第一章放射性气溶胶气溶胶的概念一气溶胶的定义通俗地说,气溶胶是由固休或液体微粒或两者同时悬浮在气体中构成的,例如
常见的烟和雾都是气溶胶气溶胶按严格的定义来说,是指气体或空气介质与固态与液态分散相所构成的分散体系而在实际使用这一名称时,往往指分散体系中的分散相例如,在固体物质与空气组成的分散体系中,固体的物质叫分散相而含有固体的物质的空气叫做分散介质
具有放射性分散相的分散体系,称做放射性气溶胶例如铀矿中的氮及其子体产物都具有放射性,它们被大气悬浮物吸附后,即成为放射性气溶胶
如果所研究的分散体系内所有分散相的颗粒大小一致,则此种分散体系称为“单一分散系”,其分散相叫做单一分散度的除此以外的分散体系,称为“多分散成分的复
杂系”,其分散相叫做多分散度的
从辐射防护观点出发,主要着眼于分散介质为空气或大气的放射性气溶胶
二气溶胶的分类
根据聚集状态气溶胶可以分为固态分散相气溶胶和液态分散相气溶胶根据其形成方法的不同,在上述两类中又各分成分散性和凝聚性气溶
胶
固态分散相的分散性气溶胶,不管它的分散度如何,都称为“灰尘”或叫“粉尘”例如选矿中破碎筛矿选矿等过程中产生的粉尘皆属此类它们的组成与原来的物质
相同这种生产性“灰尘”的粒子的直径较大,多数大于微米
固态分散相的凝聚性气溶胶称为“烟”例如从焚烧烟草木头煤或油出来的烟
一般地说,烟以粒子小于微米为特征
液态分散相的分散性气溶胶和凝聚性气溶胶,不管其分散度如何都称做“雾”水
蒸汽在适当的核上凝结或液体喷洒时都形成雾如农药喷雾器喷雾器喷出的药液即是雾实际上不少时候遇到既有分散性粒子又含有凝聚性粒子的气溶胶例如,炉烟总是含有或多或少的炉灰,又如工业中心的空气大都是含有煤烟灰煤炭干馏产物和大气
湿气的产物所形成的集合体把烟和雾的混合体系如后者叫做“烟雾
”
气溶胶研究的对象是”一微米分散度范围很宽的系统原子能工业生产中所产
生的放射性气溶胶,它的粒径大小范围也大致如此三气溶胶的物理性质气溶胶的基本特性是它们的不稳定性在静止空气中,引起气溶胶消失的主要过程是重力沉降和扩散在液态气溶胶情况,蒸发也十分重要气溶胶粒子的沉降速率由斯托克斯定律所决定对于直径大于微米的粒子,它与粒子直径的平方差不多成正比按照斯托克斯定律直径为。微米密度为。克厘米
“
的粒子在秒中沉降。毫米,而直径为微米密度为的粒子在。秒中沉降厘米所以大颖粒的气溶胶在空气中停留时间不长气溶胶的扩散运动随粒子尺寸的减小而增剧例如,一个直径为。微米的粒子在秒内扩散的平均距离为毫米左右而直径为微米的粒子在秒内扩散的平均距离仅毫米小于微米的气溶胶粒子与空气的原子和分子相类似它们服从布朗运动的规律,在空气中呈悬浮状态,实际上不沉降但因碰撞发生凝聚而组成较大颗粒时
也会发生缓慢的沉降直径在一微米间的中等颗粒的气溶胶粒子由于沉降较缓慢,所以悬浮在空气中比较久气溶胶粒子的蒸发速率是组成气溶胶的物质和粒子大小的函数由液体形成的气溶胶一般很快就蒸发掉例如,在蒸汽压力为盛毫米汞柱的有机物质的气溶胶中
,
直径为微米的粒子其寿命约为小时,而直径为微米的粒子在一分钟左右时间就蒸发掉其它的一些物理性质,例如气溶胶的荷电性,凝聚状态等也是重要的气溶胶的电荷量决定它们在呼吸道中的滞留特性荷电的气溶胶较多地滞留在鼻腔内而较少地沉积于肺中原子能工业生产中所遇到的大多数气溶胶是荷电的气溶胶粒子在人的呼吸系统内的空气动力学行为也取决于气溶胶的团块形状
夸原子能工业生产过程中的气溶胶来源
一放射性气溶胶的形成机制在原子能工业生产过程中,气溶胶形成机制大致有以下几种机械加工产生的碎屑,以及在各种操作中块状物质和粉末的扩
散
,
在机械加工金属时,有关生成氧化物的然烧过程,在化学处理中由溶液形成气溶胶
由于凝结作用或气相反应而由气相形成气溶胶粒子,放射性气体的固体子体产物的原子附着于空气中非放射性气溶胶的顺粒上,非放射性气溶胶粒子吸收放射性气体,放射性气溶胶由表面污染物的再悬浮而形成
斯托克斯定律的一般形式为
尸一
,式中为沉降速度厘米秒为粒子直径
厘米,,为粒子密度克厘米,为空气密度克厘米,为重力加速度厘米秒气”为空气粘滞系数泊在毫米汞柱压力和情况下”‘泊在大气中天然放射气琳胶是氮氧的子体产物被吸附在大气悬浮物尘埃和雾滴上而形成氮戴射气主要是由土壤和岩石中的镭释放出来核爆炸也会产生放射性气溶胶它由核爆炸产生的放射性的裂变产物被大气中的悬浮物吸附和溶解后形成
气溶胶的一些重要性质,例如粒子大小分布化学性质荷电性放射性结构
和
凝聚状态等,与形成过程密切有关例如就粒子大小分布来说,机械加工形成的气溶
胶
颗粒一般较大,而凝结作用和气相反应形成的气溶胶粒子最小
二原子能工业生产中气溶胶的产
生
产生放射性气溶胶的主要工序是放射性矿石开采加工和精制嫩料制备反应堆运行放射性同位素生产和处理核燃料化学处理和后处理,以及放射性废物处
理和
处置等需要考虑正常工作条件和事故情况下所形成的气溶胶
在铀牡矿的开采以及粉碎筛分碾磨选矿过程中,产生的气溶胶主要是悬浮在空气中的矿石碎片和氮氧子体由于铀与硅酸的结合能力极强,所以品位高的矿石常含有相当多的带有放射性的二氧化硅粉尘在铀牡矿的勘探开采以及选矿过程中的矿石碎片颗粒都比较大,一般为微米到百微米氮氨子体产物本身粒子较小,为
。一。微米但它可附着在凝聚核上成为亚微米粒子
在金属燃料制备过程中,在以氮将还原为的车间内产生气溶胶在用气体扩散法分离“的工厂,在氟化过程中,。遇水汽,生成氟化铀酞呈白色雾状在机械加工中,包括锯切磨刨钻孔等所有使金肩燃料升温的操作
会产生细小的金属氧化物球形粒子从气相凝结形成气溶胶的机制产生极细的液态或固态气溶胶,这些微细粒子可呈雾状例如,机械加工或熔化铀和杯过程中产生的金属蒸
汽迅速冷凝形成金属氧化物气溶胶除此之外另有一部分气溶胶是由机械扩散所形威
在反应堆运行过程中,放射性气体和气溶胶的主要来源是气体和空气通过活性
区被活化,气态裂变产物的扩散,载热剂的蒸发,元件表面损伤时形成气溶胶等
反应堆运行中形成的气溶胶种类随堆的类型结构使用的燃料等不同而异一般
地说,气洛胶的形成可分为以下几类例如碘是气态裂变产物,它形成气溶胶有三种机制分子碘吸附在空气中已经
存在的气溶胶上,碘与空气中形成核的痕量有机成份进行反应,以及碘凝结在空气中的核上
气态裂变产物发生扩散,它的子体产物形成气溶胶例如““王和王
分别是气态裂变产物““和“。和工吕的子体产物
固体裂变产物外漏,例如“““王工‘盛王‘“”“等空气中杂质被活化〔主要来源是结构材料建筑材料等例如,“‘一“‘〕
反应堆燃料的氧化物和其它氧化物例如铀杯氧化物和等
在反应堆运行中,形成的放射性气溶胶既有放射性的,又有日放射性
的
在核燃料的化学处理和燃料后处理过程中,主要是从溶液形成气溶胶除了在某
些操作中由水雾喷雾和气泡破裂之外,目前从溶液中释放气溶胶的基本机制还了解得很少在溶液中存在挥发性无机物质,例如碘情况下,放射性原子优先从溶液中释放出来而且对不同的元素释放系数是不同的在燃料后处理工厂中肺和钉同位素优先
释
放
,
钉的释放是因为它所形成的四氧化物的性质类似于气体,并可部分地附着于空气中的气
溶胶上在化学处理工厂,形成气溶胶的另一个重耍过程是正常温度下的气相化学反应在原子能工业生产过程中,由沉积在设备地面衣服等处的乾燥的放射性
物质
的再悬浮形成放射性气溶胶特别是在更衣室内,在某些情况下,此气溶胶源可能造成
很高的空气污染水平,并且气溶胶颗粒一般比较大不同的工厂车间工段和实验室,在其生产和操作中所形成的气溶胶是不同的所以,对于不同的工作场所来说,应分别测定和研究气溶胶的某些重要性质,因为这些性质对评价工作人员的吸入剂量时是必不可少的
多
放射性气溶胶监测的目的从上节可以看到,原子能工业的工厂矿山的工作场所和环境的空气会受到放射性气溶胶的污染工作人员吸入含放射性物质的空气其中部分放射性物质将滞留于体内,形成对工作人员的内照射’内照射比外照射对人体的危害更大所以空气污染监测对保障工作人
员的安全具有重要的意义从辐射防护观点出发,放射性气溶胶的监测包括两个方面,即放射性气溶胶浓度的测量和放射性气溶胶粒度分布白州测定,以及对测量结果的评价
为了从内照射的角度估算放射性气溶胶对人体的危害,需要知道吸入放射性物质的放射性强度和粒子的大小分布因为哪些气溶胶粒子是可吸入的,吸入的气溶胶滞留于肺内的份额是多少,这些都与粒子大小有关
。
放射性气溶胶监测工作首先要根据监测对象和监测目的,选取测定放射性气溶
胶的
有效方法,拟定监测计划常规的事故的或应急的工作场所空气中放射性气溶胶监测的目的,主要分为以下四种情况确定正常工作条件下的一般空气污染水平,探测空气污染的异常情况,并及早报警,以便对异常情况进行分析确定实际吸入情况下,工作人员所受的剂量上限,在新工厂的运行初期,鉴定工厂设计工艺设备的性能或操作程序是否符合安全生产的要求环境监测的目的是确定放射性物质对周围环境污染的程度和转移的规律,以便全面规划,采取措施,保护广大居民和环境