钚气溶胶等放射性气溶胶若被吸入会造成严重的化学毒害和内照射危害，通常采用核级高效过滤器进行过滤净化，其效率的基准测试方法是钠焰法和计数法［1］。近期，笔者利用电感耦合等离子体质谱仪对核设施尾气净化系统六级高效过滤器下游的钚气溶胶浓度进行直接检测，发现净化后气体中的钚浓度高于本底水平，推测穿透过滤器的钚粒子粒径约为10 nm［2］。质谱仪的灵敏度远高于光学计数器( 计数法) 和原子发射光谱仪( 钠焰法) ，应用于痕量铀钚气溶胶快速灵敏检测时具有巨大潜力［3］。在钚气溶胶特性行为和过滤技术的实验室研究中，通常使用含贵金属［4］或稀土元素［5］的气溶胶以及同位素气溶胶［6］进行模拟示踪，采用爆炸等方式或气溶胶发生器产生模拟气溶胶。爆炸发生方式能够模拟某些实际条件，但对实验安全和气溶胶取样要求很高，发生气溶胶的重现性欠佳。若能可控的发生单分散纳米气溶胶粒子，其部分性质与钚相似，且组分适合检测，将有助于获得与粒径相关的特性，显著降低实验难度。电喷雾气溶胶发生器、溶液雾化去溶发生器和电极火花放电发生器等纳米气溶胶发生器，只能发生多分散纳米粒子，部分发生器发生的粒子组分不适合检测。使用静电分级器的单分散纳米气溶胶发生系统，系统复杂，价格相当昂贵，适合现场应用。为在实验室模拟放射性纳米气溶胶粒子并适合质谱在线检测，本文采用蒸发—冷凝原理研制出一种准单分散纳米气溶胶发生器，对输出纳米气溶胶的粒度分布进行了测试，完成了发生器的性能评估和工作条件优化。1 气溶胶发生器的设计与加工气溶胶发生器主要包括雾化器、雾室、原子化器、冷却器和扩散干燥器，工作原理如图1。用雾化器发生多分散的气溶胶雾滴; 用原子化器使雾滴在高温条件下蒸发原子化; 在冷却器中利用壁面冷却方式使蒸汽迅速均匀团聚，形成大小较均一的纳米粒子。各部件的特征和功能介绍如下。1. 1 雾室和雾化器雾室为圆柱形塑料瓶，内径80 mm，高度120 mm，内部盛放硅胶。聚四氟乙烯上盖与瓶口通过螺纹密封，上盖均匀钻三个孔: 一个为内径为6 mm 的通孔，微量同心雾化器( Glassxpansion 公司) 插入其中，并通过O 形圈与孔壁密封; 一个适用于外径6 mm 塑料气管的市售快插接头; 一个适用于外径20 mm 气管的售倒刺接头。1. 2 刚玉管原子化器石墨炉原子化器能满足大部分稀土和超铀元素的原子化需求，但市售产品价格昂贵。刚玉管是一种常见的耐火管料，随着Al2 O3质量分数增大，刚玉管的熔点升高，机械强度增大。考虑加热温度和机械加工难度，选择Al2O3质量分数为90%的市售刚玉管作为原子化器，其工作温度可达1 200 ℃，能使NaCl 和AgNO3等蒸发原子化。刚玉管( 宜兴市旭日耐材制品有限公司，OD20 × ID10 × L1000 mm) 用金刚砂轮切割成长度为500 mm，两端打磨后用18 mm 卡套与上下游部件连接。在刚玉管外壁加工螺旋线沟槽，将直径为1. 4 mm 的镍铬加热丝紧密缠绕在槽内，加热丝两端用铁箍固定。外部电源线穿过隔热瓷管，通过陶瓷接头与加热丝连通。在刚玉管出口三通处安装K 型热电偶，反馈控制调压器( TDGC2 － 5，正泰公司) 输出电压的通断，实现高至1 100 ℃的控温加热。加工翻盖式隔热支撑箱，内部密实填充石棉，刚玉管平放其中并穿过预留的圆孔，使用时将翻盖扣上，实现隔热保温和电绝缘。刚玉管原子化器的实物见图2。图2 刚玉管原子化器的实物照片Fig. 2 Al2O3 furnace for nanoparticles generation1. 3 冷却器加工套管结构的冷却器内管为内壁光滑的不锈钢管( OD18 × ID14 × L200 mm) 。冷却水通过循环制冷机( 9112 型Polyscience 公司)精确制冷，然后在潜水泵驱动下在套管中流动，水流方向与内管气流方向相反，水温由PT100 热电偶监测。冷却器位于原子化器下游，并通过三通连接。