连续式海洋放射性气溶胶监测系统的开发与测试

这篇研究报道了太平洋西北国家实验室(PNNL)开发的创新型海洋放射性气溶胶监测系统。该系统采用定制静电除尘器(ESP)技术，结合可重复使用的收集介质和NaI(Tl)探测器，实现了23%的氡子体收集效率，214Bi最低可检测浓度达0.3-8 Bq/m3。该系统在华盛顿Sequim湾成功完成2个月海上部署，验证了零耗材、低功耗连续监测方案的可行性，为海上核辐射预警提供了创新解决方案。

　　

亮点
海洋气溶胶监测仪的设计
图1展示了监测仪的核心设计：采用5700m³/天处理能力的强化风机，配备垂直进气罩降低水滴吸入风险。系统创新性地将旋风分离器与ESP联用——旋风器先去除大颗粒和盐雾，ESP则在-8.7kV电晕线和-11.5kV偏转刀片作用下，将带电气溶胶沉积到旋转收集盘上。这种"预处理-静电捕获"双阶段设计显著提升了海洋环境下的运行稳定性。

放射性核素检测与收集效率
在里奇兰PNNL校区的测试中，系统以2SCM/min流速连续运行。通过γ能谱分析²¹⁴Pb(352keV)和²¹⁴Bi(609keV)特征峰，测得氡子体收集效率达23±3%。特别值得注意的是，收集盘每3小时旋转的设计既保证了足够计数统计量，又避免了颗粒过度堆积导致的再夹带风险。

海上部署成果
2022年8月，系统在Sequim湾研究码头成功部署。监测数据显示，在盐雾浓度高达286μg/m³的恶劣条件下，ESP仍保持稳定放电。为期60天的连续运行中，仅需每周简单维护，验证了该系统在真实海洋环境中的可靠性。强风天气下的性能测试表明，即使面对20节风速，进气罩设计仍能有效防止海水倒灌。

讨论与未来展望
当前系统采用的7.62cm×12.7cm NaI(Tl)探测器虽验证了概念可行性，但未来可优化为更紧凑的CeBr₃或CZT探测器。建议重点改进三个方向：(1)开发自清洁收集盘涂层减少维护；(2)集成机器学习算法实现实时源项识别；(3)通过流体动力学模拟进一步优化气路设计。这些改进将使系统更适用于舰载部署场景。

作者贡献声明
Michael E. Moore主导了从概念设计到论文撰写的全过程；Martin E. Keillor负责项目管理和资金筹措；Daniel Cain开发了数据采集系统；Thomas W. Hallen完成了关键的可视化验证工作；整个PNNL团队共同攻克了海洋环境适应性难题。