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空气净化器在模拟放射性气溶胶环境下的去除效率研究，使用NaCl气溶胶（100nm主导）评估HEPA和静电系统在30分钟内的效能，HEPA过滤效率最高，静电系统随时间缓慢见效，验证空气净化器作为放射性气溶胶防护的有效辅助手段。
Theodor Adam|Petr Otáhal|Michael Komárek
捷克生命科学大学环境科学学院环境地球科学系，Kamycká 129，布拉格-Suchdol，165 00，捷克共和国
摘要
在受控但现实的室内环境中，对采用不同净化原理和气流速率的空气净化器进行了测试。使用NaCl溶液生成了稳定的气溶胶环境，其主导颗粒大小约为100纳米，总浓度约为1.0×10^5颗粒/立方厘米，作为放射性气溶胶的替代品。通过扫描迁移率颗粒尺寸仪连续监测气溶胶的粒径分布和总颗粒浓度，时间分辨率为3分钟。每个实验持续30分钟，以确保可比性和统计稳健性。净化效率基于气溶胶浓度的相对和总降低程度进行评估。测试的空气净化器显著降低了颗粒浓度，其中配备HEPA过滤器的设备表现出最高的净化效率。同时，静电系统在长时间运行中也显示出缓慢但可测量的降低效果。尽管该研究没有直接量化放射性剂量的减少，但结果表明，便携式空气净化器可以有效去除室内放射性气溶胶活动的主要颗粒范围。这些发现支持了空气净化器作为辅助工具在减少室内环境中颗粒结合放射性气溶胶吸入暴露方面的作用。
引言
放射性气溶胶在核工业和辐射防护中构成重大风险，因为它们容易穿透呼吸道并导致内部剂量暴露。这些气溶胶是悬浮在大气中的固体或液体颗粒，其表面或内部携带放射性核素。这些气溶胶来源于自然来源（如氡的衰变产物，包括^218Po、^214Pb和^214Bi，或宇宙成因的放射性核素）以及人为活动，例如核电站事故或核设施退役期间。短寿命的氡衰变产物由于在呼吸道中的快速沉积和具有高生物效应的α辐射而带来急性风险。室内氡可能是肺癌的一个重要且可预防的风险因素（Darby等人，2005年；Kim等人，2016年；Schmid等人，2010年）。氡衰变产物（RnDP）可以附着在所有表面上，包括大气中的颗粒表面（Burian等人，2011年；Hopke，1987年；Papastefanou，2009年）。相比之下，长寿命的放射性核素如^137Cs（半衰期30年）或^90Sr（半衰期28.8年）在核事故后常见，它们会附着在细尘颗粒上并能够长距离传输（Carvalho等人，2012年）。2011年日本福岛第一核电站事故尤其值得关注，期间研究了含有放射性碘（^131I）和放射性铯同位素（^134Cs和^137Cs）的气溶胶（Malá等人，2013年；Orabi，2024年；Sulaiman等人，2018年）。
放射性气溶胶的传输和命运不仅受其来源控制，还受物理过程的影响，如凝聚、充电、大气传输和清除。静电充电和与大气中离子的相互作用可以加速沉积或延长气溶胶的传输距离（Baltrocchi等人，2023年；Hopke等人，1994年；Reineking等人，1988年）。Mostafa等人（2011年）证明，最活跃的部分通常与积累模式的气溶胶（100–1000纳米）相关，而只有少量存在于成核范围（10–100纳米）。
受控实验确认，在现场试验中，便携式空气净化器将氡子体的活性浓度降低了33%，有效剂量降低了近50%（Kranrod等人，2009年）。对日本商用设备的实验室研究表明，净化效果也约为40%（Iwaoka等人，2013年）。在有人居住的住宅中进行的长期测量显示，过滤装置的暴露中位数降低了15–36%，剂量降低了32–53%，而基于电离器的系统效果不一，暴露降低范围为10%至37%，剂量降低范围为46–49%（Hopke等人，1994年）。空气净化技术已广泛应用于环境健康、职业安全和核应用中。高效颗粒空气（HEPA）过滤器是去除空气中的放射性颗粒的标准方法，特别是在核设施退役期间，因为切割过程会产生受污染的气溶胶（Fazlzadeh等人，2022年；Ku等人，2023年）。然而，它们捕获纳米颗粒的能力有限，以及过滤器的使用寿命挑战，需要开发互补的方法。静电过滤和颗粒预充电技术已成为有前景的解决方案，能够在不显著增加气流阻力的情况下增强纳米颗粒的收集（Guoxiu等人，2022年）。
尽管便携式空气净化技术在室内环境中得到广泛应用，但在现实房间条件下，它们在减少与放射性气溶胶相关的颗粒大小范围内的颗粒方面的性能仍不够明确。大多数先前的研究要么专注于直接测量氡子体的活性，要么关注一般的室内空气质量指标，往往没有详细分析影响放射性核素附着和传输的气溶胶粒径分布。因此，不同空气净化原理在减少有人居住的室内空间中的颗粒结合放射性气溶胶方面的有效性仍不确定。
本研究通过在受控但现实的室内条件下实验评估选定的商用空气净化器的气溶胶去除效率，填补了这一空白。通过关注积累模式的气溶胶颗粒（约100纳米），这些颗粒主导了室内放射性气溶胶的活性-粒径分布，并系统地比较了不同房间体积下的过滤和静电净化技术，本文提供了与环境放射性相关的空气净化器性能的机制评估。虽然使用非放射性的NaCl气溶胶作为替代品，但结果为减少颗粒结合的放射性气溶胶提供了可转移的见解，并有助于理解室内辐射防护中的辅助暴露减少策略。
技术设备
使用扫描迁移率颗粒尺寸仪（SMPS?）光谱仪作为主要测量仪器来量化气溶胶粒径分布。SMPS能够精确确定1–1000纳米范围内的颗粒粒径分布和浓度。使用AGK2000气溶胶发生器生成测试气溶胶。
为了扩展测量范围，该装置还配备了来自美国TSI公司的冷凝颗粒计数器（CPC）。在实验开始前，进行了声学
结果与讨论
来自各个SMPS组件的测量数据使用AIM软件记录下来。每项测量的数据被导出，以便后续分析和统计评估空气净化器在减少放射性气溶胶暴露方面的效率。通过比较各个测量结果，得到了空气净化器效率的矩阵图以及空气净化周期内总颗粒浓度和相对颗粒浓度的图形表示。
空气净化器的测试结果
结论
本研究表明，商用空气净化器在受控室内条件下能够有效去除空气中的气溶胶颗粒，这些颗粒的大小范围与放射性气溶胶的附着和吸入暴露相关。结果证实，配备HEPA过滤器的空气净化器具有最高的颗粒去除效率，尤其是在较小的房间和较高气流速率下。同时，静电系统虽然效果较慢，但也能实现可测量的
CRediT作者贡献声明
Theodor Adam：撰写初稿、可视化、验证、资源管理、数据分析、概念化。Petr Otáhal：监督、方法论、数据分析、概念化。Michael Komárek：监督、概念化。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
作者感谢国家NBC防护研究所的核防护部门的合作。本文是捷克内政部项目VC20232025005的一部分，该项目旨在提高人们对放射性气溶胶的保护和安全性。
