УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЗЯТИЯ ПРОБ С ПОВЕРХНОСТИ

Полезная модель относится к области контроля окружающей среды, а именно, к устройствам для отбора проб с различных твердых поверхностей, загрязненных радиоактивными и другими опасными веществами.
Известны различные устройства для отбора проб, например, для анализа аэрозолей, находящихся в воздухе, (патенты РФ №№1402830,2145706, 2282175).
В общем случае эти устройства представляют собой корпус с подводящим и отсасывающим патрубками, образующими тракт протекания воздушной среды, насос, фильтр, на котором задерживаются частицы. После взятия пробы, состав и количество осажденных на фильтре частиц анализируется различными методами. Недостатком известных устройств является невозможность взятия проб с поверхности, которые обеспечивали бы высокую достоверность результата исследования поверхностного загрязнения, а также обеспечивали экспрессность метода, что важно в условиях радиоактивного загрязнения.
2
В настоящее время для определения поверхностного загрязнения радиоактивными веществами - активности радионуклидов на единицу площади поверхности, распад/(мин·см). используют т.н. «метод мазков» (http://www.nnc.kz/rbn/ПБТРВ/pbtrv_pril.htm).
Для этого путем контакта сорбирующего материала с исследуемой поверхностью оператор снимает с нее загрязнение. В качестве сорбирующего материала используют ватные тампоны, марлю, фильтровальную бумагу. Мазки берут сухими или влажными (смоченными кислотой, спиртом и т.п). Пробы мазков после гамма-спектрометрического анализа озоляются преимущественно «мокрым» способом путем нагревания в концентрированной азотной кислоте в течение 1 часа при периодическом добавлении 30%-ной перекиси водорода. В отдельных случаях «мокрое» озоление проводится трехкратно и выщелаты объединяются. Для некоторых мазков может проводиться определение веса отобранной пыли. В этих случаях мазки подвергаются термическому озолению (500-600°С) до полного выгорания органики и сухой остаток после взвешивания на аналитических весах трижды выщелачивается концентрированной азотной кислотой при нагревании с добавлением перекиси водорода. Последовательные выщелаты из каждой пробы объединяются.
Затем определяют альфа и бета-активность озоленных мазков на соответствующих приборах. Зная площадь, с которой снималось загрязнение, рассчитывают величину поверхностного загрязнения. Данный способ имеет ряд недостатков. Он зависит от субъективных особенностей пробоотбора (степень влажности сорбирующего материала, сила нажатия при отборе мазка и т.п.), взятие мазков с неровных поверхностей неэффективно (пыль не может быть удалена из естественных микроуглублений) и получаемые результаты по «снимаемому» поверхностному загрязнению могут быть занижены.
За прототип принято устройство для отбора проб аэрозолей (патент РФ №1402830, G01N 1/22, оп.15.06.88). Устройство представляет собой корпус, нижняя часть которого выполнена в виде конфузора, на входе которого установлен фильтр. В верхней цилиндрической части корпуса установлены электроаспиратор и расходомер. Для забора пробы воздуха включается электроаспиратор, внутри корпуса создается разрежение, проба воздуха с анализируемыми частицами проходит через фильтр, где частицы задерживаются. После извлечения фильтра состав и количество частиц анализируется различными способами. Это устройство не позволяет проводить отбор проб с поверхности с высокой степенью достоверности, сложно конструктивно.
Техническим результатом, на которое направлена полезная модель является создание устройства для достоверного взятия проб с загрязненных твердых поверхностей.
Для достижения указанного результата предложено устройство для взятия проб с поверхности, состоящее из корпуса в виде тела вращения с открытой нижней частью, с установленным в нем фильтром, патрубками для подвода и отвода воздуха, насоса, при этом патрубки подвода воздуха соединены с отверстиями в нижней части корпуса и выполненными под углом к исследуемой поверхности, по оси корпуса установлен вал с возможностью вращения, на одном из концов которого закреплена щетка, над которой установлен фильтр.
На фигуре схематично показан заявляемое устройство для взятия проб с поверхности, где 1 - корпус, 2 - патрубок подвода воздуха, 3 - патрубок для отвода воздуха, 4 - фильтр, 5 - щетка, 6 - исследуемая поверхность, 7 - вал, 8 - отверстия.
Устройство работает следующим образом.
Воздух прокачивается насосом (на фигуре не показан) по тракту, образованному следующими позициями: патрубок подачи воздуха 2 - отверстия 8 - внутренний объем корпуса 1 - патрубок отвода воздуха 3. Воздух прокачивается насосом через корпус 1, нижняя часть которого выполнена цилиндрической. Корпус 1 своей нижней открытой частью прижимается к исследуемой поверхности 6. В цилиндрическом основании под углом к поверхности просверлен ряд отверстий 8 небольшого диаметра. Подвод воздуха к отверстиям может осуществляться через коллектор или индивидуально, в зависимости от числа, расположения и размеров отверстий. В корпусе 1 на вертикальном валу 7 установлена щетка 5, которую вращают вручную во время отбора пробы. Отсос воздуха производится через отверстие 3 в корпусе. Пылевые частицы, оторванные от поверхности при вращении щетки, уносятся воздушным потоком и оседают на съемном фильтре 4, например, из ленты ЛФС-2-50, расположенном на пути откачиваемого воздуха.
Пробоотборник пыли с помощью «щетки» имеет два преимущества перед пробами на мазок. Во-первых, этот метод независим от оператора и, во-вторых, повышает эффективность пробоотбора, так как эффективная поверхность, с которой берется проба, увеличивается. Кроме того, в случае с влажными или пропитанными маслом отложениями пыли, проба на мазок не выявит отличий между данными отложениями и сухими, пробоотборник с помощью сдува воздухом через отверстия 8 со щеткой даст разные результаты. Эти данные позволят получить более точную оценку пылепереноса и вторичного пылеподъема, так как сама щетка, загрязненная влажными частицами, является фактически материалом для дальнейших исследований на активность, как в методе «снимаемого» загрязнения методом мазков. Щетки могут быть сделаны из тех же материалов, которые используются при снятии мазков с возможностью их анализа.
Щетка может быть исходно увлажнена необходимым «смывным» раствором, например, кислотой.
Время отбора пробы в одной точке поверхности не более 20 секунд, затем пробоотбор может проводиться в следующей точке и т.д. Фильтры с отобранной из многих точек пылью вынимают из корпуса и анализируются так же как и мазки. Затем определяют альфа и бета-активность озоленных мазков на соответствующих приборах. Зная площадь, с которой снималось загрязнение, рассчитывают величину поверхностного загрязнения, анализируют количество и активности радионуклидов, осажденных на фильтре и пересчитывают их на единицу площади исследуемой поверхности
Пример проведение измерений.
2
2
2
Открытое основание корпуса 1 устройства плотно прижимали к исследуемой поверхности 6. Желательно иметь площадь сбора пробы равную 100 см, поскольку многие датчики бета- и альфа - радиометров имеют такую же эффективную площадь и тогда не требуется перерасчетов - показания радиометров дают сразу результат в частицах/(мин.×см). Если площадь отличается от указанной, то требуется провести перерасчет на площадь 1 см). Время одной экспозиции при измерениях на объекте «Укрытие» было 10÷20 с. (зависело от загрязненности поверхности).
После проведения измерений фильтр 4 аккуратно снимали, складывали загрязненной поверхностью внутрь и помещали в специальный конверт из полиэтилена.
Перед отправкой в лабораторию в обслуживаемом помещении проводили предварительное определение его гамма-активности на универсальном радиометре-дозиметре.
90
137
В лаборатории после гамма-спектрометрического анализа (выполнялся с помощью полупроводникового спектрометра, использующего детектор из сверхчистого германия фирмы ORTEC) фильтр подвергали термическому озолению (500-600°С) до полного выгорания органики и сухой остаток после взвешивания на аналитических весах трижды выщелачивали концентрированной азотной кислотой при нагревании с добавлением перекиси водорода. Последовательные выщелаты из каждой пробы затем объединялись. В среднем для пылевых образцов процент выщелачивания описываемой методикой составляет около 70%. Бета-радиометрические измерения активности Sr и Cs выполнялись с помощью бета-радиометра РУБ-01П. Для альфа-спектрометрических измерений содержания изотопов плутония использовалась установка фирмы CANBERRA.
Измерения содержания урана проводили с помощью люминесцентного спектрометра с возбуждением от импульсного азотного лазера.
4
2
137
90
2
2
238+239+240
241
-6
2
Характерные значения бета - активности - (1÷10)×10 частиц/(мин.×см) (Cs и Sr), альфа - активности - (1÷10)×10 частиц/(мин.×см) (Pu и Am), загрязнения ураном - 2×10 г/см.
Таким образом, данное устройство позволит с большей степенью достоверности определять загрязненность твердых поверхностей различных рельефов, в том числе и радиоактивных.