3 курс / Гигиена / Физико_химические_характеристики_промышленных_альфа_излучающих_аэрозолей

5.7.14Стандартная неопределенность подсчета количества треков

всложной звезде в толстом слое

R– радиус окружности, описанной вокруг звезды по внешним трекам.

Имея глубину залегания в толстом слое (5.146), (5.146) подставив в формулу

Из (5.112) и (5.165) получаем эффективность регистрации в сложной звезде в толстом слое:

320

Решение (5.168) аналитически тривиально, но получаемый результат является громоздким и не приводится в данной работе, также для решения (5.168) подойдет численный метод. Стандартная неопределенность эффективности регистрации u(εСЗТСH ) функцио-

нально зависит от радиуса звезды R , толщины толстого слоя H и области D(r1, r2, g)

(рис. 5.75).

321

Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

5.7.15 Определение диаметра частицы 239PuO2 в толстом слое для сложной звезды

Определение размера частицы в толстом слое для сложной звезды несущественно отличается от определения размера частицы в толстом слое для простой звезды (5.157).

ß

322

Решение (5.171) аналитически тривиально, но получаемый результат является громоздким и не приводится в данной работе, также для решения (5.171) подойдет и любой численный метод. Стандартная неопределенность размера частиц по Мартину для 239PuO2

в сложной звезда в толстом слое на рисунке 5.76 для ND = 10000 и радиуса окружности, описанной вокруг звезды по внешним трекам R = 25 . Область определения 0≤ r1< r2≤R, а на прямой r1= r2 – точки разрыва.

323

Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

324

а) б)

Рисунок 5.76 – Стандартная неопределенность диаметра частицы lТС по Мартину для

239PuO2 от в зависимости от D(r1, r2,g º 2p) (область определения 0≤r1<r2≤R) в сложной звезде ND = 10000 и радиуса окружности, описанной вокруг звезды по внешним трекам R = 25 для толстого слоя: а) H =5 мкм; б) H =10 мкм

Заключение

1.Впервые разработана классификация полученных изображений треков путем их группировки в отдельные звезды, образованные в результате деления ядер 239Pu, содержащихся в одной наночастице. На основе классификации полученных изображений треков путем их группировки в отдельные звезды разработано два алгоритма автоматического отнесения группы треков к звезде, что в дальнейшем позволит создать программное обеспечение для автоматического измерения диаметра и вычисление координаты наночастицы 239PuO2 и оценке метрологических характеристик диаметра наночастицы.

2.Разработан метод вычисления диаметра частицы 239PuO2, среда между мише-

нями – воздух или ткани человека.

3.Впервые разработан метод измерения диаметра частицы 239PuO2 в сложной звезде. Зарегистрировано изобретение «Способ определения количества ядер радиоактивного нуклида частицы, включающий облучение частицы в поле тепловых нейтронов при воздушной среде между частицей и мишенью» свидетельство RU 2733491 C2 автор Введенский В.Э. [29].

4.Впервые оценены метрологические характеристики метода измерения диаметра частицы 239PuO2, в том числе в сложной звезде.

5.Впервые показано, что распределение звезд по числу треков от продуктов деления 239Pu на мишенях из сверхчистого монокристаллического синтетического кварцевого

325

Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

стекла является дзета-распределением Римана (распределение Зипфа). Такое же распределение звезд по числу треков от продуктов деления 239Pu на фоновых детекторах.

6. Одной из основополагающих констант нейтронно-индуцированного метода измерения является величина критического угла (зависит от материала мишени). Величина критического угла участвует: в расчете эффективности; в расчете размеров частиц; в оценке оптимального режима облучения трековых детекторов. Значение величины критического угла, полученное для используемого материала мишени, а не взятое из справочника, повышает точность вычислений. Получен критический угол для монокристалличе-

7.Полученный критический угол использовался для оценки оптимального режима облучения трековых детекторов в виде границ флюенса «сверху» и «снизу», что позволит точнее задать флюенс облучения трековых детекторов в зависимости от предполагаемых характеристик наночастиц и обеспечит увеличение эффективности использования материальных средств.

8.Проведенные исследования динамики травления латентных треков деления позволили точнее понять механизмы нейтронно-индуцированного метода измерения. Была выдвинута и проверена гипотеза о том, что горизонтальная скорость травления (вдоль поверхности детектора) больше скорости травления по нормали к поверхности детектора в 2,05 раза, а скорость травления материала детектора вдоль латентного трека больше скорости травления по нормали к поверхности детектора в 9,59 раза.

326

Список литературы к главе 5

1.Лысцов В.Н., Мурзин Н.В. Проблемы безопасности нанотехнологий / М. – МИФИ, 2007. – 70 с.

2.Donaldson, K. and V. Stone, Current hypotheses on the mechanisms of toxicity of ultrafine particle / Ann Ist Super Sanita. – 2003. –39(3). –Рp. 405–410.

3.Oberdorster G, Oberdorster E, Oberdorster J. Nanotoxicology: an emerging discipline evolving from studies of ultrafine particles // Environ.Health Perspect. – 2005. – 113. – Рр. 823–39.

4.Oberdorster G., Stone V., Donaldson K. Toxicology of nanoparticles: A historical perspective / Nanotoxicology. – V.1. –№ 1б. – 2007. – Pp.2–25.

5.Elder A.C.P. The Toxicology of Nanomaterials // Univ.of Rochester, DEM. –2007. – 37p.

6.Плутоний. Справочник под ред. О.Вика – Москва. Атомиздат, 1978. – 327 с.

7.Biological Response and Mechanisms of Toxicology after Exposure to Nanoparticles. D.Rothen-Rutishauer. In “In-vitro Exposure Studies for Toxicity of Engineered Nanoparticles”

5–6. – September 2009. – Karlsruhe, Germany.

8. Nananoparticles-cell Interactions: Mechanisms and Cellular Responses. D.RothenRutishauer, Ch. Brandenberger et. al. In “In-vitro Exposure Studies for Toxicity of Engineered Nanoparticles” 5–6. – September 2009. – Karlsruhe, Germany.

9. Oxidative Stress-induced by Fe2O3 Nanoparticles in MRC5 Lung Fibroblasts. M. Radu, M.C. Munteanu, et al., In “In-vitro Exposure Studies for Toxicity of Engineered Nanoparticles” 5–6. – September 2009. – Karlsruhe, Germany.

10. Diel J.H., Mewhinney J.A. Fragmentation of Inhaled 238PuO2 Particles in Lung // Health Physics. – 1983. –Vol. 44. – No. (February). –Рp. 135–143.

11.Аладова Е.Е. Исследование дисперсности альфа-активных промышленных аэрозолей методом авторадиографии // Вопросы радиационной безопасности. – 2002. –

№4. – С.17–21.

12.Дьяков А.А., Менькин Л.И., Карпечко С.Г. Определение концентрации 235U в водном теплоносителе первого контура ядерного реактора // Атомная энергия. –1986. – Т. 61. – вып. 5. – С. 334–338.

13.Гангрский Ю.П., Марков И.Г., Перелыгин В.П. Регистрация и спектрометрия осколков деления. – М.: Энергоатомиздат, 1979. –224 с.

14.Флейшер Р. Л., Прайс П. Б., Уокер Р. М. Треки заряженных частиц в твердых телах: Принципы и приложения. В 3-х ч. Ч. 1. Методы исследования треков. / Пер. с англ. Под общ. ред. Ю. А. Шуколюкова. – М.: Энергоатомиздат, 1981. – 152 с.

15.Дюррани С., Балл Р. Твердотельные ядерные детекторы. М.: Энергоатомиздат, 1990 – 264 с.

327

Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

16. ГОСТ 34100.3–2017/ISO/IEC Guide 98–3:2008 Неопределенность измерения,

часть 3, Руководство по выражению неопределенности измерения/

17.Исследования промышленных альфа-излучающих частиц нанометрового диапазона в воздухе рабочих помещений. Заключительный отчет о НИР, шифр «Наноча- стицы-3». Озерск, 2011. – 141 с.

18.Тот Л.Ф. Расположения на плоскости, на сфере и в пространстве. Пер. с нем. – М.: ФМЛ, 1958. – 364 с.

19.Василенко И.Я., Василенко О.И. Плутоний. // Энергия: экономика, техника, экология. 2004. – № 1. С. 60–63.

20.Бекман И.Н. Плутоний. Учебное пособие. [Электронный ресурс]. – 2009. – URL: http://profbeckman.narod.ru/PlutonSS.htm (дата обращения 29.07.2020).

21.James F. Ziegler, Jochen P. Biersack, Matthias D. Ziegler. SRIM. The Stopping and Range of Ions in Matter. [Электронный ресурс]. – URL: http://www.srim.org (дата обращения

29.07.2020).

22.Фелдман Л., Майер Д. Основы анализа поверхности и тонких пленок. Пер. с англ. – М.: Мир, 1989. – 344 с.

23.Методика выполнения измерений плутония-239, содержащегося в промышленных альфа-излучающих наночастицах. Свидетельство об аттестации методики радиационного контроля № 4390.2.П397 от 27.09.2012. ФР.1.38.2015.13346

24.Сыпко С. А., Введенский В. Э., Бобов Г. Н. Исследования статистических характеристик распределения размеров наночастиц 239PuO2 в воздухе отделения оксалатного осаждения завода регенерации топлива ПО «Маяк» с использованием нейтронно-индуци- рованного метода измерения // Вопросы радиационной безопасности. – 2019. – № 2. –

С.71–79.

25. Джонсон Н. Л. Одномерные дискретные распределения / Н. Л. Джонсон,

С.Коц, А. У. Кемп ; пер. 2-го англ. изд. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. – 559 с.

26.Райст П. Аэрозоли, введение в теорию. – М.: Мир, 1987. – 278 с.

27.Джонсон Н.Л., Коц С., Балакришнан Н. Одномерные непрерывные распределения: в 2 ч. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, Ч. 1. – 2010. – 703 с.

28.Протокол облучения трековых детекторов с тканями человека по контракту № 11.305.16.0. – Озерск, 2016. – 4 с.

29.Патент RU 2733491 C2. Способ определения количества ядер радиоактивного нуклида частицы, включающий облучение частицы в поле тепловых нейтронов при воздушной среде между частицей и мишенью / В.Э. Введенский.

328

6. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

РАЗМЕРОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ НАНОЧАСТИЦ 239PU

ВТКАНЯХ ЧЕЛОВЕКА

С.А. Сыпко, В. В. Введенский, Г. Н. Бобов, А. Н. Жданов

Анализ литературных данных показывает, что для исследований свойств наночастиц приемлемыми могут оказаться следующие методы измерения:

·авторадиографический метод;

·метод нейтронно-индуцированной трековой дозиметрии;

·метод электронной микроскопии.

Метод авторадиографии успешно применяется для изучения дисперсного состава промышленных альфа-излучающих аэрозолей, а также в исследованиях микрораспределения актинидов в органах и тканях подопытных животных и человека [1]. Однако применимость данного метода в исследованиях свойств наночастиц весьма ограничена. Нетрудно оценить число альфа-распадов 239Pu, составляющих наночастицу размером в 104 атомов (максимальный размер фрагментов, образующихся при альфа-распаде этого радионуклида в микронных частицах) за один год наблюдения. Оно составляет ≈0,3. Иначе говоря, за период в 3 года каждый фрагмент диоксида Pu указанного размера в среднем даст приблизительно один альфа-распад. Учитывая то, что эффективность регистрации альфа-распадов авторадиографического метода составляет приблизительно 0,3 [2], можно с уверенностью оценить, что приблизительно за 10 лет наблюдений в среднем будет образовываться один альфа-трек. Исключение составляют актиниды, имеющие сравнительно короткий период полураспада. К таким альфа-излучающим радионуклидам относится 238Pu. Неслучайно при исследовании фрагментации диоксида 238Pu был применен рассматриваемый метод выполнения измерений. Однако производственных участков, в воздухе рабочих помещений которых присутствует диоксид 238Pu без примеси 239Pu, крайне мало. В подавляющем большинстве производственных помещений в состав промышленных альфа-излучающих аэрозолей входит 239Pu. Причем массовая доля этого нуклида значительно превалирует. Таким образом, можно сделать вывод о том, что авторадиографический метод неприменим в исследованиях свойств нанометровых промышленных аэрозолей 239Pu.

Сущность метода нейтронно-индуцированной трековой дозиметрии заключается в следующем. Анализируемый образец с наночастицами помещают между двумя треко-

329

Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/