Фосфатное стекло как индикатор поведения пылевых частиц

Для индикации пылевых загрязнений, изучения поведения твердых аэрозолей, обнаружения вредных для здоровья людей пылей в незараженных помещениях, а также для определения количества пыли, оседаемой на фильтре и проходящей через него, наиболее удобным индикатором является радиоактивная стеклянная пыль. Активные частицы могут быть получены либо нанесением на поверхность частиц радиоактивного изотопа из раствора, либо облучением пыли в атомном реакторе 132.

Для вышеуказанных целей широко используются порошки силикатных стекол, активированные радиоактивными окислами. Стеклянная пыль оплавляется при высокой температуре в присутствии радиоактивных окислов, которые сорбируются на поверхность частиц. Радиоактивная пыль не всегда плотно прилипает к стеклу, может отслаиваться в процессе работы, тем самым загрязняя приборы и контролирующие устройства.

Стеклянная пыль, активированная путем нанесения на ее поверхность радиоактивного изотопа из раствора, может быть использована только для измерения сил адгезии в воздушной среде, так как в жидкой среде радиоактивные изотопы переходят в раствор, что делает невозможным определение числа частиц радиометрическим методом 133.

Наиболее перспективным материалом для вышеуказанных целей являются фосфатные стекла, содержащие в своем составе большое количество фосфорного ангидрида, в которых при облучении потоком нейтронов, образуется радиоактивный изотоп фосфора Р³² с b излучением и периодом полураспада 14,22 дня. Этот короткоживущий изотоп позволяет эффективно обнаруживать пылевые загрязнения, но представляя опасности для обслуживающего персонала, так как облучение стеклянного порошка проводится на последней стадии его подготовки к использованию в эксперименте.

Стекло, предназначаемое для изучения поведения твердых аэрозолей должно быть легкоплавким, чтобы при температурах не выше 1000 ^OC из стеклянной пыли оплавлялись микрошарики. В состав стекла не должны входить окислы, дающие при облучении нейтронами собственные изотопы, чтобы не загрязнять излучение радиоактивного фосфора, которые приведены в таблице 1.

Таблица 1

К окислам, не образующим под действием облучения радиоактивные изотопы, относятся оксиды алюминия и магния.

Магниевосиликофосфатные стекла являются легкоплавкими, температура их варки не превышает 1350 ^OC, температура оплавления составляет 950-1000 ^OC. Синтезированные стекла химически устойчивы и не кристаллизуются во время их обработки.

Наиболее оптимальным из исследованных нами стекол является состав (в мас.%) P₂O₅ 68, MgO 25 и SiO₂ 7.

Состав хорошо воспроизводится при различных условиях варки, в силитовой или газовой печи, что подтверждается химическим анализом.

Варку стекол производили в газовой печи в 1 и 3-х литровых кварцевых тиглях. Вырабатывали в виде гранулята путем отливки в воду.

Затем стекло измельчали до прохождения через сито в отверстия в 40 мк, после чего отсеивали частицы менее 20 мк. Далее стеклянная пыль смешивалась с измельченным глиноземом, имеющим размеры частиц не более 20 мк.


Полученная смесь обжигается в муфельной электропечи при температуре 950-1000 ^OC и толщине слоя не более 10 мм в течение 30 мин. При этом частицы стекла оплавляются, превращаясь в микросферы.

После охлаждения смесь помещается в воду, где путем осаждения отделяется стеклянная пыль от глинозема.

Подготовленное таким образом стекло, облучается потоком нейтронов, в результате чего создается значительная концентрация радиоактивного изотопа фосфора 32 с периодом полураспада 14,22 дня.

Гамма-спектральный анализ излучения активированного нейтронами стекла показал, что стекло № 330 не содержит неучтенных примесей, в количествах, приводящих к образованию в нем при нейтронной активации радиоактивных загрязнений, существенных по сравнению с бета-активностью наводимого радиофосфора, уровень которой отвечает расчетной величине (облучение в нейтронном потоке 0,5 10¹² нейтр/см² сек. В течение 3 часов создает активность порядка 100 микрокюри/г стекла.

Образование в стекле короткоживущего изотопа с b-излучением, позволяет его использовать в качестве индикатора поведения твердых аэрозолей, миграции пылей, адгезии порошков и пыли в экспериментальных и производственно-технических условиях. Весьма эффективно использование радиактивной стеклянной пыли при исследовании работы фильтрующих установок, позволяющее количественно определять частицы, проходящие через фильтры и осаждаемые на них.

Обнаружение и количественное определение пылевых загрязнений "радиактивной индикацией" обеспечивает высокую чувствительность этого метода, причем возможно обнаружение пыли в микроколичествах, не доступных к исследованию другими известными методами: весовым, люминесцентным и т.д.

Стекло отвечает требованиям к материалу для изготовления калиброванных радиоктивных стеклянных микросфер (порошков и пылей) и может быть рекомедовано для использования в научных и производственно-технических исследованиях поведения твердых аэрозолей в различных процессах.