Приложение 2. Вентиляция помещений ускорителя

Приложение 2
к СП 2.6.1.2573-2010

 

Вентиляция помещений ускорителя

 

Для удаления образующихся в рабочей камере ускорителя теплоизбытков в ней должны быть обеспечены кратности воздухообмена не менее, приведенных в таблице 1.

 

Таблица 1.

 

Минимальные кратности воздухообмена в рабочей камере ускорителя

 

Объём рабочей камеры, м3	до 100	100-500	500-1000	свыше 1000
Кратность воздухообмена, ч(-1)	15	10	5	2

 

При обеспечении приведенных кратностей воздухообмена в рабочей камере во время работы ускорителя, в большинстве случаев концентрации образующихся вредных для человеческого организма веществ значительно превышают их предельно допустимые концентрации (ПДК). Поэтому после выключения ускорителя для обеспечения безопасности персонала вводится запретный период (Т _запр), в течение которого вход персонала в рабочую камеру должен быть исключен.

Запретный период, в общем случае, следует определять по формуле:

 

, ч,                (1)

 

где: С _i - концентрация i-гo токсичного (радиоактивного) вещества в рабочей камере в момент прекращения облучения, мг/м  (ГБк/м ³);

ПДК _i - предельно допустимая концентрация i-гo токсичного вещества, мг/м ³;

ДКа _i - допустимая концентрация 1-го радиоактивного вещества, ГБк/м ³;

К _кам - кратность воздухообмена в рабочей камере ускорителя, ч ^-1;

 _i - коэффициент, характеризующий химическую (или ядерную) нестойкость токсичного (радиоактивного) вещества после прекращения облучения, ч ^-1.

В результате радиолиза воздуха образуются озон и окислы азота, являющиеся постоянно сопутствующими факторами опасности при работе ускорителя.

Однако, ввиду того, что при работе ускорителей токсичность продуктов радиолиза воздуха определяется, в основном, образующимся озоном (ПДК озона в 50 раз ниже ПДК окислов азота), все расчеты вентиляции должны основываться на обеспечении необходимого снижения концентрации озона.

Продукты радиолиза воздуха на установках с ускорителями электронов образуются лишь в зоне пучка ускоренных электронов. Затем они распространяются в объеме всей камеры (за счёт перемешивания воздуха).

Концентрация озона в зоне действия пучка электронов рассчитывается по формуле:

 

, мг/м ³,          (2)

 

где - концентрация озона в зоне облучения (в пучке электронов) во время работы ускорителя;

t _зо - время нахождения воздуха в зоне облучения (в пучке электронов), ч;

J - ток пучка электронов, А;

S _зо - площадь поперечного сечения зоны облучения (развертки), м ² ;

К _зо - кратность воздухообмена в зоне облучения (в пучке), ч ^-1;

 _рад - коэффициент, учитывающий радиационную нестойкость озона, величина которого зависит от мощности поглощенной дозы в воздухе и рассчитывается по формуле:

 

 _рад=1,6·10 ^-2·Р ^0,6, ч ^-1               (3)

 

Мощность поглощенной дозы ускоренных электронов в воздухе рассчитывается по формуле:

 

, сГр/ч, (4)

 

где: - ионизационные потери, МэВ·см ²/г (см. таблицу 2);

d - расстояние от выходного окна ускорителя до мишени, м.

 

Таблица 2

 

Ионизационные потери при прохождении ускоренных электронов различной энергии в воздушной среде

 

Е_0, МэВ	0,2	0,3	0,4	0,6	0,8	1,0	1,5
(dE/dX)_ион, МэВ х см2/г	2,46	2,08	1,90	1,74	1,70	1,66	1,66

 

Е_0, МэВ	2	3	4	6	8	10	20
(dE/dX)_ион, МэВ х см2/г	1,68	1,74	1,79	1,88	1,93	1,98	2,13

 

Е_0, МэВ	30	40	60	80	100
(dE/dX)_ион, МэВ х см2/г	2,22	2,29	2,38	2,45	2,50

 

Для наиболее эффективного удаления образующихся вредностей целесообразно устанавливать местные отсосы вблизи мест образования этих вредностей.

При эксплуатации ускорителя с индивидуальной радиационной защитой продукты радиолиза воздуха образуются в небольшом объеме. В этом случае важно предотвратить распространение этих вредностей в пультовую и другие помещения, где постоянно находится персонал. Для этого производительность местного отсоса из зоны облучения должна быть такой, чтобы он обеспечил скорость движения воздуха в местах подсосов (вход и выход транспортера в зону облучения, щели и т.п.) не менее 0,5 м/с. Обычно это условие соблюдается при производительности местного отсоса 500-1000 м ³/ч.

Существует несколько вариантов местной вентиляции из зоны облучения, а именно, отсоса воздуха:

на уровне действия пучка электронов по краю развертки его (с одной или обеих сторон технологического канала);

с обеих сторон ускорителя на выходе и входе технологического канала в зону облучения;

сверху радиационной защиты (индивидуальная защита ускорителей играет роль затяжного зонта).

Ускоритель может быть введен в действие лишь при включении местной вентиляции. Система местного отсоса из зоны облучения должна работать от отдельного вентилятора. Вентилятор должен быть вынесен за пределы помещения.

Ввиду малого объема зоны облучения на ускорителе электронов с индивидуальной защитой снижение концентрации газообразных продуктов радиолиза или активации в технологическом канале до ПДК (ДКа) при работающем отсосе происходит практически за несколько секунд после выключения ускорителя, поэтому понятие запретного периода в этом случае теряет практический смысл.

Выброс в атмосферу воздуха, не содержащего кроме продуктов его радиолиза (озона и окислов азота) никаких других токсических или радиоактивных веществ, может производиться без предварительной очистки.

При наличии воздухообмена в зоне облучения образование озона и его распространение в объеме камеры при включенном ускорителе происходит непрерывно. Причем концентрация озона в воздухе зависит от организации вентиляции, объема камеры, места расположения ускорителя в рабочей камере, направления пучка электронов по отношению к направлению движения воздушных потоков. Поэтому точно концентрацию озона в воздухе рабочей камеры ускорителя можно рассчитать лишь исходя из конкретных условий, перечисленных выше.

Линейная скорость движения воздуха в рабочей камере () будет равна:

 

,              (5)

 

где K _кам - кратность воздухообмена в рабочей камере, ч ^-1;

l - длина рабочей камеры, м.

В случае, когда пучок электронов направлен перпендикулярно направлению движения воздуха в рабочей камере, время нахождения каждой порции воздуха в зоне облучения (в пучке электронов) составит:

 

, ч,             (6)

 

где a - средняя ширина сечения пучка электронов, м.

Тогда кратность воздухообмена в зоне облучения составит:

 

, ч ^-1.

 

Таким образом определяются все параметры (t _зо ; К _зо;  _рад), необходимые для расчета концентрации озона в зоне пучка электронов.

Количество озона, образующегося за 1 ч, будет равно:

 

, мг/ч, (7)

 

где: V _зо - объем зоны облучения, м ³.

 

За 1 ч через рабочую камеру проходит L м ³ воздуха:

 

L=V _кам·K _кам, м ³/ч,                        (8)

 

где: V _кам - объем рабочей камеры, м ³.

 

Концентрация озона в воздухе камеры при установившемся режиме будет равна:

 

, мг/м ³. (9)

 

Для охлаждения фольги выходного окна ускорителя ее обдувают струей сжатого воздуха с расходом около 100 м ³/ч. Практически весь этот воздух проходит через пучок ускоренных электронов. Каждая порция воздуха будет находиться в зоне облучения около 1 секунды (t _зо=0,0003 ч, К _зо=3600 ч ^-1). Подставляя значения t _зо и К _зо в (9), можно рассчитать концентрацию озона.

На ускорителях электронов высоких энергий (более 10 МэВ) происходит активация облучаемых компонентов среды и материалов по реакциям , и существует опасность внутреннего облучения персонала за счет активации компонентов воздуха. Так, энергетический порог реакций и составляет 10,6 МэВ и 15,7 МэВ, соответственно.

Концентрация радиоактивного газа в воздухе зоны облучения во время работы ускорителя может быть рассчитана по формуле:

 

, ГБк/м ³, (10)

 

где: - постоянная скорости образования радиоактивного газа в воздухе, ;

Т _1/2 - период полураспада образующегося радионуклида, ч;

Е ₀ - энергия электронов, МэВ.

 

Зависимость от энергии электронов приведена на рисунке 1.

 

В таблице 3 приведены значения запретного периода входа в рабочую камеру ускорителя, рассчитанные по приведенным в данном приложении формулам для тока пучка электронов J=1 мА, кратности воздухообмена в рабочей камере K _кам=25  ч ^-1, объема камеры V _кам=560 м ³, расстояния от выходного окна ускорителя до мишени d=5 м. Расчет проводился, исходя из образования озона, и .

 

Таблица 3

 

Величины запретного периода времени

 

Е_0, МэВ	Т_запр, мин
	Озон	(13)N	(15)О
10	7	0	0
15	7	3	0
20	7	5,5	2
25	7	7	5
30	7	9	7
35	7	11	10

 

При энергиях электронов до 30 МэВ расчет запретного периода следует вести по озону, а при энергиях свыше 30 МэВ - по накоплению радиоактивных газов.

Если запретный период, обусловленный необходимостью снижения мощности дозы излучения от активированных конструкционных материалов и объектов облучения до допустимого уровня, превышает запретный период, рассчитанный по формуле 1, то запретный период определяется необходимостью снижения мощности дозы излучения от активированных конструкционных материалов и объектов облучения до допустимого уровня.

 

Пример: Ускоритель электронов (Е ₀=30  МэВ, J=10 ^-3  А) размещен в рабочей камере объемом V _кам=600  м ³, с кратностью воздухообмена К _кам=10  ч ^-1. Расстояние от выходного окна ускорителя до мишени d=5 м, средняя площадь развертки пучка электронов S _зо=0,05 м ². Определить запретный период входа персонала в рабочую камеру.

 

Решение:

а) Рассчитаем запретный период, исходя из образования озона.

 

,

 

 _хим - коэффициент, учитывающий химическую нестойкость озона после отключения ускорителя ( _хим=1,2 ч ^-1), не зависит от условий облучения.

 

, мг/м ³;

 

.

 

Тогда: .

 

 _рад=1,6·10 ^-2·P ^0,6, ч ^-1;

 

;

 

;

 

;

 

.

 

б) Рассчитаем запретный период, исходя из образования радиоактивных газов.

При энергии электронов 30 МэВ преобладающим является образование по сравнению с образованием (см. рис. 1).

 

Для .

 

Для .

 

=

 

ГБк/м ³;

 

.

 

в) Учитывая более длительный по сравнению с период полураспада , снижение концентрации изотопа после отключения ускорителя будет происходить гораздо медленнее, т.к. основную роль в снижении его концентрации будет играть кратность воздухообмена, а не распад нуклида, как в случае .

 

ГБк/м ³

 

 

Сравнивая полученные величины запретных периодов видим, что наибольшее значение запретного периода определяется образованием . Поэтому принимаем его равным 23 мин.