книги из ГПНТБ / Быховский, А. В. Горячие аэрозольные частицы при техническом использовании атомной энергии

гамма-установок от объема отобранной пробы воздуха показана на рис. 8.2. Прямая линия — зависимость д = const Ѵ~1/2, нормированная на экспериментальное зна­ чение относительной среднеквадратической флуктуации, соответствующее 850 м3 воздуха, протянутого через фильтр ФПП [529]. Как следует из рис. 8.2, эксперимен­ тальная зависимость достаточно хорошо описывается законом 6 = const Ѵ~1/2, выраженным формулой (8.3).

Рис. 8.2. Зависимость среднеквадра­ тической флуктуации концентрации радиоактивных аэрозолей от объема отобранной пробы воздуха.

На рис. 8.2 видно, что для обеспечения среднеквадра­ тической погрешности измерения концентрации радио­ активных аэрозолей в воздухе рабочих камер установок не более ±20% объем отобранной пробы должен состав­ лять не менее 3000 м3. Таким образом, объем достовер­ ной пробы радиоактивных аэрозолей в присутствии в воздухе горячих частиц должен составлять сотни и тысячи кубических метров, что хорошо согласуется

сэкспериментальными данными Керна [275].

8.2.ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ КОНТРОЛЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУХА РАДИОАКТИВНЫМИ АЭРОЗОЛЯМИ В СЛУЧАЕ ЗНАЧИТЕЛЬНЫХ ИХ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ И ВРЕМЕННЫХ ФЛУКТУАЦИЙ

Как следует из данных предыдущего раздела, объем воздуха, необходимый для обеспечения представитель­ ности получаемых данных о средней радиоактивности

210

исследуемого воздуха, должен составлять в реальных условиях загрязнения воздушной среды производствен­ ных помещений горячими частицами сотни и тысячи кубических метров. Об этом же свидетельствуют и ре­ зультаты работы [492], в которой показано, что в научноисследовательском центре по атомной энергии в Харуэлле при скорости прокачки 20 л/мин (скорость легочной вентиляции человека) минимальное время пробоотбора, которое обеспечивает получение предста­ вительных данных о радиоактивном загрязнении воз­ душной среды рабочих помещений на уровне 0,1 ПДК, будет составлять для 239Ри 75 дней (при максимальной активности аэрозольной частицы из 239Рц 5 -10-11 кюри). Увеличение скорости пробоотбора, естественно, приво­ дит к сокращению времени, требуемого для проведения исследования, однако это не всегда желательно с точки зрения суждения о реальном поступлении горячих час­ тиц в организм человека. Поэтому большой практи­ ческий интерес представляет попытка облегчить полу­ чение представительных данных и повысить точность результатов путем применения статистических методов обработки получаемых результатов. Идею такого под­ хода легко понять, если принять во внимание, что радио­ активность отдельных аэрозольных частиц, как правило, следует логарифмически нормальному закону.

Как показали многочисленные исследования, резуль­ таты которых изложены в работах [491, 521, 530, 531], логарифмически нормальное распределение концентра­ ций радиоактивных аэрозолей вида

где p(A)dA — вероятность регистрации активной кон­ центрации аэрозолей в интервале от А до A + dA, Ат— среднегеометрическое (медианное) значение кон­ центраций, а а — стандартное отклонение, имеет общий характер, причем это распределение связано прежде всего с пространственными и временными флуктуациями радиоактивности воздуха1.

В общем случае наблюдаемое за достаточно большой промежуток времени логарифмически нормальное рас­

14* 211

пределение концентраций радиоактивных аэрозолей обязано нескольким факторам, воздействующим на ин­ тенсивность образования и поведение радиоактивных аэродисперсных систем: во-первых, нормальным времен­ ным изменениям условий работы в обследуемых поме­ щениях, во-вторых, пространственным колебаниям кон­ центрации аэрозольных частиц вследствие их диффузии, осаждения, движения воздуха и других процессов и, в-третьих, для высокорадиоактивных изотопов — стати­ стическим флуктуациям вследствие низкой концентрации аэрозольных частиц.

Поскольку наиболее вероятным при периодическом отборе проб является получение значения концентрации, близкой к моде наблюдаемого логарифмически нормаль­ ного распределения концентраций, т. е. Лт ехр(—lg2o), то значение, регистрируемое при периодическом конт­ роле, занижает величину средней концентрации радио­ активных аэрозолей, воздействию которых реально подвергается персонал. _Наилучшая оценка средней кон­ центрации аэрозолей А связана с медианным значе­ нием Ат и стандартным отклонением а соотношением

При ограниченном числе измерений п величина сред­ ней концентрации А выражается формулой [521]

Среднеквадратическая относительная погрешность наилучшей оценки средней концентрации определяется по формуле

Ha рис. 8.3 по оси ординат отложено отношение а среднеарифметического значения измеренных концентра­

212

Кроме правильной оценки среднего значения загряз­ ненности воздуха радиоактивными аэрозолями знание параметров логарифмически нормального распределения (ЛНР) позволяет не только определить разброс концен­ траций, но и оценить вероятность превышения любого заданного уровня. Последнее об­

Из выражения (8.9) можно заключить, что с точки зрения достижения лучшей точности предпочтительнее отбирать большое число проб малого объема, чем мень­ шее число проб большого объема1.

В работе [220] описан специальный аэрозольный пробоотборник с 15 фильтродержателями с рабочим диаметром фильтра 2,4 см. Он позволяет одновременно отбирать по три пробы в точках, которые расположены на расстоянии 7,5 см друг от друга в одной горизон­ тальной плоскости, находящейся на высоте 14, 45, 83, 129 и 175 см от пола. Расход воздуха через каждый фильтр составляет 7 л/мин (0,42 м3/ч). Последующее авторадиографическое исследование воздушных проб,

213

загрязнения окислами плутония или его нитратом, пока­ зало, что усреднение активностей, осажденных на 15 фильтрах, существенно уменьшает флуктуации изме­ ряемой концентрации, которые обусловлены осаждением отдельных высокоактивных частиц. При использовании высокопроизводительных пробоотборников выгоднее раз­ делить фильтр с аэрозольной пробой на некоторое число равных частей (например, на 4 или 8). В тех случаях, когда концентрация меняется со временем, преимуще­ ство отбора большого числа проб малого объема еще более очевидно, поскольку такой отбор позволяет полу­ чать дополнительную информацию о пиковых значениях концентрации.

При оценке доз внутреннего облучения персонала, занятого в загрязненных помещениях, использование данных ежедневного или еженедельного контроля кон­ центраций, как правило, ненадежно и может привести к сильно различающимся даже для одного помещения результатам. В частности, среднеарифметическое значе­ ние результатов отдельных замеров может в несколько раз отличаться от наилучшей оценки среднего значения, вычисленного по формуле (8.8). Однако стандартная по­ грешность наилучшей оценки среднего значения, опре­ деленная по формуле (8.9), будет также велика, что указывает на ненадежность таких подсчетов. Усреднение же результатов радиометрического контроля за дли­ тельный промежуток времени (месяц, квартал, год) приводит к существенному сглаживанию колебаний результатов измерений концентраций, которые вызваны пространственными и временными флуктуациями в аэродисперсных системах, а также некоторой вероятностью осаждения в пробе отдельных высокорадиоактивных частиц. В качестве примера укажем на данные работы [497], свидетельствующие о том, что наилучшая оценка средненедельной экспозиции, основанная на результатах контроля концентрации радиоактивных аэрозолей в те­ чение года, совпадала с ее среднеарифметическим зна­ чением в пределах 20% (в большинстве случаев 10%).

8.3. ПРИМЕНЕНИЕ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ АЭРОЗОЛЬНЫХ ПРОБООТБОРНИКОВ

Для правильной оценки степени радиационной опас­ ности, связанной с радиоактивным загрязнением вдыхае­ мого воздуха, часто бывает недостаточно данных, полу-

214

чаемых с помощью стационарных пробоотборников, поскольку последние позволяют оценить лишь усреднен­ ную по значительным объемам активную концентрацию и не могут зарегистрировать локальные загрязнения. Это наблюдается прежде всего при проведении опера­ ций, связанных с поступлением радиоактивных частиц непосредственно в зону дыхания работающих. Напри-

Рис. 8.4. Связь между радиоактивностью воздуха (7) и интенсивно­ стью движения персонала (2) во вспомогательном помещении плу­ тониевого завода [328].

мер, концентрация аэрозольных частиц, содержащих плутоний, очень резко уменьшалась с увеличением рас­ стояния от поврежденного перчаточного бокса, так что количество плутония, воздействию которого подверга­ лись сотрудники, работающие у соседних боксов на расстоянии нескольких метров, было на один — два по­ рядка ниже количеств, поступающих в зону дыхания работающего у поврежденного бокса [494]. В помеще­ ниях со значительными уровнями поверхностной радио­ активной загрязненности рабочих поверхностей обору­ дования, пола, спецодежды перемещение персонала вызывает также возникновение кратковременных локальных аэрозольных загрязнений. На рис. 8.4 при­ ведены данные, характеризующие прямую связь между концентрацией аэрозолей и интенсивностью движения персонала во вспомогательных помещениях плутоние­ вого завода [327]. Кроме того, радиоактивные аэродис­ персные системы часто характеризуются некоторыми распределениями концентраций и дисперсности частиц по высоте [263].

21 5

Интересное исследование распределения концентра­ ций радиоактивного аэрозоля в модельном помещении проведено Ю. Е. Залманзоном и др. [534]. Авторы пока­ зали, что изменение концентраций в помещении в основ­ ном повторяет направление потоков, колеблясь в сред­ нем на 36—90%.

Следовательно, корректное проведение контроля за поступлением радиоактивных аэрозолей в органы тре­ бует максимального приближения пробоотборника к зоне дыхания. Эта задача решается путем применения инди­ видуальных пробоотборников, прикрепляемых к одежде работающих. Практика совместного применения инди­ видуальных и стационарных пробоотборников показала, что уровни, даже усредненные за большие промежутки времени радиоактивного загрязнения, регистрируемые ими, могут значительно различаться (от 3 до 30' раз) [285]. Причина такого расхождения, как уже указыва­ лось, состоит, во-первых, в том, что часто аварийные утечки радиоактивных аэрозолей в рабочую зону могут состоять из нескольких высокоактивных частиц, регист­ рируемых индивидуальным пробоотборником и не реги­ стрируемых расположенным вблизи стационарным, и, во-вторых, во вторичном диспергировании радиоактив­ ного загрязнения при движении персонала, которое вследствие значительного разбавления воздушными по­ токами не сильно влияет на показания стационарного пробоотборника. Корреляционную связь между показа­ ниями индивидуальных и стационарных пробоотборни­ ков исследовали авторы работы [285]. Тщательная обра­ ботка экспериментального материала привела авторов

к степенной зависимости между показаниями этих при­ боров.

Статистическая обработка результатов измерения радиоактивности воздуха индивидуальными и стацио­ нарными пробоотборниками, предпринятая другими ис­ следователями, часто приводила к логарифмически нормальному распределению отношения их показаний. Опыт показал, что в зависимости от месторасположения и характера источников радиоактивных аэрозолей отно­ шение показании индивидуальных пробоотборников к показаниям стационарных может испытывать колеба­ ния. В тех случаях, когда радиоактивные аэрозоли поступает в воздушную среду рабочих помещений из некоторых постоянных локальных источников, не свя­

21 6

занных с передвижением персонала, среднегеометриче­ ское отношение их показаний не слишком отличается от единицы. По данным работы [521], при проведении постоянных работ в рабочих помещениях Уиндскейла среднегеометрическое значение отношения fm равно еди­

стандартного отклонения о. Па рис. 8.5 в вероятностно­

рис. 8.5, логарифмически нормальное распределение зна­ чений отношения f характеризуется следующими пара­ метрами: fm = 2,8, ö= 2,4; 7= 4,0. Легко видеть, что зна­ чение отношения, превышающее 10, имеет вероятность появления 7%, а значение, превышающее 20, — 1%.

По данным работ [328, 492, 497], где исследовались характеристики аэрозолей, загрязняющих воздух радио­ химических лабораторий, параметры лежат в следующих пределах: fm = 2,l -7-6,6, a = 2,l-f-4,4 и 7= 3,7-4-12,0.

217

Еще более разительны результаты исследований за­ грязненности воздуха в помещении дезактивации радио­ химических лабораторий в Харуэлле [492]. В этих усло­

ности результатов изучения концентрации радиоактив­ ных аэрозолей с помощью стационарных пробоотборни­ ков зависит также от месторасположения последних в помещении.

По данным работы [494], показания стационарного аэрозольного пробоотборника, установленного вблизи перчаточных боксов по направлению потока вентиля­ ционного воздуха, оказались наиболее представитель­ ными, а стационарный пробоотборник, установленный против тока воздуха, регистрировал существенно зани­ женные значения фактического аэрозольного загрязне­ ния и в том случае, если высвобождение аэрозолей из бокса не было кратковременным. Исследования, про­ веденные в плутониевой лаборатории в Харуэлле [328], показали, что наименьшее значение отношений показа­ ний индивидуальных пробоотборников к показаниям стационарного пробоотборника отмечены в случае рас­ положения стационарного пробоотборника вблизи вы­ тяжного отверстия воздуховода у всех 10 обследованных

вентиляции (максимальное — 301, минимальное — 25). Этот вывод не представляется неожиданным, поскольку расположение пробоотборников вблизи воздуховодов вытяжной вентиляции обеспечивает лучшую регистра­ цию любых локальных источников аэрозолей, что в связи с направленностью воздушных потоков невозможно при расположении его в любом другом месте.

Заметим, что более тщательное рассмотрение проб­ лемы контроля загрязнения воздушной среды позволяет уяснить также и факторы, свидетельствующие о том, что степень недооценки аэрозольной опасности стацио­ нарными пробоотборниками в ряде случаев оказывается

отборников. Во-первых, активность, регистрируемая индивидуальными пробоотборниками, может принадле­

218

жать нескольким высокоактивным частицам нереспирабельных размеров, и, во-вторых, вследствие того, что распределения активности аэрозолей в производствен­ ных помещениях характеризуются средним аэродинами­ ческим диаметром, как правило, выше 1 мкм (т. е. стан­ дартного, принятого в рекомендациях МКРЗ при вычислении ПДК), количество радиоактивных веществ, задерживающихся в органах дыхания, может быть в два—три раза ниже, чем это следует из показаний индивидуальных пробоотборников [328], поэтому во столько же раз оказывается меньше степень недооценки активной концентрации стационарными пробоотборни­ ками. Однако данный вопрос требует дополнительного изучения.

В заключение следует указать, что контроль загряз­ нения воздуха с помощью индивидуальных пробоотбор­ ников, хотя и обеспечивает достаточно корректное опре­ деление поступления радиоактивных веществ внутрь организма вместе с вдыхаемым воздухом, тем не менее не дает возможности своевременно обнаружить появле­ ние в воздухе опасно высоких концентраций и опера­ тивно вмешаться в ход производимых работ с целью устранения источника аэрозолей. С этой точки зрения интересна попытка регистрировать локальные утечки аэрозолей плутония из не видимых невооруженным гла­ зом микротрещин и других повреждений перчаток бок­ сов и транспортных мешков с помощью 20-точечной сигнальной аэрозольнорадиометрической системы [535]. Каждая пробоотборная головка содержит фильтр из стекловолокна диаметром 5,9 см, через которую со ско­ ростью 100 л/мин прокачивается исследуемый воздух, и три кремниевых поверхностно-барьерных детектора диаметром 2 см, сочлененных с предусилителем. Благо­ даря последующей дискриминации фона прибор дает звуковой и световой сигналы при появлении плутоние­ вого аэрозоля в концентрации ПДК через 80 ч, т. е. при поступлении в органы дыхания человека 3-10-5 предель­ но допустимого содержания плутония в организме че­ ловека.

Такой метод, несомненно, наиболее перспективен и может быть с успехом применен для регистрации «мик­ розагрязнений» воздушной среды, связанной с локаль­ ными выбросами аэрозолей из оборудования и генера­ цией аэрозолей при движении персонала.

219