日本原子能机构开发3D打印一次性气溶胶粒径分级测量装置

2026年7月30日，日本原子能研究开发机构宣布，已开发出一种名为“µSPLIT(微型分流器)”的掌上型3D打印一次性装置，可在现场按粒径分离空气中的颗粒物，并将其收集到过滤器上，用于后续或直接测量。

一次性分类和测量装置“µSPLIT”

(左图)通过控制进气流量，气溶胶按粒径分离并由过滤器收集。(右图)主机可通过薄膜直接连接到辐射探测器

据介绍，µSPLIT尺寸约为12厘米×3厘米×3厘米，采用立体光刻3D打印技术以透明树脂一体成型。研究团队利用计算流体动力学(CFD)设计内部流道，通过气流和颗粒惯性差异，将气溶胶分为三个粒径范围：大于10微米、1至10微米以及小于1微米。颗粒分离和过滤收集均在同一模块内完成，减少样品转移带来的损失和污染风险。

该装置的一项重要特点是可与辐射探测器直接连接。研究团队在演示测试中，将氡(²²²Rn)子核素附着于氯化钠颗粒制备放射性气溶胶，平均粒径约1.7微米。测试结果显示，1至10微米粒径区间的过滤器上观察到最高α射线计数，说明装置能够按照设计要求完成颗粒分级，并可在过滤器位置直接进行α射线测量。

传统气溶胶测量仪器多为金属结构，价格较高，测量后通常需要打开设备、取出过滤器并清洁内部。在放射性颗粒物环境中，这一过程可能带来二次污染和工作人员受照风险。µSPLIT采用一次性使用设计，测量后可直接处置，有助于降低去污负担和暴露风险，也更便于多点部署。

研究团队表示，该技术可用于核设施安全管理，尤其是东京电力公司福岛第一核电站退役作业中放射性气溶胶的现场监测;同时也有望扩展到PM2.5、粉尘、微塑料等环境与职业健康监测场景。后续团队计划开展更多实际环境示范，并推进传感器集成，包括用于识别不同粒径颗粒α射线、β射线和γ射线的多通道辐射像素传感器及相关分析系统。

相关研究成果已于2026年7月19日在线发表于《ACS Omega》，研究团队还已就“分类装置及其制造方法”提交日本专利申请。