DIN ISO 2889 Bb 1-2012 Sampling airborne radioactive materials from the stacks and ducts of nuclear facilities - Supplement 1 Distribution of activity via the diameter of aerosol p.pdf

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1、Oktober 2012 DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDENormenausschuss Radiologie (NAR) im DINPreisgruppe 11DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e.

2、V., Berlin, gestattet.ICS 13.040.40!$I6“1903819www.din.deDDieses Beiblatt enthlt Informationen zuDIN ISO 2889, jedoch keine zustzlichgenormten Festlegungen.DIN ISO 2889 Beiblatt 1Probenentnahme von luftgetragenen radioaktiven Stoffen aus Kanlenund Kaminen kerntechnischer Anlagen Beiblatt 1: Verteilu

3、ngen von Aktivitt ber demAerosolpartikeldurchmesserSampling airborne radioactive materials from the stacks and ducts of nuclear facilities Supplement 1: Distribution of activity via the diameter of aerosol particleschantillonnage des substances radioactives contenues dans lair dans les conduits etmi

4、ssaires de rejet des installations nuclaires Supplment 1: Distribution dactivit par le diamtre des particules darosolAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 11 SeitenDIN ISO 2889 Bbl 1:2012-10 2 Inhalt SeiteVorwort. 3 1 Bedeutung der Verteilung der Akt

5、ivitt ber dem Aerosolpartikeldurchmesser fr die Abscheidung von radioaktiven Stoffen in Probenentnahmeeinrichtungen 3 2 Darstellung von Verteilungen der Aktivitt ber dem Aerosolpartikeldurchmesser 3 3 Experimentelle Ermittlung der Verteilung der Aktivitt ber dem Aerosolpartikeldurchmesser 5 4 Vertei

6、lung der Aktivitt ber dem Aerosolpartikeldurchmesser 7 4.1 Verteilung der Aktivitt ber dem Aerosolpartikeldurchmesser in der Umgebungsluft. 7 4.2 Verteilung der Aktivitt ber dem Aerosolpartikeldurchmesser in der Fortluft von Kernkraftwerken 8 5 Schlussfolgerung. 10 Literaturhinweise 11 Bild 1 Mengen

7、verteilungsdichte qM,linber dem Aerosolpartikeldurchmesser D mit dem Medianwert 1 m bei linearer Teilung der Abszissenachse . 4 Bild 2 Mengenverteilungsdichte qM,ln ber dem Aerosolpartikeldurchmesser D mit dem Medianwert 1 m bei logarithmischer Teilung der Abszissenachse. 5 Bild 3 Darstellung der Ve

8、rteilungssummen Q der Werte aus Tabelle 1 . 7 Bild 4 Verteilungsdichte der potenziellen Alphaenergiekonzentration qcAber dem aerodynamischen Aerosolpartikeldurchmesser Dain der Umgebungsluft und der Raumluft (nach 2) 7 Bild 5 Auf den Maximalwert normierte Verteilungsdichte qA,nder Aktivitt einiger R

9、adionuklide ber dem aerodynamischen Aerosolpartikeldurchmesser Dain der Fortluft eines Kernkraftwerks mit Siedewasserreaktor (nach 5) 8 Bild 6 Verteilungsdichte qAder Aktivitt einiger Radionuklide ber dem aerodynamischen Aerosol-partikeldurchmesser Dain der Fortluft eines Kernkraftwerks mit Siedewas

10、serreaktor (nach 8). 8 Bild 7 Verteilungsdichte qAder Aktivitt einiger Radionuklide ber dem aerodynamischen Aerosol-partikeldurchmesser Dain der Fortluft eines Kernkraftwerks mit Siedewasserreaktor mit Teilfilterung (nach 8) 9 Bild 8 Verteilungsdichte qAder Aktivitt einiger Radionuklide ber dem aero

11、dynamischen Aerosol-partikeldurchmesser Dain der Fortluft eines Kernkraftwerks mit Siedewasserreaktor (nach 8). 9 Bild 9 Verteilungsdichte qAder Aktivitt von 60Co und 137Cs ber dem aerodynamischen Aerosol-partikeldurchmesser Dain der Fortluft eines Kernkraftwerks mit Druckwasserreaktor (nach 8) 9 Bi

12、ld 10 Verteilungsdichte qAder Aktivitt von 60Co ber dem aerodynamischen Aerosolpartikel-durchmesser Dain der Fortluft eines Kernkraftwerks mit Druckwasserreaktor (nach 8) 10 Tabelle 1 Zusammenstellung der Messdaten von Experimenten zur Bestimmung der Aktivittsverteilung ber dem aerodynamischen Aeros

13、olpartikeldurchmesser. 6 DIN ISO 2889 Bbl 1:2012-10 3 Vorwort Fr dieses Beiblatt ist das nationale Arbeitsgremium GUK 967.2 Aktivittsmessgerte fr den Strahlen-schutz“ der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE (www.dke.de), Gemeinschaftsgremium mit dem N

14、ormenausschuss Radiologie (NAR) im DIN zustndig. Zu Fragen der berwachung luftgetragener Aktivittsableitungen hat dieses den Arbeitskreis GAK 967.2.4 ein-gesetzt. Zur Untersttzung der Anwendung der DIN ISO 2889:2012-07 sind folgende Beibltter vorgesehen bzw. ver-ffentlicht: DIN ISO 2889 Beiblatt 1 P

15、robenentnahme von luftgetragenen radioaktiven Stoffen aus Kanlen und Kami-nen kerntechnischer Anlagen Beiblatt 1: Verteilungen von Aktivitt ber dem Aerosolpartikeldurchmesser DIN ISO 2889 Beiblatt 2 Probenentnahme von luftgetragenen radioaktiven Stoffen aus Kanlen und Kami-nen kerntechnischer Anlage

16、n Beiblatt 2: Abschtzung der nderungen der Kon-zentration der Aerosolpartikel infolge nicht-isokinetischer Probenentnahme DIN ISO 2889 Beiblatt 3 Probenentnahme von luftgetragenen radioaktiven Stoffen aus Kanlen und Kami-nen kerntechnischer Anlagen Beiblatt 3: Abschtzung von Abscheideverlusten in Pr

17、obenentnahmeleitungen DIN ISO 2889 Beiblatt 4 Probenentnahme von luftgetragenen radioaktiven Stoffen aus Kanlen und Kami-nen kerntechnischer Anlagen Beiblatt 4: Sammelverfahren DIN ISO 2889 Beiblatt 5 Probenentnahme von luftgetragenen radioaktiven Stoffen aus Kanlen und Kami-nen kerntechnischer Anla

18、gen Beiblatt 5: Verfahren der Bestimmung der Leis-tungsfhigkeit von Probenentnahmeeinrichtungen 1 Bedeutung der Verteilung der Aktivitt ber dem Aerosolpartikeldurchmesser fr die Abscheidung von radioaktiven Stoffen in Probenentnahmeeinrichtungen Bei der nderung der Aerosolpartikelkonzentration durch

19、 nicht-isokinetische Probenentnahme und bei der Abscheidung von Aerosolpartikeln in den Probenentnahmeleitungen spielt der aerodynamische Durchmesser der Aerosolpartikel eine wesentliche Rolle. Fr die Abschtzung der Abscheideverluste ist es daher wichtig, den Bereich der aerodynamischen Durchmesser

20、von Aerosolpartikeln, auf denen Radioaktivitt vorliegt, und die Verteilung der Aktivitt ber dem Aerosolpartikeldurchmesser zu kennen. 2 Darstellung von Verteilungen der Aktivitt ber dem Aerosolpartikeldurchmesser Aerosolpartikel kommen im Allgemeinen nicht monodispers, d. h. mit nur einem Aerosolpar

21、tikeldurchmesser, sondern polydispers als Aerosolpartikelkollektive vor. Unter einem Aerosolpartikelkollektiv versteht man eine Anzahl von Aerosolpartikeln mit gleichen oder hnlichen Merkmalen, aber mit unterschiedlichen Partikel-durchmessern und -formen. Eine Mengenart, wie z. B. die Partikelanzahl

22、, die Flche, das Volumen, die Masse, die Aktivitt oder eine andere Gre (siehe 1), kann je nach Partikeldurchmesser unterschiedlich auf den Aerosolpartikeln verteilt sein. Die Verteilung einer Mengenart M wird durch die Mengenverteilungssumme QM(Dz), die dem Mengenanteil auf Aerosolpartikeln mit eine

23、m kleineren Partikeldurchmesser D als dem betrachteten Dzentspricht, und bei ableitbaren Mengenverteilungssummen durch die Mengenverteilungsdichte qM(Dz), die die Ableitung der Verteilungssumme ist, beschrieben. Der Mengenanteil auf Aerosolpartikeln mit einem Partikeldurchmesser zwischen den Werten

24、D1und D2ist gleich der Differenz der Werte der Mengenverteilungssummen QM(D2) QM(D1) oder gleich dem Integral der Mengenverteilungsdichte zwischen diesen Grenzen. Viele experimentelle Untersuchungen zeigten, dass bei Aerosolpartikelkollektiven in vielen Fllen die Men-genverteilungsdichten, d. h. die

25、 Verteilung von Masse oder Aktivitt, ber dem Aerosolpartikeldurchmesser recht gut durch logarithmische Normalverteilungen oder berlagerungen von mehreren logarithmischen Normalverteilungen beschrieben werden knnen. Dabei unterscheiden sich im Allgemeinen die Massen- und Aktivittsverteilungsdichten.

26、Eine theoretische Herleitung dieses Sachverhaltes ist nicht bekannt. DIN ISO 2889 Bbl 1:2012-10 4 Die gleiche logarithmische Verteilungsdichte einer Mengenart kann bei linearer Teilung der Abszisse, auf der der Wert des Aerosolpartikeldurchmessers D aufgetragen ist, nach Gleichung (1) oder bei logar

27、ithmischer Teilung nach Gleichung (2) beschrieben und dargestellt werden. ()()22ln ln2ln,lin1d 1()d 2lnDDsMqD eMD sD= =m,Mg,MMg,M(1) ()()()22ln ln2ln,ln1d 1(ln )dln 2lnDDsMqD eMD s= = m,Mg,MMg,M(2) In den Gleichungen (1) und (2) bedeuten: qM,linMengenverteilungsdichte bei Darstellung mit linearer Te

28、ilung; qM,lnMengenverteilungsdichte bei Darstellung bei logarithmischer Teilung; D Aerosolpartikeldurchmesser, in m; Dm,MMedian der Mengenverteilung, in m (bei einer logarithmischen Normalverteilung ist der Medianwert gleich dem geometrischen Mittelwert); sg,Mgeometrische Standardabweichung der Meng

29、enverteilung. In den Bildern 1 und 2 ist beispielhaft eine Mengenverteilungsdichte mit einem Medianwert von 1 m und einem Wert der geometrischen Standardabweichung von 2 einmal bei einer linearen Teilung der Abszissen-achse nach Gleichung (1) und zum anderen bei einer logarithmischen Teilung der Abs

30、zissenachse nach Gleichung (2) dargestellt. Die Darstellungen unterscheiden sich deutlich. Es ist deshalb wichtig, nicht nur die Kurvenform der Mengenverteilungsdichten einer Mengenart zu vergleichen, sondern auch auf die Berech-nungsweise und die Darstellung zu achten. Bild 1 Mengenverteilungsdicht

31、e qM, linber dem Aerosolpartikeldurchmesser D mit dem Medianwert 1 m bei linearer Teilung der Abszissenachse DIN ISO 2889 Bbl 1:2012-10 5 Bild 2 Mengenverteilungsdichte qM,ln ber dem Aerosolpartikeldurchmesser D mit dem Medianwert 1 m bei logarithmischer Teilung der Abszissenachse 3 ExperimentAeroso

32、lpartikeldurchmesser Aerosolpartikeldurch-n oder Zyklonen. Die Radi erden fraktioniert nach ihrem aerodynamischen Aerosolpartikel-Aktivitten knnen die Aktivittsverteilungen der einzelnen Radionuklide uf den fnf Ab-esentlichen monomodal ist. Ein Abknicken der Ver-elle Ermittlung der Verteilung der Ak

33、tivitt ber dem Die experimentelle Ermittlung der Verteilung der Aktivitt von Radionukliden ber dem messer erfolgt meist mit Hilfe von grenselektiven Sammeleinrichtungen wie Impaktoreonuklide tragenden Aerosolpartikel wdurchmesser auf den einzelnen Abscheidestufen der Impaktoren oder den einzelnen Zy

34、klonbehltern und auf dem Endfilter abgeschieden. Die Aktivitt in den einzelnen Fraktionen wird bestimmt und aus den Werten der Aktivitt und denen der aerodynamischen Aerosolpartikeldurchmesser der einzelnen Fraktionen die Aktivi-ttsverteilungssumme oder Aktivittsverteilungsdichte ber dem aerodynamis

35、chen Aerosolpartikeldurchmes-ser abgeschtzt oder berechnet. Bei hheren Aktivittskonzentrationen von einigen zehn mBq m3knnen Impaktoren oder Zyklone mit 8 bis 12 Stufen mit Luftdurchflssen von etwa 2 m3h1 eingesetzt werden. Durch die groe Anzahl von Werten der auf den Abscheidern vorliegendenber dem

36、 Aerosolpartikeldurchmesser recht gut erfasst werden. Bei kleinen Aktivittskonzentrationen von nur wenigen Zehntel mBq m3, wie z. B. in der Fortluft von kerntechnischen Anlagen, werden blicherweise Hochvolumen-Kaskaden-Impaktoren mit 4 bis 6 Stufen und Luftdurchflssen von etwa 50 m3h1 eingesetzt. Da

37、 hier nur 5 oder 7 Messwerte vorliegen, knnen die Aktivittsverteilungsdichten ohne weitere Annahmen nicht genau berechnet werden. Obgleich die Aktivittsverteilungsdichte ber dem aerodynamischen Aerosol-partikeldurchmesser im Allgemeinen drei- oder viermodal sein drfte, nimmt man zu ihrer nherungswei

38、sen Konstruktion eine bimodale Aktivittsverteilungsdichte an, die auch mit dieser geringen Anzahl von Mess-werten durch Rechnung konstruiert werden kann. Bei zeitlich einigermaen konstanter Aktivittsverteilung ber dem aerodynamischen Aerosolpartikeldurchmesser knnen auch mit diesen Impaktoren mit we

39、nigen Stufen recht gute Aktivittsverteilungsdichten konstruiert werden, wenn mehrere Messungen bei unterschied-lichen Luftdurchflssen durchgefhrt werden, wodurch die Trenngrenzen verndert werden. Im Folgenden wird ein Beispiel der Berechnung von bimodalen Aktivittsverteilungen gegeben. Mit Hilfe ein

40、es fnfstufigen Hochvolumen-Kaskaden-Impaktors wurden Teilluftstrme aus der Fortluft von zwei Kern-kraftwerken entnommen und die Radionuklide tragenden Aerosolpartikel grenselektiv ascheidesubstraten und dem Endfilter abgeschieden. Die Werte der Messungen der Aktivitten einiger Radio-nuklide auf den

41、einzelnen Abscheidesubstraten und dem Endfilter sind in Tabelle 1 zusammen mit den Trenngrenzen der einzelnen Stufen zusammengestellt. Aus dieser Zusammenstellung wird zum einen die Aktivittsverteilungssumme, deren grafische Darstellung aus Bild 3 ersichtlich ist, erstellt. Liegen die eingetragenen

42、Punkte nahezu auf einer Geraden, kann man da-von ausgehen, dass die Aktivittsverteilungsdichte im WDIN ISO 2889 Bbl 1:2012-10 6 teilungsdichten auch nherungs-weise berechnet werden. Die so erstellten Verteilungsdichten fr die obigen Experimente lassen sich im Ab-Messdaten von Experimenten zur Bestim

43、mung der Aktivittsverteilung ber dem aerodynamischen Aerosolpartikeldurchmesser bindungslinie der Punkte nach oben deutet darauf hin, dass die Aktivittsverteilungsdichte wenigstens bimo-dal ist, ein Abknicken nach unten auf Verluste an groen Aerosolpartikeln. Mit besonderen Rechenverfahren knnen zum

44、 anderen aus den Werten der Tabelle 1 und Kenntnissen ber die Abscheidecharakteristika der verwendeten Impaktoren die Aktivittsverschnitt 4 aus Bild 8 und Bild 10 entnehmen. Tabelle 1 Zusammenstellung derUntersuchungen beim Kernkraftwerk A Abgeschiedene Aktivitt A und Hufigkeit h Stufe D Trenngrenze

45、 (en: COD) 50 60Co in m A in Bq h in % 1 10,0 0,2 4 2 4,5 0,7 20 3 2,5 1,1 32 4 1,4 1,2 33 5 0,75 0,3 9 EF 0,1 2 Summe 100 3,6 Untersuchungen beim Kernkraftwerk B Abgeschiedene Aktivitt A und Hufigkeit h Stufe D 54Mn 137Cs Trenngrenze (en: COD) 50 60Co 65Zn in m A in Bqh in % A in Bq in % in Bqh in

46、% A in Bqh in % h A 1 1 0 0,54 22,4 15,6 1 29,4 17,9 0, 2,5 ,6 0,72 2 4,4 0,34 14,1 5,1 31,9 1,4 25,7 0,88 21,9 3 2,5 0,18 7,5 2,1 13,1 0,42 7,7 0,59 14,7 4 1,3 0,31 12,9 2,3 14,4 0,68 12,5 0,56 13,9 5 0,7 0,18 7,5 1,2 7,5 0,28 5,1 0,41 10,2 EF 0,86 35,7 2,8 17,5 1,1 20,2 0,86 21,4 Summe 16,0 2,4 5,

47、5 4,0 DIN ISO 2889 Bbl 1:2012-10 7 a) Kernkraftwerk A b) Kernkraftwerk B Bild 3 Darstellung der Verteilun ummen Q der Werte aus Tabelle 1 4 Verteilung der Aktivitt ber deDie Verteilung der Aktivitt von radioaktiven Stoffen ber dem aerodynamischen Aerosolpartikeldurchmesser in der Umgebungsluft und d

48、er Fortluft von kerntechnischen Anlagen wurde in einigen Verffentlichungen dar-ch die Folgeprodukte von Radon auf Aerosolpartikeln mit Durchmessern zwischen 0,01 m und 1 m (siehe Bild 4) 2. Radioaktive Spaltprodukte kommen auf Aerosolpartikeln mit gssm Aerosolpartikeldurchmesser gelegt: 2 3 4 5 6 7

49、8 9. 4.1 Verteilung der Aktivitt ber dem Aerosolpartikeldurchmesser in der Umgebungsluft In der Umgebungsluft befinden sieinem Durchmesser zwischen 0,1 m und 5 m vor 3. qcin Joule m3Bild 4 Verteilungsdichte der potenziellen Alphaenergiekonzentration qcAber dem aerodynamischen Aerosolpartikeldurchmesser Dain der Umgeb