Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2020. Том 65. № 3. С. 59–65
А.Г. Цовьянов1, А.Е. Карев1, С.М. Шинкарев1, И.П. Коренков1, А.С. Самойлов1, В.А. Стебельков2, А.В. Жуков2, К.М. Изместьев3, С.Г. Терентьев3
Дисперсность, морфология и элементный состав аэрозольных частиц на производстве смешанного нитридного уран‑плутониевого топлива
1 Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна ФМБА России, Москва, Россия
2 НП «Лаборатория анализа микрочастиц», Москва
3 Акционерное общество «Сибирский химический комбинат», Томск
Контактное лицо: Цовьянов Александр Георгиевич,
This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
Реферат
Цель: Исследование физико-химических характеристик радиоактивных аэрозолей, образующихся при производстве смешанного нитридного уран-плутониевого (СНУП) топлива.
Материал и методы: Для исследования дисперсного состава применялись отечественные импакторы: АИП-2, ФРТЧ (ФМБЦ им. А.И. Бурназяна), а также зарубежные модели: каскадный импактор Андерсена (Copley Scientific, UK), индивидуальный импактор SKC Sioutas (SKC inc., США). При исследовании морфологических характеристик использовали растровый электронный микроскоп (РЭМ) LYRA-3 (Tescan), оснащенный рентгеновским микроанализатором (РМА) X-max 80 (Oxford Instruments). Для поиска содержащих уран и плутоний частиц в отдельных пробах применяли масс-спектрометр вторичных ионов IMS-1280 (Cameca) и трековый анализ.
Результаты: Значение медианного по активности (Σa) аэродинамического диаметра (АМАД) аэрозольных частиц варьирует от 12 до 33 мкм, для 239Pu – от 14 до 27 мкм. Наименьшие значения АМАД (0,4–2,5 мкм для 239Pu) обнаружены в ремонтной зоне у бокса синтеза и спекания. Элементный состав аэрозольных частиц определяется наличием U (63–86 %), Pu (5–10 %) и О (9–47 %), Fe в отдельных пробах – до 32 %, другие элементы Nа, S, N, Р содержатся в гораздо меньшем количестве, не превышающем 2–8 %. В составе лишь одной частицы, содержащей уран и плутоний, присутствует азот (3 %).
Заключение: В операторской зоне основной вклад в объемную активность вносит грубодисперсная фракция радиоактивных аэрозолей, вероятно, обусловленная операциями прессования и дробления. Аэрозольные частицы присутствуют в виде индивидуальных частиц или плотных агрегатов размером 0,2–2 мкм, а также в виде конгломератов размером от 0,5 до 4 мкм на основе оксидов кремния, железа, карбоната кальция и т.д., содержащих включения (от 200 до 400 нм) или индивидуальные частицы (20–200 нм) смешанного оксида урана-плутония, либо оксида урана как на поверхности конгломерата, так и в приповерхностных слоях внутри.
Ключевые слова: плутоний, радиоактивные аэрозоли, АМАД, импактор, смешанное нитридное уран-плутониевое топливо, растровый электронный микроскоп, масс-спектрометр
Для цитирования: Цовьянов А.Г., Карев А.Е., Шинкарев С.М., Коренков И.П., Самойлов А.С., Стебельков В.А., Жуков А.В., Изместьев К.М., Терентьев С.Г. Дисперсность, морфология и элементный состав аэрозольных частиц на производстве смешанного нитридного уран-плутониевого топлива. Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2020;65(3):59-65.
DOI: 10.12737/1024-6177-2020-65-3-59-65
Список литературы / References
1. Карев А.Е., Цовьянов А.Г., Кухта Б.А., Шинкарев С.М., Припачкин Д.А. Метод оценки осаждения частиц радиоактивных аэрозолей в дыхательном тракте человека. Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. 2016;5:23-31. [Karev AE, Tsovyanov AG, Kukhta BA, Shinkarev SM, Pripachkin DA. Method to estimate a radioactive aerosol particle deposition in the human respiratory tract. Safety and Emergency Issues 2016;5:23-31. (In Russ.)].
2. Огородников Б.И., Сухоручкин А.К., Будыка А.К. и др. Радиоактивные аэрозоли объекта «Укрытие» (обзор). Часть 3. Дисперсность радиоактивных аэрозолей – Чернобыль, 2004. Препр. НАН Украины. Институт проблем безопасности АЭС; 04-4). 60 с. [Ogorodnikov BI, Suhoruchkin АK, Budyka АK, et al. Radioactive aerosols of object “Shelter” (review). Part 3. Particle-size distribution of radioactive aerosols. Chernobyl (In Russ.)].
3. Происхождение субмикронной фракции в результатах измерений дисперсного состава аэрозолей объекта «Укрытие»: Отчет ГСП ЧАЭС, инв. ТО ОУ № 364 от 20.12.2002 г. Исп. А.К. Сухоручкин. Славутич, 2002. 22 с. [The origin of the submicron fraction in the results of measurements of the dispersed composition of aerosols of the object “Shelter”: Report GSPChernobyl NPS, inv. TO ОY № 364 of 20.12.2002. A.K. Suhoruchkin. Slavutich, 2002. 22 p. (In Russ.)].
4. МУ 2.6.1.065-2014. Дозиметрический контроль профессионального внутреннего облучения. Общие требования. [Guidelines 2.6.1.065-2014. Dosimetric control of occupational internal exposure. General requirements (In Russ.)].
5. Патент RU 2239815 «Каскадный импактор» от 10.11.2004. Авторы: Цовьянов А.Г., Бадьин В.И., Молоканов А.А., Припачкин Д.А., Ризин А.И., Фертман Д.Е. [Patent RU 2239815 «Cascadeimpactor» from 10.11.2004. Authors: Tsovyanov АG, Badin VI, Molokanov AA, Pripachkin DA, Rizin AI, Fertman DE. (In Russ.)].
6. Патент RU 2509375 «Импактор-фантом респираторного тракта человека» от 10.03.2014. Авторы: Цовьянов А.Г., Кухта Б.А., Карев А.Е. [Patent RU 2509375 «Impactor-phantom of the human respiratory tract» of 10.03.2014. Authors: Tsovyanov АG, Kukhta BA, Karev AE. (In Russ.)].
7. Цовьянов А.Г., Крамер-Агеев Е.А., Фертман Д.Е. и др. Моделирование и разработка импактора-фантома респираторного тракта человека. АНРИ. 2013(74)52-60. [Tsovyanov AG, Kramer-Ageev EA, Fertman DE, et al. Impactor-Phantom of Human Respiratory Tract: Numerical Simulation and Design. ANRI 2013(74)52-60. (In Russ.)].
8. Карев А.Е., Шинкарев С.М., Цовьянов А.Г. Применение соглашения о вдыхаемой, торакальной и респирабельной фракциях (ГОСТ Р ИСО 7708-2006) для стационарного и индивидуального контроля объемной активности радиоактивных аэрозолей на предприятиях атомной отрасли. АНРИ. 2015 (83):43-50. [Karev AE, Shinkarev SM, Tsovyanov AG. Application of Sampling Conventions for Inhalable, Thoracic and Respirable Fractions (GOST R ISO 7708-2006) for Stationary and Individual Control of Volumetric activity of Radioactive Aerosols at the Enterprises of Atomic Industry. ANRI. (In Russ.)].
9. МУК 2.6.1.08–2004. Определение характеристик распределения радиоактивного аэрозоля по размерам. [Guidelines on control methods 2.6.1.08–2004. Determination of the size distribution characteristics of a radioactive aerosol. (In Russ.)].
10. Определение характеристик распределения радиоактивного аэрозоля по размерам с помощью импактора-фантома респираторного тракта человека. Свидетельство об аттестации № 7-4/25.01.00087-2015 от 07.10.2015. ФР.1.31.2016.23130. [Determination of the size distribution characteristics of a radioactive aerosol using the impactor-phantom of a human respiratory tract (certification certificate № 7-4/25.01.00087-2015 of 07.10.2015. FR.1.31.2016.23130) (In Russ.)].
11. Методика выполнения измерений активности гамма-излучающих радионуклидов в счетных образцах с применением системы гамма-спектрометрической LabSOCS. Свидетельство об аттестации №770/07 от 25.06.2007 г. [Method for measuring the activity of gamma-emitting radionuclides in counting samples using the gamma-spectrometry system LabSOCS. Certificate of Attestation №770/07 of 25.06.2007 (In Russ.)].
12. ФР.1.40.2013.15390. Методика измерений удельной активности изотопов урана (238U, 234U, 235U) в пробах почв, грунтов, донных отложений, горных пород и строительных материалов на их основе альфа-спектрометрическим методом с радиохимической подготовкой. Москва. ФГУП «ВИМС». 2013. [FR.1.40.2013.15390. Method of measuring the specific activity of uranium isotopes (238U, 234U, 235U) in samples of soil, bottom sediments, rocks and building materials based on the alpha-spectrometric method with radiochemical preparation. Moscow. 2013 (In Russ.)].
13. ФР.1.40.2013.15395. Методика измерений удельной активности изотопов плутония (238Pu, 239+240Pu) в пробах почв, грунтов, донных отложений и горных пород альфа-спектрометрическим методом с радиохимической подготовкой. Москва. ФГУП «ВИМС». 2013. [FR.1.40.2013.15395. Method for measuring the specific activity of plutonium isotopes (238Pu, 239+240Pu) in samples of soil, bottom sediments, rocks and building materials based on the alpha-spectrometric method with radiochemical preparation, Moscow. 2013 (In Russ.)].
14. ФР.1.40.2013.15396. Методика измерений удельной активности америция-241 (241Am) в пробах почв, грунтов, донных отложений и горных пород альфа-спектрометрическим методом с радиохимической подготовкой. Москва. ФГУП «ВИМС». 2013. [FR.1.40.2013.15396 Method for measuring the specific activity of americium-241 (241Am) in samples of soil, bottom sediments, rocks and building materials based on the alpha-spectrometric method with radiochemical preparation. Moscow. 2013 (In Russ.)].
15. ICRP Database of Dose Coefficients: Worker and Members of the Public. Elsevier. 2001.
16. ГОСТ Р 54597-2011. Воздух рабочей зоны. Ультрадисперсные аэрозоли, аэрозоли наночастиц и наноструктурированных частиц. Определение характеристик и оценка воздействия при вдыхании. [GOST R 54597-2011. Air working area. Ultrafine aerosols, aerosols of nanoparticles and nanostructured particles. Characterization and evaluation of exposure by inhalation (In Russ.)].
17. https://www.skcinc.com/catalog/pdf/instructions/1690.pdf
18. Отчет о выполнении работ по комплексному обследованию радиоактивных аэрозолей производств ХМЗ «СХК». Договор № 27/02-0399 от 28.03.2014. [Report on the accomplishment of work a «Сomprehensive survey of radioactive aerosols of CMP production «SCC» Contact № 27/02-0399 of 28.03.2014. (In Russ.)].
19. ICRP Publication 66. Human Respiratory Tract Model for Radiological Protection. Ann. ICRP. 1994;24(1-3).
PDF (RUS) Полная версия статьи
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.
Участие авторов. Cтатья подготовлена с равным участием авторов.
Поступила: 24.11.2019.
Принята к публикации: 24.06.2020.