钚氣溶膠等放射性氣溶膠若被吸入會造成嚴重的化學毒害和內照射危害，通常采用核級高效過濾器進行過濾凈化，其效率的基準測試方法是鈉焰法和計數法［1］。近期，筆者利用電感耦合等離子體質譜儀對核設施尾氣凈化系統六級高效過濾器下游的钚氣溶膠濃度進行直接檢測，發現凈化后氣體中的钚濃度高于本底水平，推測穿透過濾器的钚粒子粒徑約為10 nm［2］。質譜儀的靈敏度遠高于光學計數器( 計數法) 和原子發射光譜儀( 鈉焰法) ，應用于痕量鈾钚氣溶膠快速靈敏檢測時具有巨大潛力［3］。在钚氣溶膠特性行為和過濾技術的實驗室研究中，通常使用含貴金屬［4］或稀土元素［5］的氣溶膠以及同位素氣溶膠［6］進行模擬示蹤，采用爆炸等方式或氣溶膠發生器產生模擬氣溶膠。爆炸發生方式能夠模擬某些實際條件，但對實驗安全和氣溶膠取樣要求很高，發生氣溶膠的重現性欠佳。若能可控的發生單分散納米氣溶膠粒子，其部分性質與钚相似，且組分適合檢測，將有助于獲得與粒徑相關的特性，顯著降低實驗難度。電噴霧氣溶膠發生器、溶液霧化去溶發生器和電極火花放電發生器等納米氣溶膠發生器，只能發生多分散納米粒子，部分發生器發生的粒子組分不適合檢測。使用靜電分級器的單分散納米氣溶膠發生系統，系統復雜，價格相當昂貴，適合現場應用。為在實驗室模擬放射性納米氣溶膠粒子并適合質譜在線檢測，本文采用蒸發—冷凝原理研制出一種準單分散納米氣溶膠發生器，對輸出納米氣溶膠的粒度分布進行了測試，完成了發生器的性能評估和工作條件優化。1 氣溶膠發生器的設計與加工氣溶膠發生器主要包括霧化器、霧室、原子化器、冷卻器和擴散干燥器，工作原理如圖1。用霧化器發生多分散的氣溶膠霧滴; 用原子化器使霧滴在高溫條件下蒸發原子化; 在冷卻器中利用壁面冷卻方式使蒸汽迅速均勻團聚，形成大小較均一的納米粒子。各部件的特征和功能介紹如下。1. 1 霧室和霧化器霧室為圓柱形塑料瓶，內徑80 mm，高度120 mm，內部盛放硅膠。聚四氟乙烯上蓋與瓶口通過螺紋密封，上蓋均勻鉆三個孔: 一個為內徑為6 mm 的通孔，微量同心霧化器( Glassxpansion 公司) 插入其中，并通過O 形圈與孔壁密封; 一個適用于外徑6 mm 塑料氣管的市售快插接頭; 一個適用于外徑20 mm 氣管的售倒刺接頭。1. 2 剛玉管原子化器石墨爐原子化器能滿足大部分稀土和超鈾元素的原子化需求，但市售產品價格昂貴。剛玉管是一種常見的耐火管料，隨著Al2 O3質量分數增大，剛玉管的熔點升高，機械強度增大。考慮加熱溫度和機械加工難度，選擇Al2O3質量分數為90%的市售剛玉管作為原子化器，其工作溫度可達1 200 ℃，能使NaCl 和AgNO3等蒸發原子化。剛玉管( 宜興市旭日耐材制品有限公司，OD20 × ID10 × L1000 mm) 用金剛砂輪切割成長度為500 mm，兩端打磨后用18 mm 卡套與上下游部件連接。在剛玉管外壁加工螺旋線溝槽，將直徑為1. 4 mm 的鎳鉻加熱絲緊密纏繞在槽內，加熱絲兩端用鐵箍固定。外部電源線穿過隔熱瓷管，通過陶瓷接頭與加熱絲連通。在剛玉管出口三通處安裝K 型熱電偶，反饋控制調壓器( TDGC2 － 5，正泰公司) 輸出電壓的通斷，實現高至1 100 ℃的控溫加熱。加工翻蓋式隔熱支撐箱，內部密實填充石棉，剛玉管平放其中并穿過預留的圓孔，使用時將翻蓋扣上，實現隔熱保溫和電絕緣。剛玉管原子化器的實物見圖2。圖2 剛玉管原子化器的實物照片Fig. 2 Al2O3 furnace for nanoparticles generation1. 3 冷卻器加工套管結構的冷卻器內管為內壁光滑的不銹鋼管( OD18 × ID14 × L200 mm) 。冷卻水通過循環制冷機( 9112 型Polyscience 公司)精確制冷，然后在潛水泵驅動下在套管中流動，水流方向與內管氣流方向相反，水溫由PT100 熱電偶監測。冷卻器位于原子化器下游，并通過三通連接。