Теория адсорбции радона на активированном угле

Особенностью воздействия радона является то, что его объемная активность и объемная активность ДПР могут меняться для одного помещения на несколько порядков в зависимости от изменения кратности воздухообмена. Для того, чтобы учесть этот эффект, используют интегрирующие детекторы радона, т.е. детекторы, отклик которых пропорционален средней объемной активности радона за период измерений. Один из типов интегрирующих детекторов – трековые детекторы, время экспозиции которых обычно лежит в пределах 1-3 мес.

В целях получения информации за более короткий период измерения могут быть использованы детекторы, принцип действия которых основан на способности активированного угля поглощать радон из окружающей атмосферы. Адсорбция его происходит пассивно, без использования принудительной прокачки. Далее производят определение абсолютной активности поглощенного активированным углем радона. В качестве регистрирующего метода могут быть использованы γ-спектрометрия, перевод радона из поглотительного патрона в сцинтилляционную или ионизационную камеру либо десорбция радона из активированного угля в органический растворитель с последующим приготовлением жидкого сцинтиллятора. Преимущество использования адсорбционных детекторов на базе активированного угля – их невысокая стоимость, простота изготовления и возможность получения информации об усредненной за период 1-7 сут объемной активности радона.

Рассмотрим вкратце теоретические основы определения концентрации радона при помощи адсорбции на активированном угле. Для давления газа, соответствующего парциальному давлению << 1 атм (что всегда имеет место для Rn), его адсорбция на угле описывается законом Генри

(5.28),

где — объем газа, поглощенного на единицу массы угля в состоянии равновесия; — парциальное давление газа; — коэффициент адсорбции, см³/г (или л/г).

Можно записать эквивалентное выражение для активности, поглощенной на единицу массы угля

(5.29),

где — поглощенная активность; — масса угля, г; — объемная активность радона в воздухе.

Величина обычно лежит в пределах 2-6 л/г. Для отечественных углей СКТ приводятся данные = 6,5-12,6 л/г. Для угля ПАУ-1 = 17,8 л/г.

Если = 4 л/г, то из выражения (5.29) следует, что в равновесии с окружающим воздухом каждый грамм угля поглотит радон, присутствующий в 4 л воздуха, т.е. будет иметь активность 4 Бк/г на 1 Бк/л воздуха.

Если активированный уголь массой поместить в закрытый объем с начальной объемной активностью радона , то в результате адсорбции эта объемная активность уменьшится до

(5.30).

При этом мы считаем, что время установления равновесия много меньше периода полураспада радона. Одновременное решение уравнений (5.29) и (5.30) дает

(5.31).

Если (сосуд малого объема), то мы получаем

(5.32),

т.е. уголь поглощает практически весь радон, содержащийся в объеме . Однако, если объем (помещение около 10⁵ л), то выражение принимает вид

(5.33).

Таким образом, измерение при известном коэффициенте позволяет определить объемную активность радона в воздухе. Использование соотношения (5.33) позволяет осуществить инспекционные измерения объемной активности радона. Однако, рассматривая уравнение (5.33), необходимо иметь в виду, что оно справедливо лишь при хорошем контакте всего угля с воздухом. Это может быть реализовано в случае, когда все гранулы угля распределены в один слой на какой-либо поверхности. При использовании тонкого слоя время установления равновесия будет мало и мы будем регистрировать «мгновенную» объемную активность Rn, а не величину, усредненную за период экспозиции. Уравнение (5.33) также справедливо при активной прокачке радоново-воздушной смеси через поглотительный патрон, содержащий активированный уголь. При этом должно соблюдаться условие .