УСТАНОВКА ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИ СВЯЗАННОГО ТРИТИЯ ИЗ ОРГАНИЧЕСКИХ ОБРАЗЦОВ

Полезная модель относится к области экологических исследований и может быть использована для выделения необменного органически связанного трития при сжигании органических образцов, а также для пробоподготовки в аналитической химии.
Одной из актуальных задач экологических исследований является контроль радиационного загрязнения в зонах воздействия промышленных предприятий ядерного цикла. Для совершенствования систем оперативного мониторинга загрязнения среды существует необходимость развития средств анализа радиационного загрязнения территории, связанных не столько с аварийными ситуациями, сколько с выбросами " производственного характера, появляющимися в безаварийных условиях. Одним из маркеров техногенного загрязнения окружающей среды является тритий. Он, в отличие от других радионуклидов, проходит через очистные барьеры с жидкими стоками в виде тритиевой воды и газовыми выбросами. Тритий накапливается в биосфере и содержится в трех формах:
1) в виде тритиевой воды; 2) обменный органически связанный тритий; 3) необменный органически связанный тритий. В третьей форме тритий не обменивается с окружающей средой и может быть выделен при разложении органических соединений. Особый интерес для экологии представляют исследования годовых колец деревьев, в которых сохраняется необменный органически связанный тритий, накапливаемый в течение вегетационного периода. Сравнение концентраций необменного органически связанного трития в годичных кольцах позволяет ретроспективно выявить локальные эффекты воздействия предприятий ядерного цикла. Для определения трития из древесины выделяют ее основную составляющую - целлюлозу, которую затем сжигают, улавливая при этом воду, содержащую тритий.
Известны установки для выделения органически связанного трития (Y.Yamada, M. Itoh, N.Kiriyama, K.Komura, К.Ueno. Measurement of tritium in tree rings: relationship between tritium concentrations in pine tree rings and environmental samples. Journal of Radionanalytical and Nuclear Chemistry. 1989. V 132. №1, p.59-64; С.Cossonnet, A.M. Neiva Marques, R. Gurriaran. Experience acquired on environmental sample combustion for organically bound tritium measurement. Applied Radiation and Isotopes. 2009. V.67, P.809-811). Указанные установки состоят из двухсекционной трубчатой печи -с кварцевым реактором, системы улавливания образующихся газов и газовой линии для подачи газов. Недостатком этих установок является большие затраты времени на процесс сжигания каждого из исследуемых образцов - по окончании процесса печь необходимо охладить до комнатной температуры, а для проведения следующего процесса печь сначала необходимо вывести на рабочий термический режим.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является установка (F.Pointurier, N.Baglan, G.Alanic, R.Chiappini. Determination of organically bound tritium background level in biological samples from a wide area in the south-west of France. Journal of Environmental Radioactivity. 2003. V68, P.171-189), в которой секция нагрева образца двухсекционной трубчатой печи имеет линейное перемещение вдоль кварцевого реактора, в котором находится лодочка со сжигаемым образцом. Конструкция печи с одним подвижным элементом позволяет проводить регулируемое по скорости сжигание образца и тем самым обеспечивает более качественное, равномерное сжигание. Однако недостатком данной конструкции является наличие воздушного зазора между секциями печи, что создает условия для формирования неоднородного распределения температуры вдоль продольной оси рабочего пространства печи, вызывает увеличение энергопотребления и замедление работы.
Технический результат данной полезной модели - увеличение быстродействия, оперативности проведения сжигания серии образцов, уменьшение энергопотребления.
Указанный технический результат достигается тем, что предложенная установка для выделения органически связанного трития из органических образцов состоит из трубчатой печи с секциями нагрева образца и катализатора, кварцевого реактора для размещения катализатора и сжигаемого образца, системы улавливания образующихся газов и газовой линии для подачи газов.
В отличие от известной, в предлагаемой установке трубчатая печь снабжена дополнительной секцией нагрева катализатора, которая расположена так, что плотно примыкает к секции нагрева образца с одной стороны и к секции нагрева катализатора с другой. Каждая секция снабжена независимой системой автоматического управления температурой. Все секции закреплены на одной оси в общем корпусе, который имеет возможность плавного перемещения вдоль кварцевого реактора.
Конструкция, когда печь состоит из трех соосно расположенных в сплошном корпусе (без воздушных промежутков) секций, имеющих независимые автоматические системы управления температурой, и имеет возможность плавного перемещения по направляющим относительно кварцевого реактора, позволяет оперативно и равномерно проводить сжигание каждого образца исследуемой серии последовательно друг за другом, поддерживая в печи необходимое стационарное распределение рабочих температур, при котором вариации градиента температур между секциями не вызывают изменения знака градиента.
На фиг.1 представлена схема установки для выделения органически связанного трития из органических образцов, где 1 - трехсекционная трубчатая передвигающаяся печь; 2 - кварцевый реактор; 3 - лодочка для образца; 4 - катализатор; 5 - игольчатый клапан; 6 - осушающий фильтр; 7 - ловушка, охлаждаемая смесью хлорида натрия и льда.
3
2
Установка работает следующим образом. Первоначально секции печи 1 автоматически выводятся на рабочий температурный режим. Первая секция нагрева катализатора имеет рабочую температуру 700°С, а вторая секция нагрева катализатора - 800°С. Температура третьей секции нагрева образца плавно повышается от 100°С до 450°С. Образец помещается в кварцевую лодочку 3 емкостью 120 см, которая устанавливается в кварцевый реактор 2 в третью секцию печи. Сжигание производится в смеси кислорода и аргона (1:1) при значении потока газовой смеси 100-300 см/мин для обеспечения безопасности процесса -сжигания. Скорость потока регулируется игольчатыми клапанами 5 системы подачи газов, состоящей из газовых баллонов с редукторами и осушающих фильтров 6. При появлении в лодочке пламени, которое является сигналом о начале возгорания образца, печь по направляющим начинают перемещать так, чтобы пламя медленно двигалось через весь образец. Это обеспечивает медленное и полное сгорание образца без вспышек, при этом образец полностью превращается в золу. Для полного завершения процесса горения его продукты, образующиеся в самой низкотемпературной секции 3, пропускают через катализатор 4, состоящий из оксида меди, смешанного с кварцевыми гранулами. Образующиеся при сгорании образца пары воды, содержащие тритий, улавливаются в охлаждаемой ловушке 7 и очищаются от примесей простой перегонкой. Концентрацию трития в воде определяют с помощью ультранизкофонового жидкостносцинтилляционного спектрометра-радиометра.
Преимущества предложенной установки выделения органически связанного трития из органических образцов:
- обеспечена оперативность сжигания серии образцов;
- уменьшено энергопотребление. ЛИТЕРАТУРА:
1. Y.Yamada, M.Itoh, N.Kiriyama, K.Komura, K..Ueno. Measurement of tritium in tree rings: relationship between tritium concentrations in pine tre rings and environmental samples. Journal of Radionalytical and Nuclear Chemistry. 1989. V 132. №1, P. 59-64.
2. С.Cossonnet, A.M.Neiva Marques, R.Gurriaran. Experience acquired on environmental sample combustion for organically bound tritium measurement. Applied Radiation and Isotopes. 2009. V.67, P.809-811.
3. F.Pointurier, N.Baglan, G.Alanic, R.Chiappini. Determination of organically bound tritium backeground level in biological samples from a wide area in the south-west of France. Journal of environmental radioactivity. 2003. V68, P.171-189.