[发明专利]一种钚气溶胶单微粒的密度测量方法

说明书

技术领域

本发明属于钚气溶胶分析测量的技术领域，具体涉及一种钚气溶胶单微粒的密度测量方法。

背景技术

钚气溶胶是一种严重威胁人体健康和环境安全的有毒物质，其来源主要在核科学研究、核电站事故与核恐怖袭击三个方面。为了真实预测钚气溶胶辐射影响的后果，提高区域长期辐射影响的评估水平，必须得到钚气溶胶准确的参数测量结果。这些参数包括粒度参数与范围、粒径及分布、化学组分、同位素构成、粒子形状与结构等。在这些参数中，粒度与形状是非常重要的，因为它们在很大程度上决定了悬浮在空气中的粒子行为特征。粒度范围不同，行为也不同，甚至遵循不同的物理定律。在粒子运动的公式中经常加入一个形状因子，用于表示粒子形状，当使用一维参数描述不规则粒子的复杂形状时，加入的这种因子可以计算出想要的参数，这是因为粒子的形状与结构可以为粒子的形成与经历提供线索。

钚气溶胶粒子的粒度与形状是非常复杂的，可能是一种凝聚体，粒子内部可能有空的结构。描述这种粒子的性质和行为时，用到两个参数：空气动力学直径和重力沉降速度。这两个参数的共同特点是直接与粒子的密度相关。无论是球形粒子还是非球形粒子，粒子的密度决定了物理直径一定下的空气动力学直径。而粒子的重力沉降速度与粒子密度、物理直径及坎宁安滑流修正系数成比例关系。因此，粒子的密度测量就显得十分重要。

由于钚气溶胶的放射性、源项获取困难、毒性、形成机理未知等自身特点，加上可利用的钚粒子标准很少，直接获取钚气溶胶微粒的密度数据是十分困难的。目前美国的国家实验室虽然有标准特征化优异的钚粒子作为参照材料，例如CRM 137 是一种粉末硫酸盐形式的钚标准材料。然而，在核设施环境和相关的核防卫与核取证中，钚粒子最普通的化学形式主要为PuO₂。他们发布的一套在铝硅酸盐基材上包含钚的粒子同位素标准，未采用镅分离的表征，只能利用拉曼扫描电镜（MR-SEM）和能量散射谱仪（EDX）估算粒子的直径，受粒子展平程度（Flattening Degree）的影响，不确定度非常大。为了描述钚气溶胶的单微粒动力学行为，亟需发展钚气溶胶单微粒的密度测量方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种钚气溶胶单微粒的密度测量方法。

本发明的钚气溶胶单微粒的密度测量方法，其特点是，该方法包括以下步骤：

a.测量钚气溶胶单微粒的物理直径d_p

利用激光拉曼扫描电镜观察钚气溶胶单微粒的粒子轮廓，测量钚气溶胶单微粒的物理直径d_p；

b.测量钚气溶胶单微粒的空气动力学直径d_a

利用空气动力学粒径谱仪测量钚气溶胶单微粒的空气动力学直径d_a；

c.判定坎安宁滑流修正系数比值C_cm

根据步骤a获得的钚气溶胶单微粒的物理直径d_p来判定坎安宁滑流修正系数比值C_cm，若d_p>1μm，则C_cm=1，粒子表面的气体相对速率为0；若d_p<1μm，则C_cm=1.1~30，粒子表面的气体相对速率不为0；

d.计算钚气溶胶粒子真实密度

根据计算钚气溶胶粒子的真实密度，为粒子标准密度，取值为1.0g/cm³。

步骤a的具体方法如下：将每个钚气溶胶单微粒放在单独的硅晶片上，多个硅晶片同时放置在激光拉曼扫描电镜下扫描，测量每个钚气溶胶单微粒的物理直径d_p；所述的激光拉曼扫描电镜的激发波长范围为500-550nm，能量为100mW。

在步骤b所述的空气动力学粒径谱仪前端增加多孔管道稀释器，在多孔管道稀释器中通入25L/min的空气，稀释钚气溶胶单微粒的浓度。

由于钚气溶胶微粒是放射性物质，上述所有测量工作必须在全封闭的手套箱中进行。