[发明专利]一种钚气溶胶微粒的发生装置

说明书

技术领域

本发明属于钚气溶胶化学分析与表征的技术领域，具体涉及一种钚气溶胶微粒的发生装置。

背景技术

以固体或液体为分散相，凡分散介质为气体所形成的胶体系统被称为气溶胶。钚气溶胶是钚放射性危害的重要表现形式之一，其来源主要有三个方面：核武器研究、核电站事故与核恐怖袭击。无论哪一种来源，释放的钚气溶胶物质会迅速扩散，造成严重危害公众和环境安全的后果，尤其是人体摄入毫克量级的钚便会引起最终的死亡。人体吸入钚气溶胶导致的内照射损伤效应，在很大程度上取决于钚气溶胶微粒的粒径、溶解度、价态、核素组成等特征参数。为了知晓钚气溶胶的这些参数特征，为人员健康评估和环境污染评价提供参考，就必须获取钚气溶胶微粒开展相关的科学实验。然而，由于涉钚材料的敏感性和自身的毒性、放射性和复杂性，在实验室直接获取钚气溶胶微粒是非常困难的。

间接获取钚气溶胶也是十分困难的，因为大型核试验被全面禁止，核武器事故与核电站事故屈指可数，并且发生时仓促突然。目前，各国武器实验室获取钚气溶胶的途径主要是将不同形态的钚材料进行氧化、燃烧、高能化和雾化，包含了激光加热、辐射加热、等离子体、电流熔爆、燃料火烧等技术方式，涉及到的监测系统、取样系统、输运系统、分析系统、屏蔽系统等辅助设施复杂，体积庞大，费用高昂，普通实验室与研究机构难以承受。2009年12月3日，钚气溶胶微粒的发生迎来里程碑事件，美国阿贡国家实验室（ANL）利用特殊雾化器系统，对2009年10月27日完成镅化学分离的CRM 136（Certified reference material）溶液（钚同位素标准）成功发生了PuO₂气溶胶粒子。在一个收集范围为0.7-0.8μm的撞击层上获得了尺寸分布密度最高的312个颗粒，估算了312个颗粒的展平程度（FD）。这些粒子的化学组成和尺寸分布提供了加工过程的信息，钚的同位素比率提供了材料起源和材料年龄的信息，从而实现了钚气溶胶微粒最重要参数（钚同位素组成和放射性衰变揭示的材料年龄）的表征，推动了涉钚材料核取证技术的发展，但该文献并未公布此特殊雾化器系统的具体细节，当前亟需发展一种钚气溶胶微粒的发生装置用以开展钚气溶胶取样与分析工作。

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微粒的发生装置。

本发明的钚气溶胶微粒的发生装置包括密封在密封真空手套箱中的两相流雾化器、空气压缩机、密封容器、喷嘴、撞击器、反应炉、稀释器、低压撞击器、硅晶片、冷凝器和循环泵。

所述的空气压缩机和密封容器分别通过管道与两相流雾化器的入口Ⅰ和入口Ⅱ相通，两相流雾化器的出口处为喷嘴，喷嘴通过管道与冷凝器、反应炉、稀释器、低压撞击器和循环泵依次相连。

在所述的空气压缩机与两相流雾化器之间的管道上安装有压力计和流量计，监测和控制管道内高速空气的压力和流量。

在所述的喷嘴与冷凝器之间的管道上安装有撞击器。

所述的冷凝器和反应炉之间的管道为加热管道Ⅰ，反应炉和稀释器之间的管道为加热管道Ⅱ，加热管道Ⅰ和加热管道Ⅱ上安装有温度计测量管道内的气体温度。

所述的稀释器通过旁路管道抽入空气，同时旁路管道上安装有流量计监测和控制管道内空气的流量。

所述的低压撞击器收集钚气溶胶微粒，低压撞击器上安装有压力计，测量低压撞击器的内部压力；实验人员取出低压撞击器收集的钚气溶胶微粒放置在硅晶片上进行测量。

所述的循环泵抽吸管道内的气体，维持发生装置的运转。

所述的空气压缩机与两相流雾化器之间的管道中的高速空气的流量为3L/min，压力为0.2MPa；所述的加热管道Ⅰ和加热管道Ⅱ为内抛光的不锈钢管道，加热管道Ⅰ的工作温度为130℃，加热管道Ⅱ的工作温度120℃。

所述的喷嘴为平流喷气式喷嘴，喷嘴的雾化锥角为45度。

所述的撞击器为单级生物气溶胶采样器。

所述的反应炉的工作温度为550℃。

所述的稀释器的旁路管道内空气流量为30L/min。

所述的低压撞击器为惯性冲击分级器。

本发明的钚气溶胶微粒的发生装置在密封真空手套箱内，含钚的硝酸盐溶液经过雾化、冷凝、蒸发、分解氧化与收集等物化流程后得到钚氧化物气溶胶微粒。

本发明的钚气溶胶微粒的发生装置具有以下明显的优点和特点：

（1）该装置的两相流雾化器采用雾化锥角较小的平流喷气式喷嘴，空气流量大，流速高，避免了管道内的黏附和堵塞，可以保证良好的雾化效果。