Генератор радона с устройством предварительного подогрева вытесняющего газа

Изобретение относится к медицинской технике. Генератор радона состоит из капсулы с солью радия, помещенной в корпус из нержавеющей стали. Воздуховод и радоновод капсулы изготовляются в виде прямых трубок диаметром 4 мм, на которых установлены запорные клапаны, подключенные к термопаре в корпусе капсулы, открывающиеся только при температуре капсулы 30-40°С, а в средней трети радоновода предусмотрена ловушка для соли радия, в виде расширения трубки до 10 мм на протяжении 40 мм, воздуховод поднят на уровень радоновода и между ними установлена перегородка, максимизирующая циркуляцию радона. Генератор радона отличается также применением специального устройства предварительного подогрева вытесняющего газа с электрическим насосом и термостатом. В качестве источника радона используется бромид радия в количестве 30 мг. Предлагаемый генератор радона безопасен: нет риска выхода соли радия за пределы рабочей капсулы; надежен - значительно снижен риск засоров трубок; долговечен - благодаря использованию аргона в соль радия не попадает сера, снижающая эманирующую способность радия, а эвтектик не насыщается атмосферной влагой, разрушающей его и снижающей температуру плавления. 1 ил.

 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в учреждениях практического здравоохранения: поликлиниках, больницах, санаториях, профилакториях, восстановительных и реабилитационных медицинских центрах. Добываемый с помощью генератора радон можно использовать для отпуска всех известных радоновых процедур.

Актуальность изобретения состоит в широком распространении заболеваний, при которых эффективна радонотерапия (болезни опорно-двигательного аппарата, нервной, эндокринной, дыхательной системы, сердечно-сосудистые заболевания, болезни кожи, гинекологические заболевания) [Гусаров И.И. Радонотерапия - М.: Медицина 2000 г.; Панов С.В. Практическая радонотерапия - Ульяновск: УлГу, 2014 г.].

Актуальность изобретения состоит также в том, что устройство можно использовать в любом медицинском учреждении в любой местности и не требуется привязка к природному источнику радона.

Известно устройство для приготовления водного концентрата радона, состоящее из стеклянного барботера с жидкой бромистой или хлористой солью радия, помещенного в защитный кожух, встряхивающего устройства, бутыли с водой и порционной бюретки [Щепотьева Е.С. Искусственные радоновые ванны и методики их приготовления - М.: Медицина, 1949 г.]. Накопившийся при распаде радия радон экстрагируется из барботера в бутыль с водой при помощи водяного насоса.

Недостатками данного устройства является его высокая радиационная опасность, что довольно часто приводило к радиационным авариям. При нарушении технологии отсоса радона из барботера (слишком быстрое открывание воздушного крана) жидкая соль радия выходит из барботера и попадает в бутыль с концентрированным раствором радона. Риск выхода соли радия возрастает при длительном неиспользовании барботера, т.к. давление накапливаемого радона со временем резко возрастает.

Кроме того, стеклянный барботер под воздействием ионизирующего излучения разрушается, что требует перелива соли радия в другой барботер раз в 3-5 лет. Стеклянные краны барботера под действием излучения плотно притираются друг к другу и выходят из строя. Транспортировка данного генератора запрещена, т.к. высок риск раскола барботера и выхода из него соли радия.

Предложены другие способы получения радона: из урановой руды (Яковлева Л.Н., патент RU 2147149), природных содержащих радий продуктов, образующимися при очистке нефтяного оборудования (Телеушев А.Ж., патент KZ(13)A4(11)27283), почвенного воздуха (Киляков В.Н. и Шишлянников А.Н., патент RU 2482559). Но для медицины эти способы получения радона непригодны из-за: больших объемов генератора радона (патент KZ(13)A4(11)27283, патент RU 2482559), малого выхода радона (патент RU 2147149, патент KZ(13)A4(11)27283, патент RU 2482559), нестабильной концентрации радона (патент KZ(13)A4(11)27283, патент RU 2482559).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является генератор радиоактивного газа, разработанный Родионовым Ю.И. и др. в Санкт-Петербургском Радиевом институте им. Хлопина. Генератор представляет собой металлическую капсулу с помещенной в нее солью радия, которая введена в материал носитель (эвтектик). Температура плавления эвтектика 320°С. Накопление радона происходит в эвтектике. При нагревании капсулы до 470°С радон выходит из смеси и скапливается в свободном пространстве капсулы. После остывания эвтектика проводят сдувку воздухом накопившегося радона из генератора в установку для порционирования радона. [Патенты RU 1538802, RU 1568782, и RU 1653457].

Однако, этот генератор имеет ряд недостатков.

1. Конструкция генератора допускает возникновение засоров патрубков «воздушной» и «радоновой» трубок генератора смесью соли радия и эвтектика, которые делают невозможным сдувку радона из камеры генератора. Прочистить их без разбора генератора невозможно из-за неудобного устройства кранов и коленчатости воздушной и радоновой трубок.

Причинами засоров являются:

- малое расстояние между нижним краем воздушной трубки и верхним уровнем эвтектика, а также соотношение свободного объема капсулы к объему соли носителя как 1:3;

- проникновение влаги из атмосферного воздуха, насыщение ею эвтектиктической смеси, что при длительном использовании приводит к «взрыву» («закипанию») эвтектика, т.к. температура кипения воды значительно ниже температуры плавления эвтектической смеси, и разбрасыванию эвтектика во всех направлениях;

- продувка генератора холодным воздухом, при этом неостывшая полностью эвтектическая смесь конденсируется на нижнем крае воздушной трубки.

2. Проникающая из атмосферного воздуха сера приводит к снижению эманирующей способности соли радия (до 50% при эксплуатации 5 лет, через 300 заправок).

3. При несоблюдении технологии приготовления радона (начала сдувки радона до остывания соли) возможна радиационная авария - выход соли радия из генератора, приводящее к облучению персонала и радиационному загрязнению лаборатории.

Эти недостатки привели к тому, что большая часть произведенных генераторов вышла из строя и захоронено на пунктах захоронения радиационных отходов (ПЗРО), а радоновые лаборатории, в которых они использовались - закрыты.

Генератор радона, созданный позже на красноярском горнохимическом комбинате, отличается от данного только уровнем защиты (250 кг свинца вместо 100 кг, что снижает уровень гамма-излучения на поверхности). Все имеющиеся недостатки генератора, разработанного в радиевом институте, сохранялись и в этом генераторе. В настоящее время в медицинских учреждениях нет в эксплуатации генераторов этого типа, все генераторы захоронены на ПЗРО.

Таким образом, из-за несовершенства применяемых генераторов радона большинство радоновых лабораторий страны закрылись, количество отпускаемых радоновых процедур сократилось с 8-10 млн. в год до 100-200 тыс. и существует реальная угроза полной утраты технологии радонотерапии во внекурортных условиях.

Техническим результатом предлагаемого устройства является его радиационная безопасность, невозможность выхода соли радия из капсулы, надежность генератора, выражающаяся в снижении вероятности засора патрубков и в возможности легко прочистить возникший засор, в сохранении высокой эманирующей способности радия в течение всего времени эксплуатации генератора.

Указанный технический результат достигается тем, что воздуховод и радоновод капсулы изготовляются в виде прямых трубок диаметром 4 мм, на которых установлены запорные клапаны, подключенные к термопаре в корпусе капсулы, открывающиеся только при температуре капсулы 30-40°С, а в средней трети радоновода предусмотрена ловушка для соли радия, в виде расширения трубки до 10 мм на протяжении 40 мм, воздуховод поднят на уровень радоновода и между ними установлена перегородка, максимизирующая циркуляцию радона, а также применением устройства предварительного подогрева вытесняющего газа с электрическим насосом и термостатом, использующего в качестве вытесняющего газа аргон.

В качестве источника радона используется бромид радия в количестве 30 мг. В качестве соли носителя предлагается использовать эвтектическую смесь Ba(N0₃)₂-RNO₃-NaNO₃, в соотношении 5-45-50 экв. % (температура плавления 133°С, плотность 1,85 г/см³). В качестве вытесняющего газа предлагается использовать аргон. Данная эвтектическая смесь при соотношении свободного объема капсулы к объему соли носителя 1:1, и выдувки инертным газом аргоном под давлением в 1,5 атмосферы обеспечивает максимальный выход радона - 96-97%.

Описание конструкции генератора радона с устройством предварительного подогрева вытесняющего газа

Генератор радона (рис. 1) представляет собой корпус из нержавеющей стали (1), внутри которого помещена капсула (2) с солью радия в эвтектике (3). Капсула разделена перегородкой (6), между воздуховодом (4) и радоноводом (5), изготовленными в виде прямых трубок диаметром 4 мм. В средней трети радоновода изготовлена ловушка (23), в виде расширения диаметра трубки до 10 мм на протяжении 40 мм, которая, в случае возникновения нештатной ситуации, сможет задержать весь объем используемой соли радия с эвтектиком. Капсула с солью радия окружена диэлектрическим цилиндром (12), стальным корпусом (13) и свинцовой

защитой (14). Вокруг капсулы располагается нагреватель (7), в стенку капсулы вмонтирована термопара (8), соединенная с входным (9), расположенным на воздуховоде и выпускным (10), расположенным на радоноводе клапанами и блоком регулирования (11). Устройство предварительного подогрева вытесняющего газа состоит из металлического бака (15) емкостью 500 мл, входящей (16) и выходящей (17) трубок. Входящая трубка соединяется с баллоном (18) с аргоном, а выходящая - с воздуховодом генератора радона. Устройство оборудовано системой подогрева (19) и электрическим насосом (20). В корпус устройства вмонтирована термопара (21), соединенная с системой термостатирования (22).

Описание работы генератора радона с устройством предварительного подогрева вытесняющего газа

Медицинская сестра включает в сеть систему нагрева генератора радона. После разогрева капсулы генератора до 260°С и прогрева эвтектической смеси в течение 10 минут, контроллер отключает систему нагрева. Входной и выходной клапаны заблокированы контроллером до тех пор, пока температура капсулы не опустится до 30°С (это занимает 40 минут, к этому времени весь накопившийся в эвтектике радон выйдет в свободное пространство капсулы, а эвтектическая смесь примет твердую агрегатную форму). Затем медицинская сестра включает подогрев аргона в баке устройства предварительного подогрева вытесняющего газа. После подогрева аргона до 25°С, система термостатирования отключает систему нагрева и поддерживает заданную температуру аргона. Затем медицинская сестра включает электрический насос устройства и переводит содержащийся в нем аргон через генератор в устройство для розлива радона (или емкость хранения концентрата радона, в зависимости от установленной в медицинском учреждении методики порционирования концентрата радона). Весь накопившийся в капсуле генератора радон будет при этом вытеснен аргоном и переведен в емкость для хранения.

Предлагаемый генератор радона безопасен: нет риска выхода соли радия за пределы рабочей капсулы; надежен - значительно снижен риск засоров трубок, а возникшие засоры легко прочищать в прямых трубках; долговечен - благодаря использованию для продувки инертного газа аргона в соль радия не попадает сера, снижающая эманирующую способность радия, а эвтектик не насыщается атмосферной влагой, разрушающей его и снижающей температуру плавления; благодаря использованию контролера не происходит перегрев эвтектика.

Использование данного генератора радона поможет повысить радиационную безопасность в радоновых лабораториях РФ, и, в условиях массового захоронения используемых сейчас ненадежных генераторов - сохранить радонотерапию во внекурортных условиях в стране как эффективный лечебный метод лечения.

Литература:

1. Щепотьева Е.С. Искусственные радоновые ванны и методики их приготовления - М.: Медицина, 1949 г.

2. Гусаров И.И. Радонотерапия. - М.М: Медицина, 1974. - 164 с.

3. Гусаров И.И. Радонотерапия. - М.М: Медицина, 2000. - 200 с.

4. Разумов А.Н., Гусаров И.И., Филатов В.И., Пузырева Г.А. Панов С.В. К 100 летию радонотерапии // Вопросы курортологии, физиотерапии и ЛФК. Москва, 2005, №6 и 2006, №1.

5. Панов С.В. Практическая радонотерапия. Ульяновск: УлГУ, 2014. - 172 с.

6. Панов С.В. Состояние радонотерапии в РФ сегодня: проблемы и их решения // Материалы Международного научного конгресса «Здравница-2014», Белокуриха, 2014

Генератор радона с устройством предварительного подогрева вытесняющего газа, состоящий из капсулы с солью радия, помещенной в стальной корпус, отличающийся тем, что воздуховод и радоновод капсулы изготовляются в виде прямых трубок диаметром 4 мм, на которых установлены запорные клапаны, подключенные к термопаре в корпусе капсулы, открывающиеся только при температуре капсулы 30-40°С, а в средней трети радоновода предусмотрена ловушка для соли радия, в виде расширения трубки до 10 мм на протяжении 40 мм, воздуховод поднят на уровень радоновода и между ними установлена перегородка, максимизирующая циркуляцию радона, а также применением устройства предварительного подогрева вытесняющего газа с электрическим насосом и термостатом, использующего в качестве вытесняющего газа аргон.