日本国立研究开发法人原子能研究开发机构（JAEA）福岛废炉安全工学研究所废炉环境国际共同研究中心的坪田阳一研究主干、拉福雷·雨果（Hugo Laffolley）博士研究员、加藤友彰研究员，以及核燃料循环工学研究所的黑江彩萌团队负责人，联合开发了一款可按粒径分离空气中微粒并使用过滤器进行捕集的一次性分级测定器件“μSPLIT（MicroSplit）”。坪田研究主干表示：“在福岛第一核电站（F1）的废炉作业中，拆除作业等可能会产生放射性颗粒飞散，但现有测量装置价格昂贵，因此我们制作了这款一次性使用的便捷检测器件。希望推动技术的实际应用，供更多人使用”。相关成果已发表在《ACS Omega》上。
图1 坪田阳一研究主干（供图：科学新闻社）
图2 MicroSplit样品（供图：科学新闻社）
图3 α射线检测器测得的计数分布（供图：日本原子能研究开发机构）
在1～10µm（B级）的过滤器位置计数最多，表明粒径分级功能正常发挥作用。
在工厂、矿山、核设施等产生有害微粒的现场，为保障作业人员健康，掌握空气中悬浮粒子的尺寸与数量极为重要。粒子的大小决定了其在呼吸道内能到达多深的位置，以及对健康造成多大的影响。粒径超过10微米的粒子会沉积于鼻腔和咽部，1～10微米的粒子会到达气管和支气管，而小于0.1微米的粒子则会到达肺泡。尤其是放射性物质，由于会影响内部辐射剂量，因此必须按粒径分别评估。然而，既往测量仪器因采用精密加工的金属制成，每台价格高达数百万至数千万日元，每次测量后必须彻底清洗内部才能进行下一次测量。清洗作业本身也会增加作业人员的二次辐射暴露风险，并且难以实现多点布设测量。
研究团队以“一次性使用”为理念推进装置设计，利用3D打印机将透明树脂一体成型（约12×3×3厘米），大幅降低了制造成本。由于受检测污染的装置可直接废弃，因此能够大幅降低以往去污作业所伴随的二次污染风险以及作业人员受辐射的风险。
研究团队借助数值模拟设计了内部流道，采用依靠气流将微粒按粒径分为三档的方案，在单个模块内完成微粒的分离与捕集（HEPA过滤器），消除了样品转移等操作带来的损耗与污染风险。利用惯性差异的流道设计，将微粒分离成三个粒径范围（10微米以上、1～10微米、1微米以下）。
在使用放射性气溶胶微粒的实证试验中，研究团队在与辐射检测器直连的过滤器上实现了符合设计预期的粒径分离，并成功进行了α射线的直接测量。此外，还开发了可根据粒径进行再设计的应用程序。
在F1废炉作业中，除今后对作业空间内放射性气溶胶的监测外，该器件还有望应用于大气中悬浮的PM2.5、粉尘、微塑料等环境与劳动卫生领域的测量管理。为实现早期社会实用化，研究团队表示将推进国内外多样现场的实证试验、向民间企业授权许可、以及设立初创企业等工作。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：ACS Omega
论文：Development of a 3D-Printed Two-Stage Virtual Impactor for Radioactive Aerosol Size Classification and Direct Analysis
DOI：doi.org/10.1021/acsomega.6c04521
