DIN ISO 2889 Bb 4-2012 Sampling airborne radioactive materials from the stacks and ducts of nuclear facilities - Supplement 4 Sampling methods《空气传播的核设施堆栈和通风管道放射性物质取样 补充件4 抽样法》.pdf

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1、Oktober 2012 DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDENormenausschuss Radiologie (NAR) im DINPreisgruppe 14DIN 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!$X7“1905320www.din.deDDieses Beiblatt enthlt Informationen zuDIN ISO 2889, jedoch keine zustzlichgenormten Festlegungen.DIN ISO 2889 Beiblatt 4Probenentnahme von luftgetragenen radioaktiven Stoffen aus Kanlenund Kaminen kerntechnischer Anlagen Beiblatt 4: Sammelve

3、rfahrenSampling airborne radioactive materials from the stacks and ducts of nuclear facilities Supplement 4: Sampling methodschantillonnage des substances radioactives contenues dans lair dans les conduits etmissaires de rejet des installations nuclaires Supplment 4: Mthodes de collectionAlleinverka

4、uf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 19 SeitenDIN ISO 2889 Bbl 4:2012-10 2 Inhalt SeiteVorwort. 3 1 Verfahren zur Sammlung von an Aerosolpartikel gebundenen radioaktiven Stoffen . 3 1.1 Allgemeines . 3 1.2 Verfahren zur Sammlung von Aerosolpartikeln ohne Grens

5、elektion 3 1.3 Verfahren zur Sammlung von Aerosolpartikeln mit Grenselektion . 8 2 Verfahren zur Sammlung von Gasen und Dmpfen . 13 2.1 Allgemeines . 13 2.2 Nicht-selektive Sammelverfahren 14 2.3 Selektive Sammelverfahren 14 Literaturhinweise 19 Bild 1 Aufriss einer Sammeleinrichtung fr an Aerosolpa

6、rtikel gebundene radioaktive Stoffe (Schwebstofffilterhalter und Dichtungen) 4 Bild 2 Aufriss einer Sammeleinrichtung fr an Aerosolpartikel gebundene radioaktive Stoffe bei einem Aerosolmonitor (Schwebstofffilterhalter und Dichtung) 4 Bild 3 Schematische Darstellung (Schnitt) des Funktionsprinzips e

7、ines Impaktors. 9 Bild 4 Abhngigkeit der Trenngrade einzelner Stufen eines Kaskadenimpaktors vom aerodynamischen Aerosolpartikeldurchmesser Da(Trenngradkurven) 9 Bild 5 Schematische Darstellung eines virtuellen Impaktors 10 Bild 6 Schematische Darstellung der Funktion eines Zyklonabscheiders 11 Bild

8、 7 Abhngigkeit des Trenngrades eines Zyklonabscheiders vom aerodynamischen Aerosolpartikeldurchmesser Da(Trenngradkurve) 11 Bild 8 Schematische Darstellung von Ausfhrungsformen von Diffusionsabscheidern. 13 Bild 9 Abhngigkeit des Trenngrades eines Platten-Diffusionsabscheiders vom Aerosolpartikeldur

9、chmesser Dp(Trenngradkurve). 13 Tabelle 1 Eigenschaften und Leistungsdaten von Schwebstofffiltern 7 Tabelle 2 Abscheidegrade von imprgnierter Aktivkohle (mit 1 % KI tauchimprgniert) fr Methyliodid, nach 5 16 DIN ISO 2889 Bbl 4:2012-10 3 Vorwort Fr dieses Beiblatt ist das nationale Arbeitsgremium GUK

10、 967.2 Aktivittsmessgerte fr den Strahlen-schutz“ der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE (www.dke.de), Gemeinschaftsgremium mit dem Normenausschuss Radiologie (NAR) im DIN, zustndig. Zu Fragen der berwachung luftgetragener Aktivittsableitungen hat di

11、eses 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 Probenentnahme von luftgetragenen radioaktiven Stoffen aus Kanlen und Kami-nen kerntechnischer Anlagen Beiblatt 1: Ve

12、rteilungen von Aktivitt ber dem Aerosolpartikeldurchmesser DIN ISO 2889 Beiblatt 2 Probenentnahme von luftgetragenen radioaktiven Stoffen aus Kanlen und Kami-nen kerntechnischer Anlagen Beiblatt 2: Abschtzung der nderungen der Kon-zentration der Aerosolpartikel infolge nicht-isokinetischer Probenent

13、nahme DIN ISO 2889 Beiblatt 3 Probenentnahme von luftgetragenen radioaktiven Stoffen aus Kanlen und Kami-nen kerntechnischer Anlagen Beiblatt 3: Abschtzung von Abscheideverlusten in Probenentnahmeleitungen DIN ISO 2889 Beiblatt 4 Probenentnahme von luftgetragenen radioaktiven Stoffen aus Kanlen und

14、Kami-nen kerntechnischer Anlagen Beiblatt 4: Sammelverfahren DIN ISO 2889 Beiblatt 5 Probenentnahme von luftgetragenen radioaktiven Stoffen aus Kanlen und Kami-nen kerntechnischer Anlagen Beiblatt 5: Verfahren der Bestimmung der Leis-tungsfhigkeit von Probenentnahmeeinrichtungen 1 Verfahren zur Samm

15、lung von an Aerosolpartikel gebundenen radioaktiven Stoffen 1.1 Allgemeines Die Verfahren zur Sammlung von an Aerosolpartikel gebundenen radioaktiven Stoffen sind entsprechend ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften zu whlen. ANMERKUNG Die Aerosolpartikel knnen sich im festen oder flssigen

16、 Zustand befinden. 1.2 Verfahren zur Sammlung von Aerosolpartikeln ohne Grenselektion 1.2.1 Allgemeines Zum Sammeln von Aerosolpartikeln ohne Grenselektion werden Sammeleinrichtungen mit Schwebstofffil-tern oder Sammeleinrichtungen, bei denen die Abscheidung durch elektrostatische Krfte oder Auswasc

17、hen erfolgt, eingesetzt. 1.2.2 Anforderungen an Sammeleinrichtungen und Filterhalter Sammeleinrichtungen im betriebsbereiten Zustand mssen so luftdicht nach auen abgeschlossen sein, dass der Volumenstrom der Leckluft gegenber dem Volumenstrom des Luftstromes durch die Sammeleinrichtung geringer als

18、1 % ist. Halterung und Dichtung von Filtern mssen so beschaffen sein, dass eine Beschdigung des Filters vermie-den wird. Die Halterung muss korrosionsfest und leicht dekontaminierbar sein. Bei der Auslegung der Halte-rung ist darauf zu achten, dass eine Umstrmung des Filters vermieden wird. Der Filt

19、erwechsel sollte leicht durchzufhren sein. DIN ISO 2889 Bbl 4:2012-10 4 Bei der Sammlung von reaktiven Stoffen sind die Einflsse infolge von Oberflcheneffekten, wie z. B. chemi-schen Reaktionen, oder Abscheidungen, z. B. durch Mitkondensation mit Wasserdampf, zu vermeiden oder zu bercksichtigen. Sch

20、webstofffilter sollten auf einem durchlssigen Sttzgitter, einer grobporigen Metallfritte oder hnlichem liegen. Die Unterlage muss glatt und frei von Graten und scharfen Kanten sein. Bei Schwebstofffiltern mit ausreichender Festigkeit des Filtermaterials darf diese Unterlage entfallen. Beispiele fr A

21、usfhrungsformen von Schwebstofffilterhalterungen und -dichtungen sind in Bild 1 und Bild 2 angegeben. Bei Verwendung von Schwebstofffiltern sollte die Sammeleinrichtung auf der Anstrm- und der Abstrmseite so ausgelegt sein, dass die Strmungsverhltnisse eine ber den Schwebstofffilter gleichmige Beauf

22、schla-gung ermglichen. Legende 1 Schwebstofffilterhalter 3 Metallfritte 2 Schwebstofffilter 4 Elastomerdichtungen Bild 1 Aufriss einer Sammeleinrichtung fr an Aerosolpartikel gebundene radioaktive Stoffe (Schwebstofffilterhalter und Dichtungen) Legende 1 Schwebstofffilterhalter 5 Detektor 2 Schwebst

23、offfilter 6 Lufteinlass 3 Edelstahlfritte 7 Luftauslassdose 4 Elastomerdichtungen Bild 2 Aufriss einer Sammeleinrichtung fr an Aerosolpartikel gebundene radioaktive Stoffe bei einem Aerosolmonitor (Schwebstofffilterhalter und Dichtung) DIN ISO 2889 Bbl 4:2012-10 5 1.2.3 Schwebstofffilter 1.2.3.1 All

24、gemeines Aerosolpartikel werden auf einem Schwebstofffilter im Wesentlichen durch folgende Mechanismen abge-schieden: Interzeption, Impaktion, Diffusion und elektrostatische Anziehung. Welcher dieser Prozesse ber-wiegt, hngt von den Eigenschaften der Aerosolpartikel, des Schwebstofffilters und von d

25、en Sammelbedin-gungen ab. Fr die meisten Schwebstofffilter sind Impaktion und Diffusion die vorherrschenden Mechanis-men. Die Abscheidung im Schwebstofffilter durch Impaktion nimmt mit Aerosolpartikelgre und Anstrmge-schwindigkeit zu, whrend fr Aerosolpartikel mit einem Aerosolpartikeldurchmesser kl

26、einer als 0,1 m und bei kleiner Strmungsgeschwindigkeit die Diffusion wirksamer ist. Schwebstofffilter weisen bei einem bestimmten Aerosolpartikeldurchmesser einen minimalen Abscheidegrad auf. Die von Herstellern von Schwebstofffiltern angegebenen Abscheidegrade in Tabelle 1 gelten blicher-weise fr

27、Aerosolpartikel mit einem aerodynamischen Aerosolpartikeldurchmesser von 0,3 m bis 0,5 m. Liegen keine diesbezglichen Angaben vor, muss der Abscheidegrad experimentell nach 1 bestimmt wer-den. Zustzlich unterscheiden sich Schwebstofffilter beispielsweise hinsichtlich des Strmungswiderstandes, der ch

28、en Festigkeit im feuchten und trockenen Zustand, der Oberflchenrauigkeit und der chemischen gung. Die n mssen bei der Wahl eines Schwebstofffilters in Be-2. en sich in Faserf Kapillar-Porenfilter einteilen. 1.2.3Glasfaserfilter n hohe Abscheidegrade von ber 0,99 auf (siehe Tabelle 1). Der Str-sweise

29、 gering. Die geringe mechanische Festigkeit ist der Hauptnachteil des Glasfaserfilters. Glasfaserfilter ohne Bindemittel knnen im Vergleich zu Zellulosefaserfiltern bei hheren Temperaturen be-mische Analyse von Vorteil. nen porse trockene Gele sein, z. B. aus Zelluloseester, die im Allgemeinen als A

30、cetat oder Nitrat hergestellt werden. Als Material fr Membranfilter kann auch PTFE dienen. Weniger ge-gesinterte Metalle. Struktur und Porengre von Membranfiltern knnen ber einen weiten Bereich durch die Herstellungsver-fahren bestimmt werden. Membranfilter mit Porendurchmessern von 10 nm bis 10 m s

31、ind erhltlich. Der Abscheidegrad der Membranfilter und auch der Strmungswiderstand, der im Allgemeinen hher ist als bei Faserfiltern, hngt von ihrer Porenstruktur ab. Bei der Auswahl der Membranfilter ist daher zwischen Abschei-mechanisBestndigkeit bei der Auslau se Eigenschaftetracht gezogen werden

32、 Schwebstofffilter lass ilter, Membranfilter und .2 Faserfilter Glasfaserfilter weisen im Allgemeinemungswiderstand ist vergleichnutzt werden. Die Eindringtiefe der Aerosolpartikel ist geringer als bei Zellulosefaserfiltern. Wegen der chemi-schen Reaktionstrgheit des Filtermaterials kann das gesamme

33、lte Material ohne Zerstrung des Filtermateri-als gelst werden. Wenn es auf groe chemische Reinheit des Fasermaterials ankommt, z. B. Aktivierungs-analyse oder Rntgenfluoreszenzanalyse, wird vorteilhaft Quarz ohne Bindemittel als Fasermaterial einge-setzt. Zellulosefaserfilter Zellulosefaserfilter be

34、sitzen, wie Glasfaserfilter, einen niedrigen Strmungswiderstand und eine groe me-chanische Festigkeit. Wegen des tiefen Eindringens von Aerosolpartikeln in das Filtermaterial sind Zellulo-sefaserfilter fr die Messung alphastrahlender Radionuklide ohne vorhergehende Aufbereitung nicht geeig-net. Ihr

35、geringer Aschegehalt und ihre leichte Lslichkeit in oxidierenden Suren sind besonders fr eine ra-dioche1.2.3.3 Membranfilter Bei Membranfiltern durchziehen Kanle das ansonsten undurchlssige Material und ndern des fteren die Richtung. Membranfilter knbruchliche Materialien fr Membranfilter sind Kunst

36、stoffe, wie z. B. Polyvinylchlorid, oder DIN ISO 2889 Bbl 4:2012-10 6 Volumenstrom abzuwgen. Zum Sammeln von Aerosolpartikeln haben sich Mem-branfilter mit einer Porengre von einigen Mikrometern bewhrt. Ein Nachteil der Membranfilter ist die im Vergleich zu Faserfiltern geringe mechanische Festigkei

37、t. Diese en Eindringtiefe von Aerosolpartikeln in das Filtermaterial sind Membranfilter zur Sammlung von an Aerosolpartikel gebundenen alphastrahlenden Radionukliden besonders geeignet, wenn eine Direkt-ind sie fr Aktivierungsanalysen gut geeignet. Bei der Veraschung muss darauf geachtet werden, das

38、s Schwebstofffilter aus Zellulosenitrat unter bestimmten Umstnden verpuffen knnen, so dass sie nicht fr alle nd. igen Mikrometern eingebracht wurden. Dies kann beispielsweise durch Bestrahlung mit Alphateilchen oder Schwerionen und anschlieendem tzen der Spuren erreicht werden. Der grte Nachteil der

39、 Kapillar-Porenfilter ist der gegenber den anderen Schwebstofffiltertypen wesentlich degrad und erreichbaremkann durch Sttzgeflechte, z. B. Nylonfasern, auf der Abstrmseite wesentlich verbessert werden. Wegen der geringmessung der Aktivitt der auf dem Schwebstofffilter abgeschiedenen Radionuklide er

40、folgen soll. Bei der radiochemischen Probenvorbereitung ist die vollstndige Lslichkeit einiger dieser Membranfilter in vielen organischen Lsungsmitteln bzw. ihre Zersetzbarkeit durch oxidierende Suren von Vorteil. Weiterhin eignen sie sich fr Untersuchungen, die eine Veraschung erfordern. Aufgrund i

41、hrer Elementzusammenset-zung sAnwendungen geeignet si1.2.3.4 Kapillar-Porenfilter Kapillar-Porenfilter, auch Kapillarfilter oder Kernspurfilter genannt, bestehen aus einer einige 10 m dnnen, undurchlssigen Schicht, z. B. aus Polycarbonat oder Glimmer, in die Lcher mit definiertem Durchmesser von Zeh

42、ntel Mikrometern bis zu eingrere Strmungswiderstand, der sie fr den blichen Einsatz als Sammelfilter meist untauglich macht. Nachteilig kann auch sein, dass ein Teil der kleinen Aerosolpartikel, die einen geringeren Partikeldurchmes-ser als der Lochdurchmesser aufweisen, durch die Lcher penetrieren

43、kann. Vorzugsweise knnen Kapillar-Porenfilter aus Glimmer zum Sammeln von Aerosolpartikeln z. B. bei hohen Gastemperaturen oder aggressiven Gaszusammensetzungen eingesetzt werden. Ansonsten werden Kapil-lar-Porenfilter hauptschlich fr spezielle wissenschaftliche Anwendungen eingesetzt, bei denen es

44、darauf ankommt, die Aerosolpartikel in einer dnnen Schicht auf der Oberflche zu sammeln, z. B. als Sammelme-dium fr mikroskopische oder mikrostrukturelle Analysen. DIN ISO 2889 Bbl 4:2012-10 Tabelle 1 Eigenschaften und Leistungsdaten von Schwebstofffiltern Berstdruck Typ des Schweb-stoff- filters Be

45、zeich-nung Beschreibung Bindemittel (nur fr Glasfaserfilter)Porengreoder Faserdurch-messer Dicke Flchen-bezogene Masse Abscheide-grad Strmungs-widerstand bei einer Anstrm-geschwindig-keit von 0,34 m s1max. Temperaturnass c lt trocken As hegeham m g m2% Pa s m1C kPa kPa % Faserfilter GF 6 Borosilikat

46、faser anorganisch 350 80 99,97 15000 500 6 18 90 Faserfilter GF 8 Borosilikatfaser anorganisch 350 75 99 7000 500 4 10 90 Faserfilter GF 9 Borosilikatfaser anorganisch 350 70 99,97 7000 500 5 10 90 Faserfilter GF 10 Borosilikatfaser organisch 350 70 99,97 6500 180 10 30 85 Faserfilter MN 85/90 Boros

47、ilikatfaser organisch (Acrylatbasis) 0,4 bis 1,8 400 90 99,99 6500 250 Faserfilter GF/A Borosilikatfaser ohne 260 500 2 Membran AE 99 Cellulosenitrat 8 44 99,95 10650 125 Membran W 41 Cellulose 5 220 85 70 5800 1,5 0,007 69 Membran SMWP Celluloseacetat und Cellulosenitrat 5 98 Membran AW19 Cellulose

48、ester 5 99,9 Membran TE 38 PTFE-Laminat auf Polyester-Vlies 5 270 8200 145 Kapillar-porenfilter Polycarbonat 0,6 10 53 - 99,5 7 DIN ISO 2889 Bbl 4:2012-10 1.2.4 Elektrostatische Absch u g pIn elektrostatischen Abs idern werden Aerosolpartikel dadurch aus dem Luftstrom entfernt, dass die Aero-solpart

49、ikel elektrostatisch geladen und in einem elektrischen Feld auf einer leitenden (gegebenenfalls prpa-rierten) Oberflche nied schla n Feldaufladungsprinzip werden die Aerosolpartikel durch Spitzenentladung im sam n Feld b l is e en laden, wobei Aerosolpartikel mit Partikeldurchm er ber 1 m eine gegenber der Diffusionsaufladung wes