника альфа-активности.The coefficient K _{e of} alpha-particle registration efficiency depends on the spatial location of the detector and the activity source (filter with aerosol particles of a radioactive aerosol deposited on it), the geometric dimensions of the detector, and the medium filling the space between the detector and the alpha-activity source (see Abramov A.I. ., Kazansky Yu.A., Matusevich ES, Fundamentals of Experimental Methods of Nuclear Physics, M. Atomizdat. 1977. S. 306). This coefficient is determined by calibrating the spectrometer using a model source of alpha activity.

При реализации способа не требуется проводить измерение концентрации и размеров аэрозольных частиц одновременно с измерением их активности. Однокаскадный инерционный разделитель может быть откалиброван при использовании модельных частиц по размерным фракциям, получаемым на выходе из разделителя при различных фиксированных значениях расхода газового потока, содержащего модельные аэрозольные частицы. Таким образом, перед проведением измерения активности аэрозольных частиц для каждого фиксированного значения расхода заранее известна зависимость эффективности E_i(x) разделения (осаждения) аэрозольных частиц с аэродинамическими диаметрами х.When implementing the method, it is not necessary to measure the concentration and size of aerosol particles at the same time as measuring their activity. A single-stage inertial separator can be calibrated using model particles by size fractions obtained at the outlet of the separator at various fixed values of the gas flow rate containing model aerosol particles. Thus, before measuring the activity of aerosol particles for each fixed flow rate, the dependence of the efficiency E _i (x) of separation (deposition) of aerosol particles with aerodynamic diameters x is known in advance.

Оперативность определения параметров дисперсного состава обеспечивается за счет использования для измерения адьфа-активности осажденных на фильтре аэрозольных частиц спектрометра, детектор которого (чувствительный элемент) расположен в камере детектирования. Требуемое для реализации способа приборное оборудование компактно и применимо для проведения измерений в автономных условиях. Поскольку для проведения измерений не требуется использование оптических датчиков и иного дополнительного оборудования, способ может быть осуществлен с помощью известных средств измерений непосредственно в месте отбора проб.The efficiency of determining the parameters of the dispersed composition is ensured by using a spectrometer deposited on the filter for aerosol particles to measure the alpha activity, the detector of which (a sensitive element) is located in the detection chamber. Required for the implementation of the method instrumentation is compact and applicable for measurements in stand-alone conditions. Since the use of optical sensors and other additional equipment is not required for measurements, the method can be carried out using known measuring instruments directly at the sampling site.

Уровень достоверности и точности оперативного определения параметров дисперсного состава аэрозолей зависит от инструментальных и теоретических погрешностей при реализации способа. К инструментальным погрешностям относятся погрешности измерения активностей и расхода газового потока, каждая из которых не превышает 5%. Теоретическая погрешность зависит от формы функции невязки и минимизируется при количестве выделенных размерных фракций аэрозольных частиц не менее четырех. Количество выделенных размерных фракций аэрозольных частиц, в свою очередь, зависит от количества N пошаговых изменений расхода V_i газового потока, прокачиваемого через однокаскадный инерционный разделитель. В результате проведенных исследований было установлено, что минимальный уровень ошибки определения параметров дисперсного состава достигается при проведении измерений альфа-активности не менее чем для четырех размерных фракций аэрозольных частиц, выделенных при пошаговом (ступенчатом) изменении расхода газового потока.The level of reliability and accuracy of the operational determination of the dispersed composition of aerosols depends on instrumental and theoretical errors in the implementation of the method. Instrumental errors include errors in measuring activity and gas flow rate, each of which does not exceed 5%. The theoretical error depends on the form of the residual function and is minimized when the number of selected size fractions of aerosol particles is at least four. The number of selected size fractions of aerosol particles, in turn, depends on the number N of incremental changes in the flow rate V _{i of the} gas stream pumped through a single-stage inertial separator. As a result of the studies, it was found that the minimum error in determining the parameters of the dispersed composition is achieved when measuring alpha activity for at least four size fractions of aerosol particles isolated by a step (step) change in gas flow rate.

При выбранном минимальном количестве фиксированных значений расхода газового потока (не менее четырех) относительная теоретическая ошибка определения АМАД и СГО снизилась в два раза, с 11% до 5%, по сравнению с измерениями, проведенными при двух фиксированных значениях расхода. Было также установлено, что дальнейшее увеличение количества (до пяти и более) размерных фракций аэрозольных частиц не приводит к повышению достоверности и точности измерений. Общий уровень относительной теоретической погрешности определения АМАД и СГО, составляющий не более 5%, соответствует требованиям оперативного контроля дисперсного состава радиоактивных аэрозолей, содержащих альфа-активные радионуклиды.With the selected minimum number of fixed values of the gas flow rate (at least four), the relative theoretical error in the determination of AMAD and SGO decreased twofold, from 11% to 5%, compared with measurements carried out at two fixed flow rates. It was also found that a further increase in the number (up to five or more) of size fractions of aerosol particles does not increase the reliability and accuracy of measurements. The total level of relative theoretical error in the determination of AMAD and SGO, amounting to no more than 5%, meets the requirements of operational control of the dispersed composition of radioactive aerosols containing alpha-active radionuclides.

При осуществлении способа проводится сравнение значений активности для определения зависимости измеренных значений альфа-активности от размера аэрозольных частиц при многошаговых измерениях. Путем последовательного сравнения величин альфа-активности на каждом шаге измерений с величиной активности, зарегистрированной на предыдущем шаге измерений при предыдущем значении расхода газового потока, выделяется полезный сигнал, характеризующий активность аэрозольных частиц для конкретной выделенной размерной фракции. Данная процедура обработки результатов измерений позволяет достоверно определить значения активности для каждой выделенной размерной фракции, количество которых не менее четырех. Для обработки результатов измерений может использоваться специализированное программное обеспечение, с помощью которого производится пошаговый расчет параметров.When implementing the method, a comparison of activity values is carried out to determine the dependence of the measured values of alpha activity on the size of aerosol particles in multi-step measurements. By sequentially comparing the alpha activity values at each measurement step with the activity value recorded at the previous measurement step at the previous gas flow rate, a useful signal is obtained that characterizes the activity of aerosol particles for a particular selected size fraction. This procedure for processing the measurement results allows to reliably determine the activity values for each selected size fraction, the number of which is at least four. To process the measurement results, specialized software can be used, with the help of which a step-by-step calculation of parameters is performed.

По измеренным абсолютным значениям активности рассчитываются относительные значения активности rjj. На основании расчетных значений η_i, и теоретических значений η_i ^T относительной активности вычисляется функция невязки Q(μ,σ). Параметры дисперсного состава (μ и σ) определяются на основании рассчитанной функции невязки Q(μ,σ) по ее минимальным значениям.Relative activity values rjj are calculated from the measured absolute activity values. Based on the calculated values of η _i , and theoretical values of η _i ^{T of} relative activity, the residual function Q (μ, σ) is calculated. The dispersed composition parameters (μ and σ) are determined based on the calculated residual function Q (μ, σ) from its minimum values.

Далее изобретение поясняется описанием конкретного примера осуществления способа определения параметров дисперсного состава радиоактивных аэрозолей с помощью анализатора, предназначенного для его осуществления. На прилагаемых чертежах изображено следующее:The invention is further illustrated by the description of a specific example of the method for determining the dispersed composition of radioactive aerosols using an analyzer designed for its implementation. The accompanying drawings show the following:

на фиг. 1 - общая схема анализатора, предназначенного для осуществления способа;in FIG. 1 is a general diagram of an analyzer intended for implementing the method;

на фиг. 2 - схема однокаскадного инерционного разделителя аэрозольных частиц;in FIG. 2 is a diagram of a single-stage inertial separator of aerosol particles;

на фиг. 3 - схема камеры детектирования и спектрометра;in FIG. 3 is a diagram of a detection chamber and a spectrometer;

на фиг. 4 - схематичное изображение поперечного сечения коллиматора.in FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a collimator.

Анализатор, предназначенный для определения параметров дисперсного состава радиоактивных аэрозолей, содержит последовательно соединенные между собой через магистраль подачи газового потока следующие узлы и блоки (см. фиг.1): однокаскадный инерционный разделитель аэрозольных частиц (ОИР) 1; камеру детектирования (КД) 2, спектрометр (С) 3, ротаметр (Р) 4, насос (Н) 5 и блок управления и обработки результатов измерений (БУО) 6.The analyzer, designed to determine the parameters of the dispersed composition of radioactive aerosols, contains the following nodes and blocks (see Fig. 1): one-stage inertial aerosol particle separator (OIR) 1; a detection chamber (CD) 2, a spectrometer (C) 3, a rotameter (P) 4, a pump (H) 5, and a control unit for processing measurement results (CUO) 6.

В качестве ротаметра 4 может использоваться любой ротаметр с погрешностью определения объемного расхода газового потока не более 5%. Разделитель 1 выполнен в виде секции (одного каскада) каскадного импактора типа АИП-2, конструкция которого описана в патенте RU 2239815 C1. Разделитель 1 представляет собой однокаскадный импактор с регулируемым значением эффективного диаметра разделения D₅₀, соответствующим величине эффективности разделения (осаждения) E_i(x)=0,5. При этом величина D₅₀ изменяется в зависимости от расхода (линейной скорости) прокачиваемого через разделитель газового потока. Разделитель 1 содержит сопельную пластину 7 с входными периферийными отверстиями, отделенную от коллекторной пластины 8 разделительным кольцом 9 (см. фиг. 2). В коллекторной пластине 8 выполнено осевое выходное отверстие, через которое осуществляется отбор газового потока с аэрозольными частицами, прошедшими через разделительную камеру, образованную пластинами 7 и 8.As the rotameter 4, any rotameter with an error in determining the volumetric flow rate of the gas stream of not more than 5% can be used. The separator 1 is made in the form of a section (one cascade) of a cascade impactor type AIP-2, the design of which is described in patent RU 2239815 C1. The separator 1 is a single-stage impactor with an adjustable value of the effective separation diameter D ₅₀ corresponding to the value of the separation efficiency (deposition) E _i (x) = 0.5. The value of D ₅₀ varies depending on the flow rate (linear velocity) pumped through the gas flow separator. The separator 1 contains a nozzle plate 7 with inlet peripheral holes, separated from the manifold plate 8 by a dividing ring 9 (see Fig. 2). An axial outlet is made in the collector plate 8, through which a gas stream is taken with aerosol particles passing through the separation chamber formed by the plates 7 and 8.

В камере детектирования 2, изображенной на фиг. 3, размещен плоский фильтр 10 (типа АФА-РСП-20), одна сторона которого обращена во входную полость камеры со стороны входного патрубка 11, а противоположная - к выходной полости камеры со стороны выходного патрубка 12. Во входной полости камеры 2 расположен чувствительный элемент спектрометра 3. В качестве чувствительного элемента спектрометра 3 используется ионно-имплантированный кремниевый детектор 13 типа ДК-500, применяемый для регистрации альфа- и бета-частиц различных энергий. Детектор 13 имеет рабочую поверхность площадью 570 мм². Толщина чувствительного элемента детектора - 2,3 мм. Энергетическое разрешение детектора по линии 5,5 МэВ составляет ~25 кэВ, рабочее напряжение 50 В.In the detection chamber 2 shown in FIG. 3, a flat filter 10 (type AFA-RSP-20) is placed, one side of which faces the inlet chamber of the chamber from the side of the inlet pipe 11, and the opposite side to the outlet chamber of the chamber from the side of the outlet pipe 12. A sensing element is located in the inlet chamber of the chamber 2 spectrometer 3. As a sensitive element of spectrometer 3, an ion-implanted silicon detector 13 of the DK-500 type is used, which is used to register alpha and beta particles of various energies. The detector 13 has a working surface area of 570 mm ² . The thickness of the detector detector element is 2.3 mm. The energy resolution of the detector along the 5.5 MeV line is ~ 25 keV, the operating voltage is 50 V.

Выход детектора 13 соединен через усилитель (ПУ) 14, выполняющий функцию предусилителя импульсных сигналов, с входом амплитудного анализатора (ААИ) 15. В рассматриваемом примере анализатор 15 включает в свой состав амплитудно-цифровой преобразователь (АЦП) с 1024 каналами для записи импульсных сигналов, поступающих из детектора 13 и усиленных с помощью усилителя 14.The output of the detector 13 is connected through an amplifier (PU) 14, which performs the function of a pulse signal preamplifier, to the input of an amplitude analyzer (AAI) 15. In this example, the analyzer 15 includes an amplitude-to-digital converter (ADC) with 1024 channels for recording pulse signals, coming from the detector 13 and amplified by the amplifier 14.

На рабочей поверхности детектора 13 со стороны фильтра 9 установлен коллиматор 16. Расстояние между поверхностью фильтра 9 и коллиматором 16 составляет 5 мм. Коллиматор 16 выполнен из пластика и представляет собой ячеистую осесимметричную структуру с радиальными перегородками (см. фиг 4). Ячейки коллиматора 16 образуют каналы, ориентированные вдоль нормали к плоской поверхности детектора 13.A collimator 16 is installed on the working surface of the detector 13 from the filter 9 side. The distance between the surface of the filter 9 and the collimator 16 is 5 mm. The collimator 16 is made of plastic and is a honeycomb axisymmetric structure with radial partitions (see Fig. 4). The cells of the collimator 16 form channels oriented along the normal to the flat surface of the detector 13.

Способ определения параметров дисперсного состава радиоактивных аэрозолей, содержащих альфа-активные радионуклиды, осуществляется с помощью описанного выше устройства следующим образом. Используемый для реализации способа анализатор калибруется после сборки для получения необходимого количества размерных фракций аэрозольных частиц в исследуемом диапазоне значений jc при различных значениях расхода газового потока, прокачиваемого через камеру 2.The method for determining the dispersed composition of radioactive aerosols containing alpha-active radionuclides is carried out using the device described above as follows. The analyzer used to implement the method is calibrated after assembly to obtain the required number of size fractions of aerosol particles in the studied range of jc values at various values of the gas flow rate pumped through chamber 2.

После проведения калибровки и отладки анализатора устанавливаются зависимости эффективности E_i(х) разделения (осаждения) аэрозольных частиц с аэродинамическими диаметрами х (в диапазоне исследуемых значений) для N фиксированных значений расхода прокачиваемого газового потока. В процессе калибровки анализатора с помощью модельного источника альфа-активности определяется также величина коэффициента К_Э эффективности регистрации альфа-частиц спектрометром, который используется при вычислении альфа-активности А для каждой размерной фракции частиц.After calibration and debugging of the analyzer, the dependences of the efficiency E _i (x) of separation (deposition) of aerosol particles with aerodynamic diameters x (in the range of the studied values) are established for N fixed flow rates of the pumped gas stream. In the process of calibrating the analyzer using a model source of alpha activity, the coefficient K _{E of the} efficiency of detecting alpha particles by a spectrometer is also determined, which is used to calculate alpha activity A for each particle size fraction.

При включении насоса 5 по сигналу блока 6 газовый поток, содержащий исследуемые аэрозольные частицы из места отбора пробы, направляется на вход разделителя 1 и заполняет его внутреннюю полость между пластинами 7 и 8 и кольцом 9. Первоначально устанавливается максимальное значение расхода газового потока, прокачиваемого через разделитель 1. Величина расхода газового потока контролируется с помощью ротаметра 4. В результате осаждения аэрозольных частиц под действием сил инерции на коллекторной пластине 8 происходит разделение потока аэрозольных частиц на размерные фракции. Более тяжелые аэрозольные частицы, аэродинамический диаметр х которых больше эффективного диаметра разделения Дм, осаждается в разделителе на коллекторной пластине 8, а остальные более легкие частицы с меньшим по сравнению с D₅₀ аэродинамическим диаметром уносятся из разделителя 1 вместе с газовым потоком через осевое выходное отверстие, выполненное в коллекторной пластине 8.When the pump 5 is turned on by the signal of block 6, the gas stream containing the aerosol particles under investigation from the sampling point is directed to the input of the separator 1 and fills its internal cavity between the plates 7 and 8 and the ring 9. The maximum value of the gas flow rate pumped through the separator is initially set 1. The flow rate of the gas stream is controlled using a rotameter 4. As a result of the deposition of aerosol particles under the action of inertia forces on the collector plate 8, the aerosol flow is divided nyh particles into size fractions. Heavier aerosol particles, whose aerodynamic diameter x is larger than the effective separation diameter Dm, are deposited in the separator on the collector plate 8, and the remaining lighter particles with a smaller aerodynamic diameter than D ₅₀ are carried away from the separator 1 together with the gas flow through the axial outlet, made in the collector plate 8.

Аэрозольные частицы, прошедшие через разделитель 1 поступают далее в камеру 2 и осаждаются на фильтре 10. Альфа-частицы, испускаемые аэрозольными частицами, осевшими на фильтре 10, попадают на рабочую поверхность детектора 13 через коллиматор 16. С помощью коллиматора 16 обеспечивается заданное направление движения альфа-частиц (вдоль нормали к рабочей поверхности детектора 13). При взаимодействии альфа-частиц с чувствительным слоем детектора формируются электрические импульсные сигналы, которые усиливаются с помощью усилителя 14, выполняющего функцию предусилителя, и передаются для обработки в анализатор 15. При этом величина регистрируемых сигналов пропорциональна энергии альфа-частиц. Импульсные сигналы формируют энергетический спектр излучения в виде зависимости количества зарегистрированных импульсов от энергии.Aerosol particles passing through the separator 1 enter the chamber 2 and are deposited on the filter 10. Alpha particles emitted by the aerosol particles deposited on the filter 10 enter the working surface of the detector 13 through the collimator 16. Using the collimator 16, a given direction of movement of alpha -particles (along the normal to the working surface of the detector 13). In the interaction of alpha particles with the sensitive layer of the detector, electrical pulse signals are generated, which are amplified by an amplifier 14, which acts as a preamplifier, and transmitted for processing to the analyzer 15. In this case, the magnitude of the recorded signals is proportional to the energy of alpha particles. Pulse signals form the energy spectrum of radiation in the form of a dependence of the number of recorded pulses on energy.

Все зарегистрированные сигналы записываются в каналах АЦП анализатора 15. В каждом канале суммируется количество импульсов, зарегистрированных за фиксированный промежуток времени, и на основании полученных данных регистрируется спектр излучения размерной фракции аэрозольных частиц, выделенной при определенном значении расхода газового потока V_i.All registered signals are recorded in the ADC channels of the analyzer 15. In each channel, the number of pulses recorded for a fixed period of time is summed, and based on the data obtained, the emission spectrum of the size fraction of aerosol particles extracted at a certain gas flow rate V _i is recorded.

Управление работой узлов и блоков анализатора осуществляется блоком 6 с помощью специального программного обеспечения. Результаты измерений записываются в файлы внутреннего формата, совместимого с программным обеспечением. Количество импульсных сигналов, регистрируемых за фиксированные равные промежутки времени, суммируется по всем 1024 каналам АЦП. Активность аэрозольных частиц, осажденных на фильтре, для каждой размерной фракции частиц рассчитывается как отношение числа импульсов М, зарегистрированных с помощью детектора, к произведению интервала времени T, в течение которого проводилось измерение при фиксированном значении расхода газового потока, и коэффициента K_Э эффективности регистрации альфа-частиц спектрометром: A=M/(K_Э⋅T).The operation of the nodes and blocks of the analyzer is controlled by block 6 using special software. The measurement results are recorded in internal format files compatible with the software. The number of pulse signals recorded for fixed equal time intervals is summed over all 1024 ADC channels. The activity of aerosol particles deposited on the filter for each particle size fraction is calculated as the ratio of the number of pulses M recorded by the detector to the product of the time interval T during which the measurement was carried out at a fixed value of the gas flow rate and the coefficient K _{E of the} alpha detection efficiency -particle spectrometer: A = M / (K _E ⋅ T).

С выхода из камеры 2 газовый поток направляется в ротаметр 4, с помощью которого осуществляется контроль величины расхода газового потока через разделитель 1. Затем описанный выше процесс повторяют при следующем значении расхода газового потока, которое устанавливают с помощью насоса 5 и контролируют с помощью ротаметра 4. Пошаговое изменение расхода газового потока проводится не менее четырех раз путем уменьшения величины расхода от максимального до минимального значения. Активность измеряется на каждом шаге измерений в течение равных промежутков времени.From the exit from the chamber 2, the gas flow is directed to the rotameter 4, with the help of which the flow rate of the gas flow through the separator 1 is controlled. Then the process described above is repeated at the next gas flow rate, which is set using the pump 5 and controlled using the rotameter 4. A step-by-step change in the gas flow rate is carried out at least four times by reducing the flow rate from maximum to minimum. Activity is measured at each measurement step for equal periods of time.

Для оценки параметров дисперсного состава радиоактивных аэрозолей (АМАД и СГО) с помощью программного обеспечения проводится обработка файлов, сформированных в измерительном тракте, включающем детектор 13, усилитель 14 и анализатор 15. Данные файлы содержат результаты измерений для каждого шага последовательно изменяемого расхода газового потока. Обработка файлов осуществляется следующим образом.To evaluate the parameters of the dispersed composition of radioactive aerosols (AMAD and SGO) using the software, the files generated in the measuring path, including the detector 13, amplifier 14, and analyzer 15, are processed. These files contain the measurement results for each step of the gas flow rate successively changed. File processing is as follows.

Перед обработкой полученные файлы ранжируют по значениям расхода газового потока, при которых производились измерения, от максимального до минимального значения. В каждом файле проводится суммирование импульсов по всем каналам регистрации за время измерения и рассчитывается активность А как отношение суммарного числа зарегистрированных импульсов М к произведению интервала времени Т, в течение которого проводились измерения при фиксированных значениях расхода газового потока, и коэффициента К_Э эффективности регистрации альфа-частиц спектрометром: А=М/(К_Э⋅Т).Before processing, the resulting files are ranked by the gas flow rate at which measurements were made, from the maximum to the minimum value. Each file summation pulses registration of all channels during measurement and calculated as the ratio of activity A total number of pulses for the M to the product of the time interval T, during which measurements were taken at the fixed values of gas flow rate, and the efficiency factor K _E alpha- registration particle spectrometer: A = M / (K _E ⋅ T).

После этого величина активности А, рассчитанная на текущем шаге измерений (при текущем значении расхода), вычитается из величины активности, рассчитанной на предыдущем шаге измерений (при предыдущем значении расхода). Последовательное сравнение величин альфа-активности на каждом шаге измерений с величиной активности на предыдущем шаге измерений необходимо для выделения величины активности, соответствующей текущему шагу измерений. Следует отметить, что пошаговая регистрация активности в течение цикла измерений осуществляется без замены фильтра.After that, the activity value A calculated at the current measurement step (at the current flow rate) is subtracted from the activity value calculated at the previous measurement step (at the previous flow rate). A consistent comparison of the alpha activity values at each measurement step with the activity value at the previous measurement step is necessary to highlight the activity value corresponding to the current measurement step. It should be noted that step-by-step registration of activity during the measurement cycle is carried out without changing the filter.

Процедура сравнительного анализа значений активности повторяется для всех файлов, полученных при четырех значениях расхода. По результатам сравнительного анализа устанавливается распределение альфа-активности для выделенных размерных фракций аэрозольных частиц. При этом количество значений расхода газового потока при его пошаговом изменении должно быть не менее четырех для выполнения требований по достоверности и точности определения параметров дисперсного состава радиоактивных аэрозолей. Условие выбора минимального количества выделенных размерных фракций радиоактивных аэрозолей (не менее четырех), для которых проводятся измерения активности, определяется уровнем относительной ошибки при регистрации параметров дисперсного состава радиоактивных аэрозолей. Величина ошибки не должна превышать 5%. В этом случае достигается требуемый уровень достоверности и точности оперативного контроля дисперсного состава радиоактивного аэрозоля.The procedure for comparative analysis of activity values is repeated for all files obtained with four consumption values. Based on the results of the comparative analysis, the distribution of alpha activity for the selected size fractions of aerosol particles is established. In this case, the number of gas flow rates during its step-by-step change must be at least four in order to fulfill the requirements for the reliability and accuracy of determining the parameters of the dispersed composition of radioactive aerosols. The condition for choosing the minimum number of selected size fractions of radioactive aerosols (at least four) for which activity measurements are carried out is determined by the level of relative error when registering the parameters of the dispersed composition of radioactive aerosols. The error should not exceed 5%. In this case, the required level of reliability and accuracy of operational control of the dispersed composition of the radioactive aerosol is achieved.

Для определения параметров дисперсного состава используется метод, основанный на минимизации функции невязки Q(μ,σ), рассчитанной по расчетным η_i и теоретическим

значениям относительной активности аэрозольных частиц различных размерных фракций. При минимальном значении функции невязки Q(μ,σ) рассчитываются параметры логарифмически-нормального распределения μ и σ (АМАД и СГО). Расчет производится на основании следующих математических зависимостей:To determine the parameters of the dispersed composition, a method is used based on minimizing the residual function Q (μ, σ) calculated from the calculated η _i and theoretical

the relative activity of aerosol particles of various size fractions. At the minimum value of the residual function Q (μ, σ), the parameters of the log-normal distribution of μ and σ (AMAD and SGO) are calculated. The calculation is based on the following mathematical dependencies:

где: i=l..N, N=4 - порядковый номер фиксированного значения расхода газового потока; E_t(x) - эффективность разделения (осаждения) частиц с аэродинамическим диаметром x при фиксированном значении расхода (линейной скорости) газового потока; k_i и bi - параметры, зависящие от конструкции разделителя и расхода (линейной скорости) газового потока; ƒ(x,μ,σ) - плотность логарифмически нормального распределения аэрозольных частиц исходного спектра по размерам (1/м); η₁, η₂, η₃, η₄ -значения относительной активности, определенные при четырех значениях расхода (линейной скорости) газового потока;

- теоретические значенияwhere: i = l..N, N = 4 - serial number of a fixed value of the gas flow rate; E _t (x) is the efficiency of separation (deposition) of particles with an aerodynamic diameter x at a fixed value of the gas flow rate (linear velocity); k _i and bi are parameters depending on the design of the separator and the flow rate (linear velocity) of the gas stream; ƒ (x, μ, σ) is the density of the logarithmically normal size distribution of aerosol particles of the initial spectrum (1 / m); η ₁ , η ₂ , η ₃ , η ₄ -values of relative activity, determined at four values of the flow rate (linear velocity) of the gas stream;

- theoretical values

относительной активности для размерных фракций аэрозольных частиц, выделенных при четырех значениях расхода (линейной скорости) газового потока.relative activity for size fractions of aerosol particles isolated at four gas flow rates (linear velocities).

Далее приведен пример определения параметров дисперсного состава радиоактивного аэрозоля.The following is an example of determining the parameters of the dispersed composition of a radioactive aerosol.

Оперативное определение параметров дисперсного состава проводилось для радиоактивного аэрозоля, содержащего альфа-активный радионуклид ²³⁹Pu. Измерения с помощью анализатора осуществлялись непосредственно в месте отбора проб без дополнительного оборудования. Отбор проб радиоактивного аэрозоля проводился при последовательном пошаговом уменьшении расхода газового потока от 50 до 20 л/мин при четырех значениях расхода: 50, 40, 30 и 20 л/мин. Радиоактивный аэрозоль разделялся с помощью разделителя 1 на четыре размерные фракции. Разделитель предварительно был откалиброван для указанных значений расхода с помощью модельного аэрозоля, и для каждого значения расхода определена зависимость эффективности E_i(x) разделения (осаждения) аэрозольных частиц с аэродинамическими диаметрами х. С помощью модельного источника альфа-активности был определен коэффициент K_Э эффективности регистрации альфа-частиц спектрометром.The dispersed composition parameters were quickly determined for a radioactive aerosol containing ²³⁹ Pu alpha-active radionuclide. Measurements using the analyzer were carried out directly at the sampling site without additional equipment. The sampling of the radioactive aerosol was carried out with a sequential stepwise decrease in gas flow rate from 50 to 20 l / min at four flow rates: 50, 40, 30 and 20 l / min. The radioactive aerosol was separated using a separator 1 into four size fractions. The separator was previously calibrated for the indicated flow rates using a model aerosol, and for each flow rate the dependence of the efficiency E _i (x) for separating (settling) aerosol particles with aerodynamic diameters x was determined. Using a model source of alpha activity, the coefficient K _{E of the} efficiency of detecting alpha particles by a spectrometer was determined.

Длительность отбора пробы газового потока на каждом шаге измерений активности составляла 300 с. Расход аэрозоля контролировался с помощью ротаметра 4. Импульсные сигналы, генерируемые детектором 13, регистрировались в каналах АЦП. Для определения эффективности регистрации альфа-частиц детектором 13 предварительно проводилась энергетическая калибровка детектора по источнику известного состава, содержащему три энергетические линии радионуклидов ²⁴²Pu (4900 кэВ), ²³⁹Pu (5157 кэВ), ²³⁸Pu (5499 кэВ). На основании полученных данных были определены энергетические спектры осевших на фильтре альфа-активных аэрозольных частиц при четырех значениях расхода газового потока.The duration of sampling the gas stream at each step of the activity measurement was 300 s. The aerosol flow was controlled using a rotameter 4. The pulsed signals generated by the detector 13 were recorded in the ADC channels. To determine the detection efficiency of alpha particles by detector 13, the detector was preliminarily calibrated using a source of known composition containing three energy lines of radionuclides ²⁴² Pu (4900 keV), ²³⁹ Pu (5157 keV), ²³⁸ Pu (5499 keV). Based on the obtained data, the energy spectra of the alpha-active aerosol particles deposited on the filter were determined at four values of the gas flow rate.

При каждом значении расхода газового потока производилось суммирование количества импульсов в энергетических каналах АЦП. Активность А аэрозольных частиц для каждой пробы при фиксированном расходе определялась как отношение суммы зарегистрированных импульсов М к произведению интервала времени Т (длительности отбора пробы при фиксированном расходе), в течение которого проводились измерения, и коэффициента K_Э эффективности регистрации альфа-частиц спектрометром.At each value of the gas flow rate, the number of pulses in the ADC energy channels was summed. The activity A of aerosol particles for each sample at a fixed flow rate was determined as the ratio of the sum of the recorded pulses M to the product of the time interval T (duration of sampling at a fixed flow rate) during which measurements were made, and the coefficient K _{E of the} alpha-particle registration efficiency with a spectrometer.

В связи с тем, что в процессе измерений при различных расходах газового потока происходит накопление альфа-активных аэрозольных частиц на фильтре, который не заменяется в процессе измерений, необходимо выделить значение активности, соответствующее размерной фракции аэрозольных частиц при текущем фиксированном значении расхода. Для этого проводилось последовательное сравнение величин альфа-активности на каждом шаге измерений с величиной активности на предыдущем шаге измерений при предыдущем значении расхода газового потока.Due to the fact that during measurements at various gas flow rates, alpha-active aerosol particles accumulate on the filter, which is not replaced during the measurement, it is necessary to select the activity value corresponding to the size fraction of aerosol particles at the current fixed flow rate. For this, a sequential comparison of the alpha activity values at each measurement step was carried out with the activity value at the previous measurement step at the previous gas flow rate.

Процедура сравнения величин альфа-активности на каждом шаге измерений проводилась путем вычитания из суммарной активности на текущем шаге измерений значения суммарной активной активности на предыдущем шаге измерений. Процедура выполнялась для всех шагов измерений, при этом на первом шаге измерений из накопленной активности вычиталась величина фоновой активности, зафиксированная перед началом измерений. Для чистого фильтра, установленного перед началом измерений, величина фоновой активности принимается равной нулю.The procedure for comparing the alpha activity values at each measurement step was carried out by subtracting from the total activity at the current measurement step the values of the total active activity at the previous measurement step. The procedure was carried out for all measurement steps; in this case, at the first measurement step, the value of the background activity recorded before the start of measurements was subtracted from the accumulated activity. For a clean filter installed before the start of measurements, the background activity is taken equal to zero.

В таблице №1 представлены результаты измерений суммарной активности осевших на фильтре анализатора частиц A_Σi при четырех значениях объемного расхода V_i газового потока через разделитель 1, значения активности частиц A_i для каждой выделенной размерной фракции, рассчитанные методом сравнения суммарных значений активности A_Σi на текущем и предыдущем шагах измерений, значения относительной активности частиц η_i=A_i/A_Σ, рассчитанные для каждой выделенной размерной фракции, и значения эффективного диаметра разделения D₅₀ для четырех выделенных размерных фракций, полученные при предварительной калибровке разделителя для четырех значений расхода V_i газового потока. Относительные значения активности частиц (η_i ^T=A_i/A_Σ) получены как отношение значений активности частиц A_i для каждой размерной фракции, выделенной при фиксированном расходе, к сумме значений активностей всех размерных фракций A_Σ=A₁+A₂+A₃+A₄. Значения A₁, A₂, A₃ и А₄ рассчитаны методом сравнения суммарных значений активности A_Σi на текущем и предыдущем шагах измерений.Table 1 shows the results of measurements of the total activity of particles A _Σi deposited on the analyzer filter at four values of the gas flow rate V _i through separator 1, particle activity values A _i for each selected size fraction, calculated by comparing the total activity values A _Σi at the current and the previous measurement steps, the values of the relative particle activity η _i = A _i / A _Σ calculated for each selected size fraction, and the values of the effective separation diameter D ₅₀ for four selected size fractions obtained during preliminary calibration of the separator for four values of the gas flow rate V _i . Relative values of particle activity (η _i ^T = A _i / A _Σ ) are obtained as the ratio of particle activity values A _i for each size fraction isolated at a fixed flow rate to the sum of the activity values of all size fractions A _Σ = A ₁ + A ₂ + A ₃ + A ₄ . The values of A ₁ , A ₂ , A ₃ and A _{4 are} calculated by comparing the total activity values of A _Σi at the current and previous measurement steps.

На основании обработанных результатов измерений, приведенных в таблице №1, определены параметры дисперсного состава исследуемого радиоактивного аэрозоля, в частности АМАД и СГО. Значения относительной активности частиц η_i, полученные для каждой выделенной размерной фракции аэрозольных частиц, подставляются в математическое выражение для функции невязки Q(μ,σ). Минимум функции Q(μ,σ) соответствует искомым параметрам дисперсного состава радиоактивных аэрозолей АМАД и СГО. С учетом пропорциональной зависимости активности частиц от их массы значение АМАД соответствует аэродинамическому диаметру D₅₀, при котором вероятность осаждения на коллекторной пластине частиц равна 50%. Параметр СГО определяется как отношение D₈₄/D₅₀, где D₈₄ и D₅₀ - аэродинамические параметры осажденных частиц, вероятность осаждения которых на коллекторной пластине равна 84% и 50%, соответственно.Based on the processed measurement results shown in table No. 1, the parameters of the dispersed composition of the studied radioactive aerosol, in particular AMAD and SGO, are determined. The values of the relative particle activity η _i obtained for each selected size fraction of aerosol particles are substituted into the mathematical expression for the residual function Q (μ, σ). The minimum of the function Q (μ, σ) corresponds to the required parameters of the dispersed composition of the radioactive aerosols AMAD and SGO. Taking into account the proportional dependence of the activity of the particles on their mass, the AMAD value corresponds to the aerodynamic diameter D ₅₀ , at which the probability of deposition of particles on the collector plate is 50%. The SSS parameter is defined as the ratio D ₈₄ / D ₅₀ , where D ₈₄ and D ₅₀ are the aerodynamic parameters of the deposited particles, the probability of deposition of which on the collector plate is 84% and 50%, respectively.

Значение теоретической относительной активности

определяется согласно следующей зависимости:The value of theoretical relative activity

determined according to the following relationship:

где: j - индекс суммирования (j=1 - нижняя граница суммирования, j=L - верхняя граница суммирования); x_j - переменное значение аэродинамического диаметра аэрозольных частиц в интервале значений от 0.001 до 1000 мкм; L - количество разбиений интервала значений x_j аэродинамического диаметра аэрозольных частиц при суммировании; E_i(x_j) - эффективность разделения (осаждения) частиц с аэродинамическим диаметром x_j при фиксированных значениях расхода газового потока (V_i=20, 30, 40 и 50 л/мин); ƒ(x_i,μ,σ) - плотность логнормального распределения активности аэрозольных частиц по размерам (1/м).where: j is the summation index (j = 1 is the lower limit of the summation, j = L is the upper limit of the summation); x _j is the variable value of the aerodynamic diameter of aerosol particles in the range of values from 0.001 to 1000 microns; L is the number of partitions of the interval of values x _{j of the} aerodynamic diameter of aerosol particles during the summation; E _i (x _j ) is the separation efficiency (deposition) of particles with an aerodynamic diameter x _j at fixed gas flow rates (V _i = 20, 30, 40 and 50 l / min); ƒ (x _i , μ, σ) is the density of the lognormal distribution of the activity of aerosol particles in size (1 / m).

Подставляя выражение для относительной активности

в выражение для функции невязки Q(μ,σ) и перебирая случайные пары значений μ и σ, определяем пару значений μ и σ, при которых функция невязки Q(μ,σ) принимает минимальное значение. В рассматриваемом примере функция Q(μ,σ) минимизируется при следующих значениях аргументов: μ=4.85 мкм и σ=1.2. Следовательно, указанные значения АМАД и СГО являются искомыми значениями дисперсного состава радиоактивного аэрозоля, содержащего альфа-активный радионуклид ²³⁹Pu.Substituting an expression for relative activity

into the expression for the residual function Q (μ, σ) and sorting through random pairs of values of μ and σ, we determine the pair of values μ and σ at which the residual function Q (μ, σ) takes the minimum value. In the considered example, the function Q (μ, σ) is minimized for the following values of the arguments: μ = 4.85 μm and σ = 1.2. Therefore, the indicated values of AMAD and CGO are the desired values of the dispersed composition of a radioactive aerosol containing ²³⁹ Pu alpha-active radionuclide.

Приведенные выше примеры осуществления изобретения подтверждают возможность создания условий для оперативного определения параметров дисперсного состава радиоактивных аэрозолей в автономных (полевых) условиях с требуемым уровнем точности. Выделение размерных фракций аэрозольных частиц путем пошагового изменения расхода прокачиваемого газового потока, при количестве фиксированных значений расхода не менее четырех, и измерение активности выделенных размерных фракций частиц непосредственно в камере детектирования анализатора позволяет определять параметры дисперсного состава радиоактивных аэрозолей непосредственно в месте отбора проб в момент измерений.The above examples of the invention confirm the possibility of creating conditions for the rapid determination of the dispersed composition of radioactive aerosols in autonomous (field) conditions with the required level of accuracy. The allocation of size fractions of aerosol particles by stepwise changing the flow rate of the pumped gas stream, with the number of fixed flow rates of at least four, and measuring the activity of the selected particle size fractions directly in the analyzer's detection chamber allows the dispersed composition of radioactive aerosols to be determined directly at the sampling location at the time of measurement.

Наряду с описанными выше примерами возможны и другие варианты реализации изобретения в зависимости от конкретных условий и задач, решаемых в процессе определения дисперсного состава радиоактивных аэрозолей, содержащих альфа-активные нуклиды. Наряду с АМАД и СГО могут быть определены и другие параметры дисперсного состава аэрозоля, в том числе массовый медианный аэродинамический диаметр (ММАД) и счетный медианный аэродинамический диаметр (СМАД), на основании известных расчетных методик (см., например, Райст П. Аэрозоли, введение в теорию. М.: Мир, 1987. С. 22-39).Along with the examples described above, other embodiments of the invention are possible depending on the specific conditions and problems to be solved in the process of determining the dispersed composition of radioactive aerosols containing alpha-active nuclides. Along with AMAD and GMS, other parameters of the aerosol dispersed composition can be determined, including mass median aerodynamic diameter (AMAD) and counted median aerodynamic diameter (AMAD), based on well-known calculation methods (see, for example, Raist P. Aerosoli, Introduction to Theory.M.: Mir, 1987.S. 22-39).

Изменение расхода прокачиваемого через инерционный разделитель газового потока может пошагово (ступенчато) увеличиваться от минимального до максимального значения (при несущественном снижении точности измерений). Для измерений активности частиц могут применяться наряду с ионно-имплантированными кремниевыми детекторами и другие типы детекторов, которые компактно размещаются в камере детектирования. Обработка сигналов, формируемых при взаимодействии альфа-частиц с рабочей поверхностью детектора, может проводиться с помощью различных типов преобразователей сигналов и программного обеспечения, реализующего алгоритм анализа регистрируемых сигналов.The change in the flow rate of the gas flow pumped through the inertial separator can stepwise (stepwise) increase from the minimum to the maximum value (with an insignificant decrease in the measurement accuracy). For measuring particle activity, other types of detectors, which are compactly placed in the detection chamber, can be used along with ion-implanted silicon detectors. The processing of signals generated by the interaction of alpha particles with the working surface of the detector can be carried out using various types of signal converters and software that implements an algorithm for analyzing recorded signals.

Способ определения параметров дисперсного состава радиоактивных аэрозолей может быть реализован в устройствах-анализаторах, используемых для проведения оперативного контроля радиометрических и спектрометрических параметров на объектах с радиоактивными загрязнениями и вблизи источников радиоактивного излучения. Способ целесообразно применять на промышленных предприятиях для санитарно-гигиенической оценки газовых сред, в технологических процессах производства радиоактивных изотопов, в радиоэкологии и медицине, для оценки эффективности работы пылеулавливающего оборудования и средств индивидуальной защиты органов дыхания.The method for determining the parameters of the dispersed composition of radioactive aerosols can be implemented in analyzer devices used for operational monitoring of radiometric and spectrometric parameters at objects with radioactive contamination and near sources of radioactive radiation. The method is expediently applied at industrial enterprises for sanitary-hygienic assessment of gaseous media, in technological processes for the production of radioactive isotopes, in radioecology and medicine, for evaluating the efficiency of dust-collecting equipment and personal respiratory protective equipment.

Claims

1. The method of determining the dispersed composition of radioactive aerosols containing alpha-active radionuclides, including the separation of aerosol particles contained in the analyzed gas stream into size fractions by pumping the gas stream through a single-stage inertial separator at various flow rates, the deposition of aerosol particles on the filter, alpha measurement -activity of aerosol particles deposited on the filter for each selected size fraction for equal periods of time, processing the results of measurements rhenium and determination of the dispersed composition of radioactive aerosols on the basis of the processed measurement results, characterized in that the aerosol particles are separated into at least four size fractions by successive stepwise changes in the flow rate of the gas stream pumped through the single-stage inertial separator, for each fixed gas flow rate, the amount of which is equal to at least four, aerosol particles are deposited on a filter located in the chambers the detection rate into which the gas stream is supplied from the output of a single-stage inertial separator, measure the alpha activity of aerosol particles deposited on the filter using a spectrometer, the detector of which is installed in the detection chamber, for the size fractions isolated at fixed values of the gas flow rate, the dependence of the measured alpha values is established -activity on the size of aerosol particles by sequentially comparing the alpha activity values at each measurement step with the activity value at In the previous measurement step at the previous value of the gas flow rate, based on the obtained dependence, the dispersed composition of the radioactive aerosol is determined.

2. The method according to p. 1, characterized in that the aerodynamic median particle diameter and standard geometric deviation of the particle diameter are determined as parameters of the dispersed composition of the aerosol.

3. The method according to p. 1, characterized in that the flow rate of the gas flow pumped through the inertial separator is stepwise reduced from the maximum to the minimum value.

4. The method according to p. 1, characterized in that the alpha activity of the particles is measured using a spectrometer with an ion-implanted silicon detector, on the working surface of which is installed a collimator.

5. The method according to p. 4, characterized in that the signals generated by the interaction of alpha particles with the working surface of the detector are processed in the measuring path of the spectrometer, including a signal amplifier and an amplitude pulse analyzer, connected in series to the output of the detector.

6. The method according to p. 5, characterized in that the signals are processed using an amplitude pulse analyzer, which includes an amplitude-to-digital converter.

7. The method according to p. 1, characterized in that the alpha activity for each particle size fraction is calculated as the ratio of the number of pulses recorded by the detector to the product of the time interval during which the measurement was carried out at a fixed value of the gas flow rate and the coefficient alpha particle detection efficiency with a spectrometer.