طراحی و ساخت سیستم طبقه‌بندی ذرات آئروسل با استفاده از ویژگی تحرک الکتریکی

Abstract

مقدمه: استفاده از تحرک الکتریکی ذراتی که در میدان­ الکتریکی قرار می­گیرند بعنوان اساس کار دسته­ای از تجهیزات اندازه­گیری و طبقه­بندی ذرات همواره مورد توجه بوده است. از جمله این تجهیزات می­توان به سیستم­های تحلیل­گر دیفرانسیلی تحرک الکتریکی ذرات اشاره کرد. با استفاده از سیستم­های DMA تعیین اندازه، غلظت عددی و طبقه­بندی آئروسل­ها امکان­پذیر است. این مطالعه با هدف طراحی و ساخت سیستم طبقه بندی ذرات آئروسل با استفاده از ویژگی تحرک الکتریکی در مقیاس آزمایشگاهی انجام شد. روش کار: این مطالعه تجربی در مقیاس آزمایشگاهی و در سازمان انرژی اتمی با همکاری دانشگاه علوم پزشکی شهید بهشتی در سال 97-1396 انجام گرفت. به منظور طراحی و ساخت سیستم DMA از مبانی نظری حاکم بر شرایط عملیاتی سیستم DMA، نرم­افزار FORTRAN و برنامه Excel-2016 استفاده شد. نقشه های فنی قطعات تشکیل دهنده سیستم DMA و چیدمان آزمایشگاهی با استفاده از نرم افزار SOLIDWORKS-2017 ترسیم شد. به منظور بررسی عملکرد سیستم DMA، مجموعه­ای از تجهیزات آزمایشگاهی شامل، مولد ذرات، شمارنده ذرات، منبع تغذیه ولتاژ بالا و سیستم تامین جریان هوای پاک و خشک استفاده شد. پس از کالیبراسیون تجهیزات مورد استفاده، آزمایشات با تغییر شدت میدان الکتریکی در داخل سیستم جهت بررسی عملکرد آن در طبقه­بندی و توزیع اندازه ذرات، انجام گرفت. تجزیه و تحلیل آماری داده­ها با استفاده از نرم­افزار SPSS نسخه 22 و Excel-2016 انجام شد. یافته­ها: طول ناحیه طبقه­بندی، قطر الکترود مرکزی و بیرونی این DMA بترتیب برابر با 160، 20 و 55 میلیمتر بود. الکترود بیرونی از جنس فولاد ضد زنگ و الکترود مرکزی از جنس مس بود. نتایج حاصل از بررسی کارایی سیستم DMA، نشان داد که کارایی آن در طبقه­بندی ذرات در محدوده 9/71 تا 4/92 درصد به ترتیب برای ذرات در دامنه 600-500 و 350-300 نانومتر می­باشد. نتایج حاصل از آزمایشات نشان داد در هر ولتاژ معینی، ذرات خروجی از سیستم DMA در دامنه بسیار کوچکی، حداکثر مقدار را داشته و از سایر ذرات بیشتر است. به عبارت دیگر، سیستم DMA در هر ولتاژ معین برای سایر ذارت مانند فیلتر عمل کرده و از دریافت و عبور آنها جلوگیری می‌کند، اما در همین حال به دامنه خاصی از ذرات اجازه خروج می‌دهد. به این ترتیب هر دامنه از اندازه ذرات در یک ولتاژ خاصی با حداکثر کارایی از سیستم DMA خارج شدند، بطوریکه این سیستم ذرات 300-260 نانومتر و ذرات بزرگ­تر از 2 میکرون را به ترتیب در ولتاژ 3 و 5/9 کیلوولت تفکیک می­نماید. نتیجه­گیری: مطالعه حاضر به توصیف سیستم تحلیل­گر دیفرانسیلی تحرک الکتریکی جهت طبقه­بندی و تعیین توزیع اندازه ذرات پرداخته است. نتایج مطالعه حاضر نشان داد که سیستم DMA ساخته شده کارایی بالایی در تعیین توزیع اندازه ذرات در ابعاد 260 نانومتر تا 2 میکرون دارد. در این سیستم با دانستن پیک ولتاژ برای یک اندازه خاص از ذرات، می­توان توزیع اندازه ذرات مجهول را تعیین نمود. کارایی خوب و دامنه وسیع توزیع اندازه ذرات از قابلیت­های DMA طراحی شده در این مطالعه می­باشد.