JP4171802B2 - Simulated environment test equipment - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は模擬環境試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、大気環境を模擬する試験装置では、温湿度および気圧制御を行うことができるが、エアロゾル粒子ならびにラドンガスとその崩壊生成物を制御した環境を作り出すことはできなかった。ラドン・エアロゾルチャンバーといわれる装置は種々存在するが、ラドン濃度の制御は可能でも、エアロゾル粒子の制御ができなかった（非特許文献１〜６）。一般に、環境中には放射性希ガスであるラドンが存在しており、さらにそのラドンの崩壊生成物も浮遊している。そのラドン濃度とその崩壊生成物の濃度は、温湿度および気圧と同様に時間とともに変化している。しかし、それらを模擬することは従来の技術ではできなかった。そのため、一般の大気環境を模擬しているとはいい難かったため、本来の一般環境とは異なった模擬環境で実験を行わざるを得なかった。たとえば生物への影響実験は現実の環境とは異なる条件で行わざるを得なかった。また、電子機器の耐久試験に放射線による影響を考慮することができなかった。また、離れた場所の環境を実験室内で再現することもできなかった。
【０００３】
【非特許文献１】
International congress series 1225 (2002) 161-167
【非特許文献２】
Applied Radiation and Isotopes 52 (2000) 369-375
【非特許文献３】
Nuclear Instruments and Methods in physics Research A 416 (1998) 525-530
【非特許文献４】
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 368 (1996) 819-824
【非特許文献５】
HASL-300, EML Procedures manual, 28th Edition, vol.1, Section 6.2, Rev. 1, October 1999, Environmental Measurements Laboratory, U.S. Department of Energy
【非特許文献６】
NRPB-W6, Section 2, (March 2002) National Radiological Protection Board
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、エアロゾル粒子ならびに放射性ガスとその崩壊生成物を含み、より現実に近い環境を実現し得る模擬環境試験装置を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、環境を模擬するための模擬環境試験室を備え、かつ模擬環境試験室内空気中のエアロゾル粒子、放射性ガスおよびその崩壊生成物の濃度、ならびに温湿度および気圧を制御するための制御部を備えてなり、該制御部を作動させて該模擬環境試験室内に模擬環境を形成する模擬環境試験装置、
さらには、エアロゾル粒子を発生させるためのエアロゾル粒子発生器；環境を模擬するための模擬環境試験室；エアロゾル粒子発生器で発生したエアロゾル粒子を模擬環境試験室に導入するための導管；模擬環境試験室内のエアロゾル粒子の個数を測定するためのエアロゾル粒子個数濃度測定器；模擬環境試験室内のエアロゾル粒子の粒径を測定するためのエアロゾル粒子径分布測定器；模擬環境試験室内の放射性ガス濃度を測定するための放射性ガス濃度測定器；放射性ガスを発生させるための放射性ガス発生器；放射性ガス発生器で発生した放射性ガスを模擬環境試験室に導入するための導管；放射性ガスの崩壊生成物の濃度を測定するための崩壊生成物濃度測定器；模擬環境試験室内の気圧を測定するための圧力計；模擬環境試験室内の空気の組成を分析するためのガス分析器；模擬空気を発生させるための模擬空気発生器；放射性ガス発生器で発生した放射性ガスを模擬環境試験室に導入するための導管；模擬空気発生器で発生した模擬空気を模擬環境試験室に導入するための導管；ならびに各測定器もしくは分析器で測定された信号に基づいて室内空気中のエアロゾル粒子、放射性ガスおよびその崩壊生成物の濃度、ならびに温湿度および気圧を制御するための制御部；を含むことを特徴とするエアロゾル粒子、放射性ガスおよびその崩壊生成物の濃度、ならびに温湿度および気圧が制御された模擬環境を形成する模擬環境試験装置、
にある。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる模擬環境試験装置の一つの好適な態様において、模擬環境試験装置は、エアロゾル粒子、放射性ガスおよびその崩壊生成物の濃度、ならびに温湿度および気圧を制御するための制御部を備えており、該制御部を作動させて該模擬環境試験室内に模擬環境を形成する。放射性ガスとしては222Rn（ラドン）および／または220Rn（トロン）および／または219Rnが挙げられる。上記の模擬環境試験室内空気はさらにイオンを含み得る。
【０００７】
本発明にかかる模擬環境試験装置の一つの好適な態様において、模擬環境試験装置は、エアロゾル粒子を発生させるためのエアロゾル粒子発生器；環境を模擬するための模擬環境試験室；エアロゾル粒子発生器で発生したエアロゾル粒子を模擬環境試験室に導入するための導管；模擬環境試験室内のエアロゾル粒子の個数を測定するためのエアロゾル粒子個数濃度測定器；模擬環境試験室内のエアロゾル粒子の粒径を測定するためのエアロゾル粒子径分布測定器；模擬環境試験室内の放射性ガス濃度を測定するための放射性ガス濃度測定器；放射性ガスを発生させるための放射性ガス発生器；放射性ガス発生器で発生した放射性ガスを模擬環境試験室に導入するための導管；放射性ガスの崩壊生成物の濃度を測定するための崩壊生成物濃度測定器；模擬環境試験室内の気圧を測定するための圧力計；模擬環境試験室内の空気の組成を分析するためのガス分析器；模擬空気を発生させるための模擬空気発生器；放射性ガス発生器で発生した放射性ガスを模擬環境試験室に導入するための導管；模擬空気発生器で発生した模擬空気を模擬環境試験室に導入するための導管；ならびに各測定器もしくは分析器で測定された信号に基づいて室内空気中のエアロゾル粒子、放射性ガスおよびその崩壊生成物の濃度、ならびに温湿度および気圧を制御するための制御部；を含むことを特徴とするエアロゾル粒子、放射性ガスおよびその崩壊生成物の濃度、ならびに温湿度および気圧が制御された模擬環境を形成する。
【０００８】
好適には、エアロゾル粒子の安定化のために、上記粒子発生器と模擬環境試験室との間に、発生した粒子を一時的に貯蔵するためのバッファータンクが設けられる。
【０００９】
好適には、エアロゾル粒子個数濃度測定器および粒子径分布測定器により、模擬環境試験室内のエアロゾル粒子の濃度とエアロゾル粒子径分布をモニターし、得られたデータをコンピュータによりエアロゾル粒子発生器の種類の選択とその運転状態（キャリアガスの流量、ヒーター温度、粒子発生用物質の選択等）と模擬環境試験室へのエアロゾル粒子の導入量をフィードバック制御することで、模擬環境試験室内のエアロゾル粒子を安定化させ、その粒子濃度と粒径を制御する。
【００１０】
エアロゾル粒子を導管等で輸送する場合、ガスと異なり細管を含む配管内壁や配管途中に設置されている流量調整用バルブ内で、粒子は沈着損失する恐れがある。そのため、特にエアロゾル粒子の供給量調整用のバルブ内はキャピラリータイプではなくガス流通部の開口面積が大きいタイプを用いるのが好適である。
【００１１】
さらに、模擬環境試験室内の放射性ガスの濃度は、放射性ガス濃度測定器もしくは崩壊生成物濃度測定器から得られた放射性ガス濃度もしくはその崩壊生成物濃度のデータに基づいて、放射性ガスの模擬環境試験室への導入量をフィードバック制御することにより制御するのが好適である。
【００１２】
また、好適には、放射性ガス発生器と模擬環境試験室との間に、発生した放射性ガスを一時的に貯蔵するためのバッファータンクが設けられ、これにより高濃度の放射性ガスを安定して供給することができる。そして、このバッファータンク内でのガスの滞留時間とエアーフィルターの運転状態を調整することにより模擬環境試験室内の放射性ガスの崩壊生成物の濃度を制御しうる。
【００１３】
さらに、本発明の模擬環境試験装置においては、イオン発生器；イオン発生器で発生したイオンを模擬環境試験室に導入するための導管；模擬環境試験室内のイオン濃度を測定するためのイオン濃度測定器；を含むのが好ましい。そして、このイオン濃度測定器から得られたイオン濃度のデータに基づいて、イオンの模擬環境試験室への導入量をフィードバック制御することにより模擬環境試験室内のイオン濃度を制御しうる。あるいは、イオン濃度測定器から得られたイオン濃度のデータに基づいて、イオン発生器の運転条件をフィードバック制御することにより模擬環境試験室内のイオン濃度を制御することもできる。
【００１４】
発生させるイオンの種類はイオン発生器に導入するガスの組成を調節することにより制御することができる。試験室内のイオン濃度を減少させるあるいは除去するためには、平行平板型や二重円筒型のような二つの電極間に電圧を印加し、イオンをトラップするイオントラップ法を用いることができる。また、トラップするイオンの量は、イオントラップへのガスの導入量および／または印加電圧を変化させることで制御することができ、イオン濃度測定器から得られたイオン濃度のデータに基づいて、イオントラップの運転条件をフィードバック制御することにより模擬環境試験室内のイオン濃度を制御することもできる。
【００１５】
さらに、模擬環境試験室内の温湿度および気圧は一定になるようにフィードバック制御されているのが好適である。離れた場所を再現するためには、再現したい場所にエアロゾル粒子の粒径分布測定器、濃度測定器もしくは成分分析器、温湿度測定器、気圧測定器、空気の成分分析器、放射性ガス濃度測定器または放射性ガスの崩壊生成物測定器を設置し、それらで得られたデータを回線等の手段を用いて模擬環境試験室の制御コンピュータに送ることにより、模擬環境試験室内にその環境を再現することができる。必要に応じて種々のエアロゾル粒子発生器を切り替え制御し得る。フィードバック制御は一般的なＰＩＤ（比例積分微分）制御が採用され得る。
【００１６】
以上のように、本発明に係る模擬環境試験装置の模擬環境試験室内において、エアロゾル粒子発生部で種々のエアロゾル粒子を作り出し、エアロゾル粒子の濃度を安定化させ、エアロゾル粒子濃度を指示通りに変化させ、放射性ガス濃度を指示通りに変化させ、そして温度湿度・気圧を指示通りに変化させることにより、離れた環境で得られた環境データに基づいてその環境を再現しうる。
【００１７】
【実施例】
以下、図面とともに本発明の好適な実施態様例を説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係る模擬環境試験装置の一例を示す概略図であり、（１）は模擬環境試験室を示し、その室内で環境が模擬される。本実施例ではその模擬環境試験室の容積は約24.4m3であり、壁には断熱材が使用されている。
【００１９】
図１のエアロゾル粒子発生器（２）において、エアロゾル粒子を発生させる。エアロゾル粒子の発生には種々の方法を採用しうる。一般的には、物質を加熱・蒸発させたガスを冷却させて粒子を発生させる方法（蒸発凝縮法）、核粒子を噴霧等の方法であらかじめ発生させておき、その核粒子に有機物蒸気を凝縮させる方法（有核凝縮法）、溶液を噴霧し発生したミストを乾燥させる方法、ポリスチレンラテックス粒子を懸濁させた液を噴霧し乾燥させることでポリスチレンラテックス粒子を発生させる方法等があるが、どの方法を用いてもよい。発生するエアロゾル粒子の大きさを運転中に連続的に、しかも容易に変化させることができるのは、蒸発凝縮法と有核凝縮法である。蒸発凝縮法では、有機物や無機物などを電気炉などで加熱蒸発させた蒸気を冷却することで粒子が発生するため、基本的には、加熱温度を上げると発生する粒子は大きくなり、加熱温度を下げると発生する粒子は小さくなる。有核凝縮法は、核粒子に有機物蒸気を凝縮させることで粒子を発生させるため、有機物を加熱する温度を高くし蒸発量を増加させ、さらに有機物蒸気の流量を増加させることで発生する粒子は大きくなるのに対し、加熱温度を下げ、さらに蒸気の流量を減少させると発生する粒子は小さくなる。そのため、加熱温度と蒸気流量をフィードバック制御することで、発生する粒子の大きさを制御することができる。あるいは、発生する粒子の大きさとそのときの粒子発生器の操作条件をあらかじめテスト運転することで調べておき、その操作条件をコンピュータ側から設定する方法でも発生する粒子の大きさを変えることができる。本実施例では、後者の有核凝縮法を用いているＴＳＩ社の粒子発生器モデル３４７５を用いた。
【００２０】
市街地の環境を模擬するためには、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンをエアロゾル粒子発生源として用いることが望ましい。たばこの煙を再現するときには、粒子発生源としてたばこを用いることが望ましい。また、空気中のイオンを再現するためには、イオン発生器を用いることが望ましい。イオンの発生方法にはいくつか種類があり、たとえば、交流コロナ放電により発生するイオン、直流コロナ放電により発生する単極イオン、放射性崩壊物質から発生するアルファ線・ベータ線・ガンマ線により発生するイオンを用いることもできるが、ガンマ線により発生するイオンの割合は低いため、ガンマ線をイオン源として用いることは好適でない。直流コロナ放電を用いる場合、正イオンと負イオンを別々に発生させることができるため、正と負のイオン濃度の制御が容易になる。イオン濃度の制御はイオン濃度測定器を模擬環境試験室に設置し、それにより得られた濃度データに基づきイオン発生器の運転条件をコンピュータでフィードバック制御することができ、模擬環境試験室内に供給するイオンの量をフィードバック制御することもできる。発生させるイオンの種類は、イオン発生器に導入するガスの組成で制御することもできる。また、正と負の両極イオンはそれぞれのイオン同士が再結合し中性化しやすいため、模擬環境試験室内のイオン濃度を高くするためには、イオン発生器と模擬環境試験室間の配管を短くする必要がある。場合によっては、イオン発生器を模擬環境試験室内に設置してもよい。粒子発生器に使用するガスは模擬したい環境に合わせる必要はないが、模擬環境試験室内の空気の成分をより精密に再現したいときは模擬しようとする環境のガスを用いることが望ましい。粒子発生器は必要に応じて複数台並列に接続することができる。そのことにより、より複雑なエアロゾル粒子の状態を再現することができる。
【００２１】
エアロゾル粒子発生器（２）にて発生させられた粒子は、図１に示されるバッファータンク（３）を経由して模擬環境試験室（１）に導入される。バッファータンク（３）は発生した粒子を一時的に貯蔵するタンクであり、模擬環境試験室（１）に安定してエアロゾル粒子を導入する目的と、バッファータンク（３）と模擬環境試験室（１）間に設置されているバルブの切り替え時に生じる圧力変動を緩衝する目的で設置されているが、バッファータンク（３）は必ずしも必要とは限らない。模擬環境試験室（１）内のエアロゾル粒子は、後述するようにエアロゾル粒子個数濃度測定器(８)で粒子の総個数濃度、エアロゾル粒子径分布測定器(９)で粒子の大きさ（粒径）を測定することができる。そのようにして測定されたエアロゾル粒子濃度を用いて、模擬環境試験室に供給する粒子の量を制御することで、模擬環境試験室（１）内のエアロゾル粒子濃度を一定に保つことができる。エアロゾル粒子の大きさはエアロゾル粒子発生器により調整することができる。そのため、エアロゾル粒子発生器の操作条件と発生する粒子径分布・粒子濃度の関係が明らかとなるため、コンピュータ（１５）からエアロゾル粒子発生器を制御することで発生するエアロゾル粒子の粒径分布を制御し得る。本実施例では、バッファータンク（３）は円筒型を用いており、バッファータンク内でのデッドスペースを減らす目的で、バッファータンクへのエアロゾル粒子の導入とバッファータンクからのエアロゾル粒子の全ての取り出しは、円筒の接線方向から行えるようにしているが、バッファータンクの形状、粒子の導入と取り出し方法はこれらに制約を受けるものではない。
【００２２】
導管(４)、(６)によって実験室内や外気に浮遊するエアロゾル粒子を模擬環境試験室（１）内に取り込むことにより、実際の実験室内や外気に浮遊するエアロゾル粒子を用いた模擬環境を再現することができる。導管(４)の経路は配管を短くされており、配管内におけるエアロゾル粒子の沈着損失を少なくすることができる。導管(６)の経路では、模擬環境試験室内のエアロゾル粒子濃度をコンピュータ（１５）で制御することができる。導管(５)、(７)はエアーフィルターを通過させる場合の経路である。エアーフィルターを通過させた場合、エアロゾル粒子はフィルターで除去される。すなわち、これにより外気を用いて模擬環境試験室内の空気を入れ換えることが可能となる。
【００２３】
(８)はエアロゾル粒子個数濃度測定器であり、模擬環境試験室（１）内のエアロゾル粒子の個数を測定することができる。粒子個数濃度測定器（８）には、ＴＳＩ社製モデル３０１０、３０２５Ａ等を用いることができる。
【００２４】
(９)はエアロゾル粒子の粒子径分布を測定するエアロゾル粒子径分布測定器であり、模擬環境試験室（１）内のエアロゾル粒子の粒子径分布を測定することができる。エアロゾル粒子径分布測定器には、ＤＥＫＡＴＩ社製 ＥＬＰＩやＴＳＩ社製ＳＭＰＳモデル３９３６Ｌ２５等を用いることができる。
【００２５】
（１０）、（２２）は放射性ガス（ラドン）濃度測定器であり、模擬環境試験室（１）内のラドン濃度を測定することができる。ラドン濃度測定器（１０）、（２２）には、カナダのＰＹＬＯＮ社製ＡＢ−５シリーズや、ドイツのＧＥＮＩＴＲＯＮ社製のAlphaGUARDシリーズなどを用いることができる。ラドン濃度測定器（１０）、（２２）で得られたラドン濃度データに基づき、ラドン発生器（１７）から発生したラドンガスを試験室に導入する量をコンピュータ（１５）で制御することができる。
【００２６】
一般のラドンガス濃度測定器を校正する目的のために、本発明における模擬環境試験室を利用する際には、模擬環境試験室内のラドンガス濃度を、あらかじめ校正されたラドン濃度測定器で、モニターしておくことで、ラドンガス濃度測定器の２次校正を行うことができる。ラドン濃度を測定する際に基準とすべきラドン濃度測定器としては電離箱の原理に基づく測定器が望ましいが、他の原理に基づく測定器を用いてもよい。
【００２７】
（１１）、（２３）はラドンから生じる崩壊生成物（ラドン崩壊生成物）の濃度を測定する崩壊生成物濃度測定器である。崩壊生成物濃度測定器としては、ＰＹＬＯＮ社のＷＬＸ、alphaNUCLEAR社のalphaSMART７７０、等のようなエネルギースペクトルを測定できる装置を利用することができる。
【００２８】
ラドンから生じる崩壊生成物の崩壊生成物濃度測定器の校正用として、本発明である模擬環境試験室を利用する際には、模擬環境試験室内の崩壊生成物濃度を、あらかじめ校正された崩壊生成物濃度測定器でモニターしておくことで崩壊生成物濃度測定器の２次校正を行うことができる。崩壊生成物濃度を測定する際に基準とすべき崩壊生成物濃度測定器としてはエネルギースペクトルを測定する原理に基づく測定器が望ましいが、他の原理に基づく測定器を用いてもよい。
【００２９】
ラドンガスとトロンガスを区別して濃度測定することでラドンガスのみやトロンガスのみでの濃度のフィードバック制御のときと同じ要領で、ラドンとトロンを混合させた空間を模擬し、さらにそれぞれの濃度を好適に制御することもできる。
【００３０】
（１２）は圧力計であり、これにより模擬環境試験室内の気圧を測定することができる。そして、その測定データに基づき、模擬環境試験室内の気圧を調整することができる。
【００３１】
（１３）はガス分析器 であり、模擬環境試験室内の空気の組成分析を行うことができる。このガス分析器には、質量分析器を利用することができる。ガス分析器により得られた空気の組成分析データは模擬空気発生器（１４）を制御するために用いることができる。模擬空気発生器は、窒素（N2）ガスボンベ、酸素（Ｏ2）ガスボンベ、二酸化炭素（ＣＯ2）ガスボンベ、アルゴン（Ａｒ）ガスボンベ等を混合することで模擬空気を発生させることができる。目的とする模擬空気の成分によってガスの種類を用意することで様々な模擬空気を再現することができる。模擬環境試験室に供給されるガスの成分を制御することにより、模擬環境試験室内の空気の組成成分を変化させることができる。空気発生器には、空気の組成を一定に保ったガスを発生させることができる装置として市販されている空気精製器を用いることもできる。目的によっては、実験室の空気を用いることができるが、その場合は、空気に含まれる粒子をフィルターで除去した空気を用いることになる。
【００３２】
（１５）は模擬環境試験室内の状態を制御するための制御用コンピュータであり、各測定器で測定された信号を取り込み、模擬環境内の状態を制御することができる。各種の制御要素である濃度、温湿度、圧力の制御において、好適には、すべての要素の値を独立に設定できるようにし、各要素の一定値での運転機能、時間毎に各要素の一定値を変化させるステップ運転機能とその周期的運転機能、連続的に各要素の設定値を変化させていく連続可変運転機能とその周期的運転機能、外部から入力された各要素の設定値に従う機能、を兼ね備えることで様々な模擬環境を実現することができる。
【００３３】
（１６）は空調機であり、模擬環境室内の温湿度を制御することができる。本実施例では、模擬環境試験室内のラドンやエアロゾル粒子の制御性を考慮し、模擬環境試験室内の空気を循環させる循環型の空調機を用いているが、循環型でなくてもよい。
【００３４】
（１７）のラドン発生器では、222Rn（ラドン222）ガスを発生させるためにウラン系列の226Ra（ラジウム226）を用いることができる。226Raが放射性崩壊することで222Rnは発生する。ウラン系列は238U→234Th→234Pa→234U→230Th→226Ra→222Rn→218Po→214Pb→214Bi→214Po→210Pb→210Bi→210Po→206Pbの順に放射性崩壊する系列である。そのため、226Raの代わりとして、238U、234Th、234Pa、234U、230Thを用いることができるが、その中でも半減期が長い238U、234U、230Thを用いる方が実用的である。この発生器では、トリウム系列の放射性核種を用いることで220Rn（トロン220）ガスを発生させることも可能である。トリウム系列は232U→228Ra→228Ac→228Th→224Ra→220Rn→216Po→212Pb→212Biと順に放射性崩壊した後に212Bi→212Po→208Pbと212Bi→208Tl→208Pbの放射性崩壊する系列である。そのため、220Rn（トロン220）ガスを発生させるためには、232U、228Ra、228Ac、228Th、224Raなどいずれかを用いることで、放射性崩壊により220Rnを発生させることができる。ただし、228Acと224Raの半減期はそれぞれ6.15時間、3.66日と短いため、半減期の長い232U、228Ra、228Thを用いた方が実用的である。また、このラドン発生器では、アクチニウム系列を用いることも可能である。アクチニウム系列は235Uが放射性崩壊していく系列である。本実施例では線源を格納するための容器として、８つの独立容器を設置している。線源容器を独立して設置することで、ラドンガスの濃度を低濃度から高濃度まで自在に発生させることが可能である。線源容器は独立したバルブを有しており、そのバルブは制御用コンピュータ（１５）によって制御できる。ラドンガスを発生させる発生器と平行してトロンガスを発生させるトロン発生器をラドン発生器と設置することで、ラドンとトロンの２種類の系を模擬環境試験室内に再現することが可能となる。220Rn（トロン220）の半減期は５５．６秒と短いため、トロンガス発生器と模擬環境試験室間のガスの短くする工夫や、模擬環境試験室導入前の220Rn（トロン220）濃度を高くしておくことで、220Rn（トロン220）を模擬環境試験室内に供給することができる。
【００３５】
（１８）および（１９）はエアーフィルターである。エアーフィルター（１８）はラドン発生器（１７）で生成したラドン崩壊生成物を除去する目的で設置されており、そしてエアーフィルター（１９）はバッファータンク内で生成したラドン崩壊生成物を除去したガスをラドン発生器（１７）に戻す目的で設置されている。
【００３６】
（２０）はバッファータンクであり、ラドン発生器とバッファータンクの間をガスが循環するようになっており、バッファータンクからガスの一部を取り出し模擬環境試験室に供給する。バッファータンクとラドン発生器との間をガスが循環することにより、ラドンとその崩壊生成物を高濃度で安定的にバッファータンクから取り出すことができる。この原理は、ラドン系列を例に挙げると、226Raからは半減期に従い一定の割合で222Rnガスが発生しており、バッファータンクとラドン発生器との間をガスが循環することにより、バッファータンク内の222Rnガスの濃度が高くなる。さらに222Rnが放射性崩壊し218Po, 214Pb, 214Bi, 214Po, 210Pb, 210Bi, 210Poなどの崩壊生成物の濃度も高くなる。トリウム系列でも同様の原理である。本実施例では、バッファータンクの容積は１．５ｍ3である。さらに、本実施例では、バッファータンクは円筒型を用いており、バッファータンク内でのデッドスペースを減らす目的で、バッファータンクへのラドンガス等の導入とバッファータンクからのラドンガス等の取り出しは全て、円筒の接線方向から行えるようにしているが、バッファータンクの形状、粒子の導入と取り出し方法、容積はこれらに制約を受けるものではない。バッファータンク（２０）内のラドンガス濃度はラドン濃度測定器（２２）で測定されており、ラドン発生器（１７）とバッファータンク（２０）内のガスの循環率を制御することで、バッファータンク内のラドン濃度は制御用コンピュータ（１５）によって制御できる。バッファータンク内におけるラドンの崩壊生成物の濃度を制御する場合には、ラドン崩壊生成物濃度測定器（２３）を用いることで、濃度制御することができる。また、ラドン濃度測定器（２２）とラドン崩壊生成物濃度測定器（２３）とを組み合わせて、ラドンガスと崩壊生成物の濃度比をフィードバック制御することも可能である。
【００３７】
（２５）はフィルターであり、これを用いることで、模擬環境試験室内のエアロゾル粒子濃度とラドンの崩壊生成物の濃度を急激に下げることができる。フィルター（２５）の運転状態はコンピュータ（１５）で制御することができる。
【００３８】
たとえば、模擬環境試験室内をラドンガスのみの状態にしたいときは、次のように操作すればよい。ラドン濃度測定器（２２）を用いてバッファータンク（２０）内のラドンガス濃度を連続測定しておく。ラドン発生器（１７）からのガスをフィルター（１８）に通過させ、ラドンの崩壊生成物を除去した後、バッファータンク（２０）にガスを導入する。バッファータンク内で生成するラドンの崩壊生成物はフィルター（２１）を運転することで除去することができる。バッファータンク（２０）からラドン発生器（１７）にガスを戻すときは、ガス中に含まれる崩壊生成物をフィルター（１９）を用いて除去した後、ガスをラドン発生器に戻す。このようにして作られた高濃度のラドンガスをバッファータンク（２０）から模擬環境試験室（１）に導入する直前で念のためフィルター（２４）で崩壊生成物を除去しておく。さらに、フィルター（２５）を運転することで、模擬環境試験室内で生成する崩壊生成物を常時除去することが可能である。上述の操作は、ラドン濃度測定器（２２）で得られた濃度情報を元にフィードバック制御することができる。
【００３９】
模擬環境試験室内のラドン崩壊生成物の濃度を制御する場合は、たとえば次のように操作すればよい。模擬環境試験室内のラドン崩壊生成物の濃度をラドン崩壊生成物濃度測定器（１１）を用いて測定しておく。バッファータンク（２０）内のラドン崩壊生成物の濃度をラドン崩壊生成物濃度測定器（２３）で測定しておく。バッファータンク内のラドン崩壊生成物の濃度を上昇させるために、フィルター（１８）、（１９）および（２１）の運転は行わずに、ラドン発生器とバッファータンク間のガスの循環を行う。これにより、バッファータンク（２０）内のラドン崩壊生成物の濃度は上昇させることができる。その状態で、フィルター（２４）を運転しないで、バッファータンク（２０）から模擬環境試験室にガスを導入する。さらに、フィルター（２５）を運転しないことで、模擬環境試験室内のラドン崩壊生成物の濃度を上昇させることができる。次にバッファータンク内のラドン崩壊生成物の濃度を下げたいときは、フィルター（１８）、（１９）および（２１）を運転することで、濃度が下がる。模擬環境試験室内（１）の崩壊生成物濃度を低下させたいときは、バッファータンク（２０）からのガスの供給を停止し、フィルター（２５）を運転することで、濃度を下げることができる。上述の操作は、ラドン崩壊生成物濃度測定器（１１）とラドン崩壊生成物濃度測定器（２３）で得られる濃度情報を元にフィードバック制御することができる。
【００４０】
模擬環境試験室内のラドンガス濃度とラドン崩壊生成物の濃度を同時にフィードバック制御する場合は、前述したラドンガス濃度の制御方法とラドン崩壊生成物濃度の制御方法を組み合わせればよい。
【００４１】
ラドン崩壊生成物を制御するために、フィルター（２５）を運転することで模擬環境試験室（１）内ではラドン崩壊生成物の除去とエアロゾル粒子が同時に行われることになる。しかし、除去されることで低下するエアロゾル粒子個数濃度は、フィードバック制御されているため、エアロゾル粒子発生器（２）から模擬環境試験室（１）内に供給されることで、エアロゾル粒子個数濃度を安定化させることができる。
【００４２】
気相中すなわち空気中に存在する電荷による影響を調べるような実験などを行うなど、実験内容によっては模擬環境試験室内のイオンや電荷を帯びた荷電粒子など電荷を帯びた成分を少なくした空間を模擬する場合では、イオントラップを空調機（１６）の空気出口部に設置することや、フィルター（２５）をイオントラップで置き換えた装置をフィルター（２５）と同様に設置することでイオンや荷電粒子の濃度を下げることが可能である。ここで、イオントラップは、例えば、２枚の金属の平板電極を平行に設置した、平行平板の一つをアース接地し、もう一方に正もしくは負の直流電圧を通電する方法がある。
【００４３】
（２６）はガスの乾燥器であり、模擬環境試験室からの排出ガス中に含まれている水分を除去する目的で設置されている。この乾燥器は（２７）の放射性ガス除去装置の寿命を長くする働きをしているが、必ずしも必要とは限らない。
【００４４】
（２７）は模擬環境試験室内に導入したラドンのような放射性のガスを除去するための放射性ガス除去装置である。高濃度の放射性のガスを屋外に放出するときは、放射線障害防止法により放出できる濃度が規定されているため、場合によってはこのような放射性のガスを除去する装置を設置する必要がある。放射性のガスを除去する装置には活性炭を用いることができる。ラドンガスは活性炭を冷却することでより除去されることが知られている（原子力学会誌vol25, No.7, 562-570, (1983)）ので、その原理を利用することも可能である。
【００４５】
次に、本実施例を用いて、得られた結果について示す。図２は図１を運転したときの模擬環境試験室内におけるエアロゾル粒子の代表的な粒子径分布である。テスト粒子としてセバシン酸ジオクチル（ＤＯＳ）をＴＳＩモデル３４７５を用いて発生させた。粒子径分布はElectrical Low Pressure Impactor（DEKATI LTD.製ELPI）（低圧力型カスケードインパクター方式）で測定された。この結果、幾何平均径は２４３ｎｍで、幾何標準偏差は１．３６であった。
【００４６】
図３は模擬環境試験室内のエアロゾル個数濃度を１０10 ｍ-3に設定し、制御した結果である。粒子制御を開始してから約１時間で設定値に到達していることがわかる。設定値に到達するのに要する時間はエアロゾル粒子発生器で発生させているエアロゾル粒子個数濃度に依存する。
【００４７】
図４に、模擬環境試験室内のエアロゾル粒子個数濃度を１０10 ｍ-3に到達させた後のエアロゾル粒子個数濃度の安定性を調べた結果を示す。ＳＤは標準偏差、ａｖは平均値、ＣＶは変動係数である。粒子濃度を１０10 ｍ-3で制御中に模擬環境試験室内の相対湿度を３０〜９０％まで変化させたが、相対湿度の影響を受けずに、粒子個数濃度は安定していることがわかる。このことから、模擬環境試験室内のエアロゾル粒子個数濃度はよく制御されていることがわかる。
【００４８】
図５は、図４での制御中におけるエアロゾル粒子径分布の幾何平均径の時間変化を示し、模擬環境試験室内の測定結果である。ＳＤは標準偏差、ａｖは平均値、ＣＶは変動係数である。エアロゾル粒子個数濃度を１０10 ｍ-3 で制御している間、模擬環境試験室内のエアロゾル粒子の幾何平均径は安定していることがわかる。さらに、粒子個数濃度の制御中に、模擬環境試験室内の相対湿度を変化させたが、相対湿度がエアロゾル粒子の幾何平均径に及ぼす影響は少ないことがわかる。
【００４９】
図６は図４での制御中におけるエアロゾル粒子径分布の幾何標準偏差の時間変化を示した結果である。ＳＤは標準偏差、ａｖは平均値、ＣＶは変動係数である。図５と同様にエアロゾル粒子の濃度制御中、粒子径分布は安定していることがわかる。
【００５０】
図７は模擬環境試験室内のエアロゾル粒子個数濃度を１０8 ｍ-3で制御したときの結果である。ＳＤは標準偏差、ａｖは平均値、ＣＶは変動係数である。この測定結果から、模擬環境試験室内のエアロゾル粒子は１０8 ｍ-3で安定に制御されていることがわかる。
【００５１】
図８は粒子制御と湿度制御が模擬環境室内の差圧制御に及ぼす影響を示した結果である。制御温度は２９８．１５Ｋで一定である。ＳＤは標準偏差、ａｖは平均値、ＣＶは変動係数である。ここでは、模擬環境試験室と実験室との圧力差を差圧とし、その差圧で模擬環境試験室内の圧力を制御した。図中の「圧力制御の開始start of pressure control」のところから、差圧制御と粒子制御を開始した。途中、相対湿度を３０−９０％の間で変化させた。その結果、差圧制御を開始後‐３０Ｐａで模擬環境試験室内が制御されていることがわかる。さらに、相対湿度変化が差圧に及ぼす影響は少ないことがわかる。
【００５２】
図９および図１０は２７８．１５Ｋから３０３．１５Ｋの範囲内において模擬環境試験室内の温度を変化させたときの結果である（図９は温度を下降させたとき、図１０は温度を上昇させたときである。）。その結果、模擬環境試験室内の温度は設定範囲内でよく制御されていることがわかる。
【００５３】
図１１は模擬環境試験室内の相対湿度制御と制御特性を調べた結果である。実線は相対湿度の測定値、点線は相対湿度の設定値を示す。湿度制御を開始した時刻から点線で示されている。制御温度は２９８．１５Ｋで一定である。相対湿度の制御を行っていない状態から、相対湿度の制御を開始した。その結果、湿度制御を３０％の設定値で開始したところ、約１時間後に相対湿度の設定値３０％に到達している。その後、相対湿度を３０％から９０％に変化させたが設定値に従って模擬環境試験室内の相対湿度が制御されていることがわかる。
【００５４】
エアロゾル粒子濃度を連続的に変化させ、それを繰り返すことは（１５）のコンピュータで設定すれば可能である。エアロゾル粒子発生器の運転条件とその運転条件で発生する粒子径をあらかじめテストしておけば、その運転条件をコンピュータ側で設定することができるため、エアロゾル粒子径を連続して変化させることも可能である。また、ラドン濃度についても同様であり、模擬環境試験室内のラドン濃度を一定に保つ制御、もしくは連続的に変化させそれを繰り返す制御を行うこともできる。
【００５５】
【発明の効果】
一般の環境は温湿度・気圧の３つで構成されているのではなく、空気中を浮遊するエアロゾル粒子・イオン・ラドンガスとその崩壊生成物も環境を構成している要素である。そのため、本発明により、エアロゾル粒子・イオン・ラドンガスとその崩壊生成物を含む温湿度・気圧制御されたより現実に近い環境を作り出すことができる。さらにそれらの要素を時間とともに変化させることができる。そのため、より現実に近い環境で、環境実験・装置の耐久試験・スポーツトレーニング・ラドンなどの放射性ガスとその崩壊生成物が生物に及ぼす影響研究実験・放射性ガスとその崩壊生成物とエアロゾル粒子の複合実験・湯治などに代表される放射線治療・離れた場所の環境を実験室で模擬再現するバーチャル技術などに効果をもたらす。
【００５６】
これらの発明により、より現実に近い環境を実現できるため、従来では実験できなかったラドンとその崩壊生成物・イオン・エアロゾル粒子による複合的影響の実験が可能となる。例えば、ラドンなどの放射性希ガスとその崩壊生成物とエアロゾルを制御した空間を作り出すことができることから、崩壊生成物とエアロゾルとの関係について研究が行えたり、ラドンとその崩壊生成物とエアロゾルの全てを考慮してそれらが生物に及ぼす影響が行えたり、様々な測定原理や種類が存在しているラドンガス濃度測定器や崩壊生成物濃度測定器の濃度校正が行えるようになる。さらに、離れた場所の環境を実験室で再現できるため、現地の環境をバーチャル体験できるだけでなく、より高度な模擬環境実験が行える。これらの発明により、ビルなどの屋内環境や市街地や森林中の環境を含めて、より現実に近い環境、すなわち放射性ガスとその崩壊生成物・エアロゾル粒子・イオンを含んだ模擬環境で、大気環境実験・装置の耐久試験・スポーツトレーニング・生物実験がより精密に行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る模擬環境試験装置の全体概略図。
【図２】模擬環境試験装置内のエアロゾル粒子の代表的な粒子径分布。
【図３】模擬環境試験室内のエアロゾル粒子個数濃度を１０10 ｍ-3に到達させたときのエアロゾル粒子個数濃度の時間的変化を示す。
【図４】模擬環境試験室内のエアロゾル粒子個数濃度の安定性を示す。
【図５】エアロゾル粒子径分布の幾何平均径の時間変化を示す。
【図６】エアロゾル粒子径分布の幾何標準偏差の時間変化を示す。
【図７】模擬環境試験室内のエアロゾル粒子個数濃度を１０８ ｍ-3で制御したときの安定性を示す。
【図８】粒子制御および湿度制御が模擬環境室内の差圧制御に及ぼす影響を示す。
【図９】模擬環境試験室内の設定温度を下降させたときの温度制御結果を示す。
【図１０】模擬環境試験室内の設定温度を上昇させたときの温度制御結果を示す。
【図１１】模擬環境試験室内の相対湿度制御と制御特性を調べた結果を示す。
【符号の説明】
１…模擬環境試験室
２…エアロゾル粒子発生器
３…バッファータンク
８…エアロゾル粒子個数濃度測定器
９…エアロゾル粒子径分布測定器
１０…ラドン濃度測定器
１１…ラドン崩壊生成物濃度測定器
１７…ラドン発生器
２０…バッファータンク
２２…ラドン濃度測定器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a simulated environment test apparatus.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a test apparatus that simulates the atmospheric environment, temperature and humidity and atmospheric pressure can be controlled, but an environment in which aerosol particles and radon gas and their decay products are controlled cannot be created. There are various devices called radon aerosol chambers, but even though the radon concentration can be controlled, the aerosol particles cannot be controlled (Non-Patent
[0003]
[Non-Patent Document 1]
International congress series 1225 (2002) 161-167
[Non-Patent Document 2]
Applied Radiation and Isotopes 52 (2000) 369-375
[Non-Patent Document 3]
Nuclear Instruments and Methods in physics Research A 416 (1998) 525-530
[Non-Patent Document 4]
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 368 (1996) 819-824
[Non-Patent Document 5]
HASL-300, EML Procedures manual, 28th Edition, vol.1, Section 6.2, Rev. 1, October 1999, Environmental Measurements Laboratory, US Department of Energy
[Non-Patent Document 6]
NRPB-W6,
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention provides a simulated environment test apparatus that includes aerosol particles, radioactive gas, and decay products thereof, and can realize a more realistic environment.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The gist of the present invention is to provide a simulated environment test chamber for simulating the environment, and to control the concentration of aerosol particles, radioactive gas and its decay products, temperature, humidity and pressure in the simulated environment test chamber air. A simulated environment test apparatus comprising a control unit and operating the control unit to form a simulated environment in the simulated environment test chamber;
Furthermore, an aerosol particle generator for generating aerosol particles; a simulated environment test room for simulating the environment; a conduit for introducing aerosol particles generated by the aerosol particle generator into the simulated environment test room; a simulated environment test An aerosol particle number concentration meter for measuring the number of aerosol particles in a room; an aerosol particle size distribution meter for measuring the particle size of aerosol particles in a simulated environment test chamber; a radioactive gas concentration in a simulated environment test chamber Radioactive gas concentration meter for generating radioactive gas; Radio gas generator for generating radioactive gas; Conduit for introducing the radioactive gas generated by the radioactive gas generator into a simulated environment test room; Concentration of radioactive gas decay products Decay product concentration measuring instrument to measure the pressure; Pressure gauge to measure the atmospheric pressure in the simulated environment test chamber; Simulated environment test chamber A gas analyzer for analyzing the composition of air; a simulated air generator for generating simulated air; a conduit for introducing the radioactive gas generated by the radioactive gas generator into a simulated environment test room; a simulated air generator Conduit for introducing the generated simulated air into the simulated environment test chamber; and the concentration of aerosol particles, radioactive gas and its decay products in the room air based on the signal measured by each measuring instrument or analyzer, and temperature A control unit for controlling humidity and pressure; a simulated environment test apparatus for forming a simulated environment in which the concentration of aerosol particles, radioactive gas and decay products thereof, and temperature, humidity and pressure are controlled,
It is in.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In one preferred embodiment of the simulated environment test apparatus according to the present invention, the simulated environment test apparatus includes a control unit for controlling the concentration of aerosol particles, radioactive gas and decay products thereof, temperature and humidity, and atmospheric pressure. The controller is operated to create a simulated environment in the simulated environment test chamber. As a radioactive gas 222 Rn (Radon) and / or 220 Rn (Tron) and / or 219 Rn is mentioned. The simulated environmental test room air may further include ions.
[0007]
In one preferred embodiment of the simulated environment test apparatus according to the present invention, the simulated environment test apparatus includes an aerosol particle generator for generating aerosol particles; a simulated environment test chamber for simulating the environment; an aerosol particle generator. A conduit for introducing the generated aerosol particles into the simulated environmental test chamber; an aerosol particle number concentration measuring device for measuring the number of aerosol particles in the simulated environmental test chamber; and measuring the particle size of the aerosol particles in the simulated environmental test chamber Aerosol particle size distribution measuring instrument; Radioactive gas concentration measuring instrument for measuring the concentration of radioactive gas in the simulated environmental test chamber; Radioactive gas generator for generating radioactive gas; Radioactive gas generated by the radioactive gas generator Conduit for introduction to a simulated environment test chamber; decay product concentration measurement to measure the concentration of decay products of radioactive gas A pressure gauge for measuring the atmospheric pressure in the simulated environment test chamber; a gas analyzer for analyzing the composition of air in the simulated environment test chamber; a simulated air generator for generating simulated air; a radioactive gas generator A conduit for introducing the generated radioactive gas into the simulated environment test chamber; a conduit for introducing the simulated air generated by the simulated air generator into the simulated environment test chamber; and the signal measured by each measuring instrument or analyzer A control unit for controlling the concentration of aerosol particles, radioactive gas and decay products thereof in room air, and temperature and humidity and atmospheric pressure based on the aerosol particles, radioactive gas and decay products thereof, Creates a simulated environment with controlled concentration, temperature, humidity and pressure.
[0008]
Preferably, a buffer tank for temporarily storing the generated particles is provided between the particle generator and the simulated environmental test chamber in order to stabilize the aerosol particles.
[0009]
Preferably, the aerosol particle number concentration measuring device and the particle size distribution measuring device monitor the concentration and aerosol particle size distribution of the aerosol particles in the simulated environment test room, and the obtained data is used to determine the type of the aerosol particle generator using a computer. The aerosol particles in the simulated environment test chamber are stabilized by feedback control of the selection and operation status (carrier gas flow rate, heater temperature, selection of particles generating material, etc.) and the amount of aerosol particles introduced into the simulated environment test chamber. And control the particle concentration and particle size.
[0010]
When the aerosol particles are transported by a conduit or the like, unlike the gas, the particles may be deposited and lost in the inner wall of the pipe including the narrow pipe or in the flow rate adjusting valve installed in the middle of the pipe. For this reason, it is particularly preferable to use a type having a large opening area of the gas circulation part instead of a capillary type in the valve for adjusting the supply amount of the aerosol particles.
[0011]
Furthermore, the concentration of the radioactive gas in the simulated environment test chamber is determined based on the radioactive gas concentration data obtained from the radioactive gas concentration measuring device or the decay product concentration measuring device or the decay product concentration data thereof. The amount introduced into the chamber is preferably controlled by feedback control.
[0012]
Preferably, a buffer tank for temporarily storing the generated radioactive gas is provided between the radioactive gas generator and the simulated environment test room, thereby stably supplying a high concentration of the radioactive gas. can do. The concentration of radioactive gas decay products in the simulated environment test chamber can be controlled by adjusting the residence time of the gas in the buffer tank and the operating state of the air filter.
[0013]
Further, in the simulated environment test apparatus of the present invention, an ion generator; a conduit for introducing ions generated by the ion generator into the simulated environment test chamber; an ion concentration measurement for measuring the ion concentration in the simulated environment test chamber Preferably comprising a vessel. Based on the ion concentration data obtained from the ion concentration measuring device, the ion concentration in the simulated environment test chamber can be controlled by feedback control of the amount of ions introduced into the simulated environment test chamber. Alternatively, the ion concentration in the simulated environment test chamber can be controlled by feedback control of the operating conditions of the ion generator based on the ion concentration data obtained from the ion concentration measuring device.
[0014]
The type of ions to be generated can be controlled by adjusting the composition of the gas introduced into the ion generator. In order to reduce or eliminate the ion concentration in the test chamber, an ion trap method in which a voltage is applied between two electrodes such as a parallel plate type or a double cylinder type to trap ions can be used. The amount of ions to be trapped can be controlled by changing the amount of gas introduced into the ion trap and / or the applied voltage. Based on the ion concentration data obtained from the ion concentration measuring instrument, It is also possible to control the ion concentration in the simulated environment test chamber by feedback control of the trap operating conditions.
[0015]
Furthermore, it is preferable that feedback control is performed so that the temperature and humidity and the atmospheric pressure in the simulated environment test chamber are constant. In order to reproduce a distant place, the particle size distribution measuring device, concentration measuring device or component analyzer, temperature / humidity measuring device, barometric pressure measuring device, air component analyzer, radioactive gas concentration measurement at the place you want to reproduce The environment is reproduced in the simulated environment test chamber by installing a tester or a decay product measuring device of radioactive gas and sending the data obtained by them to the control computer of the simulated environment test chamber using means such as a line. be able to. Various aerosol particle generators can be switched and controlled as required. As the feedback control, general PID (proportional integral derivative) control can be adopted.
[0016]
As described above, in the simulated environment test chamber of the simulated environment test apparatus according to the present invention, various aerosol particles are created in the aerosol particle generation unit, the concentration of the aerosol particles is stabilized, and the aerosol particle concentration is changed as instructed. By changing the concentration of radioactive gas as instructed and changing the temperature, humidity, and pressure as instructed, the environment can be reproduced based on environmental data obtained in a remote environment.
[0017]
【Example】
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0018]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a simulated environment test apparatus according to the present invention. (1) shows a simulated environment test room in which the environment is simulated. In this embodiment, the volume of the simulated environment test chamber is about 24.4 m. Three Insulation is used for the walls.
[0019]
In the aerosol particle generator (2) of FIG. 1, aerosol particles are generated. Various methods can be employed for generating aerosol particles. In general, gas generated by heating and evaporating a substance is cooled to generate particles (evaporation condensation method), core particles are generated in advance by spraying, etc., and organic vapor is condensed on the core particles. There is a method to dry the mist generated by spraying the solution (nucleated condensation method), a method to generate polystyrene latex particles by spraying and drying a liquid in which polystyrene latex particles are suspended, A method may be used. The evaporation condensation method and the nucleated condensation method can change the size of the generated aerosol particles continuously and easily during operation. In the evaporative condensation method, particles are generated by cooling the vapor obtained by heating and evaporating organic or inorganic substances in an electric furnace, etc. Basically, when the heating temperature is raised, the generated particles become larger and the heating temperature is increased. When it is lowered, the generated particles become smaller. In the nucleated condensation method, particles are generated by condensing organic vapor into the core particles, so the temperature at which the organic material is heated is increased to increase the amount of evaporation, and the particles generated by increasing the flow rate of organic vapor are On the other hand, when the heating temperature is lowered and the flow rate of steam is further reduced, the generated particles become smaller. Therefore, the size of the generated particles can be controlled by feedback control of the heating temperature and the steam flow rate. Alternatively, it is possible to change the size of the generated particles by a method in which the size of the generated particles and the operating conditions of the particle generator at that time are examined in advance and the operating conditions are set from the computer side. . In this example, a particle generator model 3475 manufactured by TSI using the latter nucleated condensation method was used.
[0020]
In order to simulate an urban environment, it is desirable to use a diesel engine or a gasoline engine as an aerosol particle generation source. When reproducing cigarette smoke, it is desirable to use tobacco as a particle source. In order to reproduce ions in the air, it is desirable to use an ion generator. There are several types of ion generation methods. For example, ions generated by AC corona discharge, unipolar ions generated by DC corona discharge, and ions generated by alpha, beta, and gamma rays generated from radioactive decay materials. Although it can be used, since the ratio of ions generated by gamma rays is low, it is not preferable to use gamma rays as an ion source. When DC corona discharge is used, positive ions and negative ions can be generated separately, so that control of positive and negative ion concentrations is facilitated. Ion concentration control is performed by installing an ion concentration measuring device in the simulated environment test room, and the feedback control of the ion generator operating conditions can be performed by a computer based on the obtained concentration data, which is then supplied to the simulated environment test chamber. The amount of ions can also be feedback controlled. The kind of ions to be generated can be controlled by the composition of the gas introduced into the ion generator. In addition, since positive and negative bipolar ions tend to recombine with each other and become neutralized, in order to increase the ion concentration in the simulated environment test chamber, the piping between the ion generator and the simulated environment test chamber must be shortened. There is a need to. In some cases, an ion generator may be installed in the simulated environment test chamber. The gas used in the particle generator need not be adapted to the environment to be simulated, but it is desirable to use the gas in the environment to be simulated when it is desired to reproduce the air components in the simulated environment test chamber more precisely. A plurality of particle generators can be connected in parallel as required. As a result, more complicated aerosol particle states can be reproduced.
[0021]
The particles generated by the aerosol particle generator (2) are introduced into the simulated environment test chamber (1) via the buffer tank (3) shown in FIG. The buffer tank (3) is a tank for temporarily storing generated particles. The buffer tank (3) and the simulated environment test chamber (1) are used to stably introduce aerosol particles into the simulated environment test chamber (1). However, the buffer tank (3) is not always necessary. The aerosol particles in the simulated environment test chamber (1) are, as will be described later, the total particle number concentration with the aerosol particle number concentration measuring device (8), and the particle size (particle size) with the aerosol particle size distribution measuring device (9). ) Can be measured. The aerosol particle concentration in the simulated environment test chamber (1) can be kept constant by controlling the amount of particles supplied to the simulated environment test chamber using the measured aerosol particle concentration. The size of the aerosol particles can be adjusted by an aerosol particle generator. Therefore, since the relationship between the operating conditions of the aerosol particle generator and the particle size distribution and particle concentration to be generated becomes clear, the particle size distribution of the generated aerosol particles is controlled by controlling the aerosol particle generator from the computer (15). Can do. In this embodiment, the buffer tank (3) uses a cylindrical shape, and in order to reduce dead space in the buffer tank, the introduction of aerosol particles into the buffer tank and the removal of all aerosol particles from the buffer tank are performed. However, the shape of the buffer tank and the method of introducing and taking out the particles are not limited by these.
[0022]
The simulated environment using aerosol particles floating in the actual laboratory or outside air is reproduced by taking the aerosol particles floating in the laboratory or outside air into the simulated environment test room (1) through the conduits (4) and (6). can do. The conduit (4) has a shortened piping, so that the deposition loss of aerosol particles in the piping can be reduced. In the route of the conduit (6), the aerosol particle concentration in the simulated environment test chamber can be controlled by the computer (15). The conduits (5) and (7) are paths for passing through the air filter. When passing through the air filter, the aerosol particles are removed by the filter. In other words, this makes it possible to replace the air in the simulated environment test chamber using outside air.
[0023]
(8) is an aerosol particle number concentration measuring device, which can measure the number of aerosol particles in the simulated environment test chamber (1). As the particle number concentration measuring device (8), models 3010, 3025A manufactured by TSI, etc. can be used.
[0024]
(9) is an aerosol particle size distribution measuring device for measuring the particle size distribution of the aerosol particles, and can measure the particle size distribution of the aerosol particles in the simulated environment test chamber (1). As the aerosol particle size distribution measuring device, ELPI manufactured by DEKATI, SMPS model 3936L25 manufactured by TSI, or the like can be used.
[0025]
(10) and (22) are radioactive gas (radon) concentration measuring devices that can measure the radon concentration in the simulated environment test chamber (1). For the radon concentration measuring devices (10) and (22), AB-5 series manufactured by PYLON of Canada, AlphaGUARD series manufactured by GENITRON of Germany, and the like can be used. Based on the radon concentration data obtained by the radon concentration measuring devices (10) and (22), the amount of radon gas generated from the radon generator (17) introduced into the test chamber can be controlled by the computer (15).
[0026]
For the purpose of calibrating a general radon gas concentration measuring device, when using the simulated environment test chamber in the present invention, the radon gas concentration in the simulated environment test chamber is monitored with a pre-calibrated radon concentration measuring device. By doing so, secondary calibration of the radon gas concentration measuring device can be performed. As a radon concentration measuring instrument to be used as a reference when measuring the radon concentration, a measuring instrument based on the principle of an ionization chamber is desirable, but a measuring instrument based on another principle may be used.
[0027]
(11) and (23) are decay product concentration measuring instruments for measuring the concentration of decay products (radon decay products) generated from radon. As the decay product concentration measuring device, an apparatus capable of measuring an energy spectrum such as WLX of PYLON, alphaSMART 770 of alphaNUCLEAR, or the like can be used.
[0028]
When using the simulated environment test chamber according to the present invention for calibration of the decay product concentration measuring device of decay products generated from radon, the collapse product concentration in the simulated environment test chamber is preliminarily calibrated. The secondary calibration of the decay product concentration measuring device can be performed by monitoring with the product concentration measuring device. As a decay product concentration measuring instrument to be used as a reference when measuring the decay product concentration, a measuring instrument based on the principle of measuring an energy spectrum is desirable, but a measuring instrument based on another principle may be used.
[0029]
By measuring the concentration of radon gas and thoron gas separately, the radon gas and the thoron gas are mixed in the same way as in the case of feedback control of the concentration of radon gas alone or thoron gas alone, and each concentration is controlled appropriately. You can also.
[0030]
(12) is a pressure gauge, by which the atmospheric pressure in the simulated environment test chamber can be measured. Based on the measurement data, the atmospheric pressure in the simulated environment test chamber can be adjusted.
[0031]
(13) is a gas analyzer that can analyze the composition of air in the simulated environment test chamber. A mass analyzer can be used as this gas analyzer. The air composition analysis data obtained by the gas analyzer can be used to control the simulated air generator (14). The simulated air generator is nitrogen (N 2 ) Gas cylinder, oxygen (O 2 ) Gas cylinders, carbon dioxide (CO 2 ) Simulated air can be generated by mixing a gas cylinder, an argon (Ar) gas cylinder, or the like. Various types of simulated air can be reproduced by preparing the type of gas according to the target simulated air component. By controlling the component of the gas supplied to the simulated environment test chamber, the composition component of the air in the simulated environment test chamber can be changed. As the air generator, a commercially available air purifier can also be used as a device capable of generating a gas having a constant air composition. Depending on the purpose, laboratory air can be used. In that case, air in which particles contained in the air are removed by a filter is used.
[0032]
(15) is a control computer for controlling the state in the simulated environment test chamber, which can take in signals measured by each measuring instrument and control the state in the simulated environment. In the control of various control elements such as concentration, temperature / humidity, and pressure, it is preferable that the values of all the elements can be set independently, the operation function of each element at a constant value, and the constant of each element at every time. Step operation function to change the value and its periodic operation function, Continuously variable operation function to change the set value of each element continuously and its periodic operation function, Function according to the set value of each element input from the outside By combining these, various simulated environments can be realized.
[0033]
(16) is an air conditioner that can control the temperature and humidity in the simulated environment room. In this embodiment, in consideration of the controllability of radon and aerosol particles in the simulated environment test chamber, a circulation type air conditioner that circulates air in the simulated environment test chamber is used.
[0034]
In the radon generator of (17), 222 Of uranium series to generate Rn (Radon 222) gas 226 Ra (Radium 226) can be used. 226 When Ra decays radioactively 222 Rn is generated. Uranium series 238 U → 234 Th → 234 Pa → 234 U → 230 Th → 226 Ra → 222 Rn → 218 Po → 214 Pb → 214 Bi → 214 Po → 210 Pb → 210 Bi → 210 Po → 206 It is a series that decays radioactively in the order of Pb. for that reason, 226 As an alternative to Ra, 238 U, 234 Th, 234 Pa, 234 U, 230 Th can be used, but the half-life is long among them 238 U, 234 U, 230 It is more practical to use Th. This generator uses thorium series radionuclides. 220 It is also possible to generate Rn (Tron 220) gas. Thorium series 232 U → 228 Ra → 228 Ac → 228 Th → 224 Ra → 220 Rn → 216 Po → 212 Pb → 212 After radioactive decay in order of Bi 212 Bi → 212 Po → 208 Pb and 212 Bi → 208 Tl → 208 This is a series of radioactive decay of Pb. for that reason, 220 In order to generate Rn (Tron 220) gas, 232 U, 228 Ra, 228 Ac, 228 Th, 224 By using either Ra or the like, 220 Rn can be generated. However, 228 Ac and 224 Ra half-lives are as short as 6.15 hours and 3.66 days, respectively. 232 U, 228 Ra, 228 It is more practical to use Th. The radon generator can also use an actinium series. Actinium series 235 U is a series of radioactive decay. In this embodiment, eight independent containers are installed as containers for storing the radiation source. By installing the radiation source container independently, the concentration of radon gas can be freely generated from a low concentration to a high concentration. The source container has an independent valve, which can be controlled by a control computer (15). By installing the thoron generator for generating the thoron gas in parallel with the generator for generating the radon gas and the radon generator, it is possible to reproduce two types of systems of radon and thoron in the simulated environment test chamber. 220 Since Rn (Tron 220) has a short half-life of 55.6 seconds, the idea of shortening the gas between the TRON gas generator and the simulated environment test chamber, 220 By keeping the Rn (Tron 220) concentration high, 220 Rn (Tron 220) can be supplied into the simulated environment test chamber.
[0035]
(18) and (19) are air filters. The air filter (18) is installed for the purpose of removing radon decay products produced by the radon generator (17), and the air filter (19) is a gas from which radon decay products produced in the buffer tank have been removed. Is installed for the purpose of returning to the radon generator (17).
[0036]
(20) is a buffer tank in which gas circulates between the radon generator and the buffer tank. A part of the gas is taken out from the buffer tank and supplied to the simulated environment test chamber. By circulating gas between the buffer tank and the radon generator, radon and its decay products can be stably removed from the buffer tank at a high concentration. This principle is based on the Radon series as an example. 226 From Ra at a constant rate according to the half-life 222 Rn gas is generated, and gas circulates between the buffer tank and the radon generator. 222 The concentration of Rn gas increases. further 222 Rn decays radioactively 218 Po, 214 Pb, 214 Bi, 214 Po, 210 Pb, 210 Bi, 210 The concentration of decay products such as Po increases. The same principle applies to the thorium series. In this embodiment, the volume of the buffer tank is 1.5 m. Three It is. Furthermore, in this embodiment, the buffer tank uses a cylindrical shape, and in order to reduce dead space in the buffer tank, all of the introduction of radon gas and the like to the buffer tank and the removal of radon gas and the like from the buffer tank are all cylindrical. However, the shape of the buffer tank, the method for introducing and removing the particles, and the volume are not limited by these. The radon gas concentration in the buffer tank (20) is measured by a radon concentration measuring device (22). By controlling the circulation rate of the gas in the radon generator (17) and the buffer tank (20), The radon concentration of can be controlled by a control computer (15). When the concentration of the radon decay product in the buffer tank is controlled, the concentration can be controlled by using a radon decay product concentration measuring device (23). Further, the radon concentration measuring device (22) and the radon decay product concentration measuring device (23) can be combined to feedback control the concentration ratio of radon gas and decay product.
[0037]
(25) is a filter. By using this filter, the concentration of aerosol particles and the concentration of radon decay products in the simulated environment test chamber can be drastically lowered. The operating state of the filter (25) can be controlled by the computer (15).
[0038]
For example, when it is desired to make the simulated environment test chamber only radon gas, the following operation may be performed. The radon gas concentration in the buffer tank (20) is continuously measured using a radon concentration measuring device (22). The gas from the radon generator (17) is passed through the filter (18) to remove radon decay products, and then the gas is introduced into the buffer tank (20). Radon decay products produced in the buffer tank can be removed by operating the filter (21). When returning the gas from the buffer tank (20) to the radon generator (17), the decay product contained in the gas is removed using the filter (19), and then the gas is returned to the radon generator. Just before the high-concentration radon gas produced in this way is introduced from the buffer tank (20) into the simulated environment test chamber (1), the decay product is removed by the filter (24). Furthermore, by operating the filter (25), it is possible to always remove decay products generated in the simulated environment test chamber. The above-described operation can be feedback controlled based on the concentration information obtained by the radon concentration measuring device (22).
[0039]
In order to control the concentration of the radon decay product in the simulated environment test chamber, for example, the following operation may be performed. The radon decay product concentration in the simulated environment test chamber is measured using a radon decay product concentration measuring device (11). The radon decay product concentration in the buffer tank (20) is measured with a radon decay product concentration measuring device (23). In order to increase the concentration of radon decay products in the buffer tank, gas is circulated between the radon generator and the buffer tank without operating the filters (18), (19) and (21). Thereby, the density | concentration of the radon decay product in a buffer tank (20) can be raised. In this state, without operating the filter (24), gas is introduced from the buffer tank (20) into the simulated environment test chamber. Furthermore, the radon decay product concentration in the simulated environment test chamber can be increased by not operating the filter (25). Next, when it is desired to lower the concentration of the radon decay product in the buffer tank, the concentration is lowered by operating the filters (18), (19) and (21). When it is desired to lower the concentration of the decay product in the simulated environment test chamber (1), the concentration can be lowered by stopping the gas supply from the buffer tank (20) and operating the filter (25). The above operation can be feedback controlled based on the concentration information obtained by the radon decay product concentration measuring device (11) and the radon decay product concentration measuring device (23).
[0040]
When the radon gas concentration and the radon decay product concentration in the simulated environment test chamber are simultaneously feedback controlled, the radon gas concentration control method and the radon decay product concentration control method described above may be combined.
[0041]
In order to control the radon decay product, the radon decay product is removed and the aerosol particles are simultaneously performed in the simulated environment test chamber (1) by operating the filter (25). However, since the aerosol particle number concentration which is reduced by being removed is feedback controlled, it is supplied from the aerosol particle generator (2) into the simulated environment test chamber (1), so that the aerosol particle number concentration is reduced. Can be stabilized.
[0042]
Depending on the content of the experiment, such as conducting experiments to investigate the effects of charges existing in the gas phase, that is, in the air, a space with fewer charged components such as ions and charged particles in the simulated environment test chamber may be used. When simulating, an ion trap is installed at the air outlet of the air conditioner (16), or a device in which the filter (25) is replaced with an ion trap is installed in the same manner as the filter (25), so that ions and charged particles are installed. The concentration of can be lowered. Here, as the ion trap, for example, there is a method in which two metal plate electrodes are installed in parallel, one of the parallel plates is grounded, and a positive or negative DC voltage is applied to the other.
[0043]
(26) is a gas dryer, which is installed for the purpose of removing moisture contained in the exhaust gas from the simulated environment test chamber. Although this dryer serves to extend the life of the radioactive gas removal device of (27), it is not always necessary.
[0044]
(27) is a radioactive gas removal device for removing radioactive gas such as radon introduced into the simulated environment test chamber. When a high-concentration radioactive gas is emitted outdoors, the concentration that can be emitted is regulated by the Radiation Hazard Prevention Law, and in some cases, it is necessary to install a device for removing such a radioactive gas. Activated carbon can be used as an apparatus for removing radioactive gas. It is known that radon gas is removed more by cooling the activated carbon (Atomic Energy Society vol. 25, No. 7, 562-570, (1983)), so it is possible to use the principle.
[0045]
Next, the results obtained will be described using this example. FIG. 2 is a representative particle size distribution of aerosol particles in the simulated environment test chamber when FIG. 1 is operated. Dioctyl sebacate (DOS) was generated as a test particle using TSI model 3475. The particle size distribution was measured with an Electrical Low Pressure Impactor (ELPI manufactured by DEKATI LTD.) (Low pressure cascade impactor method). As a result, the geometric mean diameter was 243 nm and the geometric standard deviation was 1.36.
[0046]
FIG. 3 shows the aerosol number concentration in the simulated environment test chamber as 10 Ten m -3 This is the result of setting and controlling. It can be seen that the set value has been reached in about one hour after the start of particle control. The time required to reach the set value depends on the aerosol particle number concentration generated by the aerosol particle generator.
[0047]
FIG. 4 shows the number of aerosol particles in the simulated environment test chamber as 10 Ten m -3 The result of having investigated the stability of the aerosol particle number concentration after making it reach | attain is shown. SD is a standard deviation, av is an average value, and CV is a coefficient of variation. Particle concentration 10 Ten m -3 The relative humidity in the simulated environment test chamber was changed from 30 to 90% during the control, but it was found that the particle number concentration was stable without being affected by the relative humidity. This shows that the number concentration of aerosol particles in the simulated environment test chamber is well controlled.
[0048]
FIG. 5 shows the change over time of the geometric mean diameter of the aerosol particle size distribution during the control in FIG. 4, and is the measurement result in the simulated environment test chamber. SD is a standard deviation, av is an average value, and CV is a coefficient of variation. The aerosol particle number concentration is 10 Ten m -3 It can be seen that the geometric mean diameter of the aerosol particles in the simulated environment test chamber is stable during the control. Furthermore, it was found that the relative humidity in the simulated environment test chamber was changed during the control of the particle number concentration, but the relative humidity had little effect on the geometric mean diameter of the aerosol particles.
[0049]
FIG. 6 shows the results of changes over time in the geometric standard deviation of the aerosol particle size distribution during the control in FIG. SD is a standard deviation, av is an average value, and CV is a coefficient of variation. As in FIG. 5, it can be seen that the particle size distribution is stable during the concentration control of the aerosol particles.
[0050]
FIG. 7 shows the number of aerosol particles in the simulated environment test chamber as 10 8 m -3 It is a result when controlling by. SD is a standard deviation, av is an average value, and CV is a coefficient of variation. From this measurement result, 10 aerosol particles in the simulated environment test chamber were found. 8 m -3 It can be seen that the control is stable.
[0051]
FIG. 8 shows the results of the effects of particle control and humidity control on differential pressure control in the simulated environment chamber. The control temperature is constant at 298.15K. SD is a standard deviation, av is an average value, and CV is a coefficient of variation. Here, the pressure difference between the simulated environment test chamber and the laboratory was used as a differential pressure, and the pressure in the simulated environment test chamber was controlled by the differential pressure. Differential pressure control and particle control were started from “start of pressure control” in the figure. On the way, the relative humidity was changed between 30-90%. As a result, it can be seen that the simulated environment test chamber is controlled at −30 Pa after the differential pressure control is started. Furthermore, it can be seen that the relative humidity change has little effect on the differential pressure.
[0052]
9 and 10 show the results when the temperature in the simulated environment test chamber is changed within the range of 278.15K to 303.15K (FIG. 9 shows that when the temperature is lowered, FIG. 10 shows that the temperature is raised. When it is.) As a result, it can be seen that the temperature in the simulated environment test chamber is well controlled within the set range.
[0053]
FIG. 11 shows the results of examining the relative humidity control and control characteristics in the simulated environment test chamber. A solid line indicates a measured value of relative humidity, and a dotted line indicates a set value of relative humidity. It is indicated by a dotted line from the time when the humidity control is started. The control temperature is constant at 298.15K. Control of relative humidity was started from a state where relative humidity was not controlled. As a result, when the humidity control is started at the set value of 30%, the set value of the relative humidity reaches 30% after about 1 hour. Thereafter, the relative humidity was changed from 30% to 90%, but it can be seen that the relative humidity in the simulated environment test chamber is controlled according to the set value.
[0054]
It is possible to change the aerosol particle concentration continuously and repeat it by setting the computer in (15). If the operating conditions of the aerosol particle generator and the particle size generated under the operating conditions are tested in advance, the operating conditions can be set on the computer side, so the aerosol particle size can be changed continuously. It is. The same applies to the radon concentration, and the radon concentration in the simulated environment test chamber can be kept constant or can be continuously changed and repeated.
[0055]
【The invention's effect】
The general environment is not composed of three components: temperature, humidity, and atmospheric pressure. Aerosol particles, ions, radon gas, and their decay products that float in the air are also elements that constitute the environment. Therefore, according to the present invention, it is possible to create a more realistic environment in which the temperature, humidity, and pressure are controlled including aerosol particles, ions, radon gas and their decay products. Furthermore, those factors can be changed over time. Therefore, in a more realistic environment, environmental experiments, equipment durability tests, sports training, research on the effects of radioactive gases such as radon and their decay products on living organisms, and the combination of radioactive gases, their decay products, and aerosol particles It is effective for radiation therapy represented by experiments, hot springs, etc., and virtual technology that simulates the environment in a remote place in the laboratory.
[0056]
By these inventions, a more realistic environment can be realized, so that it becomes possible to conduct experiments on the combined effects of radon and its decay products, ions, and aerosol particles that could not be tested in the past. For example, because it is possible to create a controlled space for radioactive noble gases such as radon and their decay products and aerosols, you can study the relationship between decay products and aerosols, and all of radon, its decay products, and aerosols. Considering the above, it is possible to influence the organisms, and to calibrate the concentration of radon gas concentration measuring instruments and decay product concentration measuring instruments that have various measurement principles and types. Furthermore, because the environment in a distant place can be reproduced in the laboratory, not only the virtual environment can be experienced, but also a more advanced simulated environment experiment can be performed. By these inventions, atmospheric environment experiments are conducted in a more realistic environment including indoor environments such as buildings and environments in urban areas and forests, that is, simulated environments containing radioactive gases and their decay products, aerosol particles, and ions.・ Performance tests for equipment, sports training, and biological experiments can be performed more precisely.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall schematic diagram of a simulated environment test apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a representative particle size distribution of aerosol particles in a simulated environment test apparatus.
FIG. 3 shows the number concentration of aerosol particles in the simulated environment test chamber being 10 Ten m -3 The time change of the aerosol particle number concentration when it is made to reach is shown.
FIG. 4 shows the stability of aerosol particle number concentration in a simulated environment test chamber.
FIG. 5 shows the time change of the geometric mean diameter of the aerosol particle size distribution.
FIG. 6 shows the time change of the geometric standard deviation of the aerosol particle size distribution.
FIG. 7 shows that the aerosol particle number concentration in the simulated environment test chamber is 10 8 m -3 The stability when controlled with.
FIG. 8 shows the influence of particle control and humidity control on differential pressure control in a simulated environment chamber.
FIG. 9 shows the temperature control result when the set temperature in the simulated environment test chamber is lowered.
FIG. 10 shows a temperature control result when the set temperature in the simulated environment test chamber is raised.
FIG. 11 shows the results of examining relative humidity control and control characteristics in a simulated environment test chamber.
[Explanation of symbols]
1 ... Simulated environment test room
2 ... Aerosol particle generator
3 ... Buffer tank
8 ... Aerosol particle number concentration measuring instrument
9 ... Aerosol particle size distribution measuring instrument
10 ... Radon concentration measuring instrument
11 ... Radon decay product concentration meter
17 ... Radon generator
20 ... Buffer tank
22 ... Radon concentration measuring instrument
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