Chuong3 Các công nghệ bức xạ

Công nghệ xạ Giảng viên: PGS TS Trần Đại nghiệp Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân Các công nghệ xạ Đặc điểm công nghệ xạ 1.1.Đặc điểm chung công nghệ xạ Đặc điểm chung công nghệ xạ công nghệ này, trình hoá học, hoá lý, hoá sinh thực tác dụng xạ Điều dẫn tới cần thiết phải sử dụng công cụ đặc biệt phát xạ, thiết bị đảm bảo an toàn xạ nhân viên vận hành người sử dụng sản phẩm 1.2 Cấu trúc thiết bị Một thiết bị hoá xạ bao gồm: 1> Nguồn xạ tạo trường xạ; 2> Thiết bị hoá xạ, nơi thực trình công nghệ; 3> Tổ hợp bảo vệ xạ, bảo vệ nhân viên phục vụ khỏi tác hại xạ; 4> Các thiết bị phụ trợ để đo liều, vận hành thiết bị, đưa sản phẩm vào khỏi vùng chiếu xạ - Phụ thuộc vào loại nguồn xạ ion hoá sử dụng, thiết bị xạ chia làm hai loại: nguồn đồng vị phóng xạ máy gia tốc - Thiết bị xạ chia làm nhóm: nhóm thiết bị cố định nhóm thiết bị di chuyển - Tổ hợp bảo vệ xạ có tác dụng ngăn chặn tia xạ, giảm liều xạ nhân viên cư dân vùng lân cận tới mức phép tới hạn - Các thiết bị phụ trợ đảm bảo chất lượng an toàn trình công nghệ Hiện nguồn đồng vị thường sử dụng công nghệ xạ 60Co 137Cs với lượng tương ứng 1,173MeV 1,332MeV (60Co) 0,661MeV (137Cs) Các loại máy gia tốc thường sử dụng máy gia tốc electron tác dụng trực tiếp sử dụng xạ hãm xạ gián tiếp Hình 9: Sơ đaà hệ chiếu xạ: 1> Nguồn xạ; 2> Buồng chiếu xạ; 3> Tường bảo vệ; 4> Dây truyền vận tải hàng hoá 1.3 Năng lượng xạ độ phóng xạ cảm ứng độ an toàn sản phẩm Năng lượng xạ gamma e- thường dùng công nghệ xạ nằm khoảng 0,6 10MeV lượng xạ cao, cần ý tới phản ứng quang nơtron (, n) tạo hoạt độ phóng xạ cảm ứng sản phẩm chiếu xạ (xem bảng 8) Bảng 8: Đặc trưng số phản ứng (, n) Số thứ Đồng vị Năng lượng Sản phẩm tự bia ngưỡng, MeV phản ứng Be4 1, 67 2 H1 2, 23 204 Pb82 8, 203 70 Zn30 9, 69 65 Cu29 9, 64 14 N7 10, Be4, 24He2 H1 Pb82 Zn30 Cu29 13 N7 - Độ phóng xạ cảm ứng + Các sản phẩm phản ứng đồng vị phóng xạ Các trường hợp khác đồng vị phóng xạ Từ bảng ta thấy xạ gamma có lượng 1,67MeV không gây sản phẩm phóng xạ Về phương diện rõ ràng 60Co 137Cs nguồn an toàn không tạo phóng xạ cảm ứng + Các phản ứng 3, 4, có tiết diện phản ứng nhỏ thực tế độ phóng xạ phản ứng sinh không đáng kể Trong thực phẩm chiếu xạ, mức phóng xạ ngang với mức phông phóng xạ tự nhiên sản phẩm 40K, 14C, U, Th, - Các sản phẩm phóng xạ khác: Các sản phẩm phóng xạ khác xuất phản ứng (, n) iốt, thiếc, chì bari Ngoài chúng sản phẩm kích hoạt nơtron Nguồn phát nơtron phản ứng (, n), đặc biệt đơteri Hàm lượng tương đối đơteri so với hydro 1,5x 10-4 Ngoài nơtron phát từ bia hãm làm kim loại nặng để phát e- bị làm chậm Trong loại bia đáng ý vonfram Ngưỡng xuất nơtron nguyên tố 7,2MeV Để loại bỏ qúa trình người ta sử dụng loại bia nhẹ hơn, đồng - Mức độ an toàn thực phẩm chiếu xạ: + Trong chiếu xạ thực phẩm, electron có lượng 10,11MeV liều hấp thụ 10kGy, hoạt độ phóng xạ khoảng vài phần trăm so với hoạt độ phóng xạ tự nhiên + Trong trường hợp xạ hãm có lượng 10MeV, hoạt độ phóng xạ 10kGy chiếm cỡ mức phông tự nhiên giảm vòng vài ngày Mỹ cho phép áp dụng xạ gamma 60Co 137Cs, xạ hãm có lượng cực đại 5MeVvà electron có lượng 10MeV, để xử lý thực phẩm Hiệu suất sử dụng lượng giá thành sản phẩm - Hiệu suất: Đặc điểm xạ ion hoá có hiệu suất lượng cao hẳn loại xạ khác, chẳng hạn so với xạ nhiệt Điều liên quan tới hai nguyên nhân 1) xạ ion hoá có lượng lớn với hiệu suất hiệu dụng cao, sinh vật chất hạt (ion, electron, gốc tự do, phân tử kích thích ) có khả gây phản ứng hoá học, biến đổi hoá lý; 2) xạ ion hoá nhiều trường hợp có độ định vị cao tập trung vào phạm vi thể tích cần gây phản ứng Do nói sử dụng xạ ion hoá có lợi mặt lượng Ví dụ 1: để làm đông cứng chất phủ bề mặt cần 2,7kW/h/m2 nhiệt, có 2% nhiệt lượng chất phủ hấp thụ, lại tiêu tốn vô ích (làm nóng kim loại môi trường xung quanh); dùng electron liều 50kGy lượng tiêu tốn 85 lần hơn, toàn lượng chất phủ hấp thụ Ví dụ 2: Để xử lý 1kg thực phẩm Phương pháp đông lạnh cần: 4, 44 kWh Phương pháp đóng hộp cần: 6, 67 kWh Phương pháp xạ cần: 1,11 kWh Giá thành: Việc sử dụng hiệu suất lượng cao tập trung xử lý xạ dẫn tới giá thành sản phấm giảm so với xử lý nhiệt Bảng giới thiệu so sánh Bảng 9: So sánh giá thành xử lý vật liệu xạ nhiệt xạ ion hoá Chi phí sử lý vật liệu nhiệt xạ ion hoá Loại vật liệu Bức xạ nhiệt Bức xạ ion hoá Khâu mạch vỏ cáp cách 2,4cent/kg 1,1 cent/kg (D = 0,15MGy) 60 cent/kg 0,7 cent/kg (D = 0, 1Mgy ) 50USD/h 12USD/h 9000USD/tháng 16USD/tháng 3,7cent/kg/ngày 0,4 cent/kg ngày 1, USD/m3 0,4USD/m3 (d = 25kGy; e-) điện polietilen (chịu 60V) Lưu hoá cao suy Lớp đông cứng bề mặt polieste(1, 5T/h) Đông cứng sơn Xử lý thực phẩm đóng hộp Khử trùng dụng cụ y tế (etilenoxit) - Phân loại trình hoá xạ theo hiệu suất hoá xạ (hay lượng tiêu tốn) Thường thường người ta chia trình hoá xạ thành nhóm: + Nhóm 1: G < 10 Năng lượng tiêu tốn cao + Nhóm 2: 10 < G < 20 Năng lượng tiêu tốn tương đối thấp + Nhóm 3: G > 20 Năng lượng tiêu tốn thấp Các quy trình công nghệ thường thuộc nhóm (nhóm có hiệu suất cao) Tuy nhiên có số quy trình thuộc nhóm 1, ví dụ quy trình khâu mạch polyolefin Đặc điểm quy trình công nghệ xạ Công nghệ xạ có ccác đặc điểm sau: i> Tốc độ quy trình hoá xạ không phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiều quy trình thực nhiệt độ thấp ii> Không cần tới chất khơi mào xúc tác iii> Dể điều khiển (thông qua liều hấp thụ thời gian chiếu xạ) iii> Thân thiện với môi trường: Giảm lượng hoá chất dùng, không tạo chất độc, chất lây nhiễm iv> Sản lượng cao (do chiếu xạ thực tốc độ lớn) Các nguồn xạ ion hoá công nghệ xạ Hiện nguồn xạ ion hoá thường sử dụng là: - Bức xạ gamma: 60Co - Bức xạ electron nhanh: Máy gia tốc e- Ngoài dùng 137Cs, xạ rơnghen, xạ hãm xạ gamma từ lò phản ứng 2.1 Nguồn xạ gamma 1 Các đặc trưng kinh tế kỹ thuật ứng dụng rộng rãi nguồn 60Co 137Cs khử trùng dụng cụ y tế Ngoài dùng để xử lý thực phẩm, xử lý nguồn nước Việc dùng nguồn gamma để xử lý vật liệu nói chung phổ biến Sau bảng so sánh hai loại nguồn gamma thông dụng Đặc trưng Mật độ công suất kW/mCi Bảng 10: So sánh đặc trưng kinh tế - kỹ thuật loại nguồn gamma (Dấu + ưu việt hơn) Nguồn 60Co Nguồn 137Cs 14,48 (+) 3,32 Hoạt độ riêng Ci/kg 50 100 (+) 25 Chu kỳ bán rã, năm 5,27 Năng lượng, MeV 1,25 (+) 0,66 10 (+) 30 50 Độ hấp thụ lượng mẫu, % Nguyên liệu Hoạt độ tương đối xử lý thực phẩm Tỷ lệ liều chiếu sản phẩm Dmax/Dmin + Mỹ Phương pháp chế tạo (+) CsCl kimloại (+) (+) 6,7 16/1 27/1 1,3 Giá thành, USD/Ci + Nga (Liên xô) 30,174 1,3 0,1* (+) Chiết suất từ Chiếu lò nhiên liệu lượng 4MCi/năm (lò 1000MW) 3MCi/năm 2 Ưu điểm nguồn gamma - Khả thẩm nhập cao: Có thể xử lý vật liệu có bề dầy lớn - Năng suất cao đạt trình đòi hỏi liều < 50kGy 2.2 Máy gia tốc electron 2.1 Các đặc trưng kinh tế kỹ thuật - Các máy gia tốc thường sử dụng công nghệ xạ: - Các máy thông dụng chủ yếu máy gia tốc tác dụng trực tiếp Trong số phổ biến loại Electroncurtain dinamitron Ngoài loại máy gia tốc tuyến tính sử dụng - Năng lượng: Theo lượng máy gia tốc electron chia làm nhóm: + Máy gia tốc lượng thấp: lượng từ 0,15 0,3MeV Máy thuộc nhóm chủ yếu máy gia tốc tác dụng trực tiếp + Máy gia tốc lượng trung bình: lượng 0,3 2MeV Chủ yếu máy gia tốc tác dụng trực tiếp + Máy gia tốc lượng cao: lượng lừ tới 10 - 15MeV Nhóm chủ yếu gồm từ máy gia tốc tuyến tính Trong công nghệ xạ , người ta dùng máy nhóm chủ yếu - Công suất: Các máy công nghiệp có công suất phổ biến từ vài kW tới 200kW Máy có công suất lớn dinamitron Dinamitron có công suất lớn 200 300kW, phát electron lượng 6MeV - Đặc điểm cấu trúc: + Máy gia tốc có liên kết cáp ống gia tốc máy phát cao Đặc điểm nhóm hiệu suất cao (> 90%) máy biến dòng xoay chiều thành dòng chiều cao áp, đồng thời có lợi mặt điện tích sử dụng có lớp bảo vệ xạ, máy phát cao đặt bên vùng bảo vệ xạ - Liều hấp thụ: 200 400kGy Dùng chất tăng nhậy giảm liều xuống 100 200KGy - Bề dày tối đa e- : Tuỳ theo bề dày cáp, người ta sử dụng lượng electron cho thích hợp (Xem Bảng 14) - Giá thành xử lý giảm 2,1 lần so với xử lý nhiệt (do tốn điện năng, mặt sản xuất nhỏ) Đây lĩnh vực thể ưu hẳn công nghệ xạ so với công nghệ hoá học E, MeV D, g/cm3 E, MeV d, g/cm3 0,3 0,019 1,5 0,449 0,4 0,051 0,634 0,5 0,085 1,02 0,6 0,119 1,4 0,8 0,190 1,17 1,0 0,263 10 3,68 4.2 Chế tạo ống màng co nhiệt Lĩnh vực lớn thứ hai xử lý vật liệu công nghệ xạ chế tạo ống màng co nhiệt Quy trình dựa tượng khâu mạch polyme hiệu ứng nhớ, chủ yếu với polyetylen - Các sản phẩm thường gặp: Phim, ống, băng, túi, loại bao bì Các sản phẩm thường sử dụng ngành điện kỹ thuật, công nghiệp thực phẩm, đóng tàu, chế tạo máy, công nghiệp điện tử số lĩnh vực khác - Các polyme thường dùng: polyetylen, polyvinylclorua, polyvinylidenflorild - Nguồn xạ: Máy gia tốc electron MeV, trường hợp màng mỏng, sử dụng lượng thấp 0,5 1MeV Ngoài dùng xạ gamma nguồn 60Co - Kích thước co sản phẩm tới 15 20% 4.3 Chế tạo polyetylen xốp xạ - Nguyên lý: Dựa trình khâu mạch - Quy trình: Gồm giai đoạn: 1) Giai đoạn 1: Chuẩn bị nguyên liệu ban đầu polyetylen, chất tạo khí số chất phụ gia Chất tạo khí dùng điazođicarbonamit (NH2CON = NCONH2) Chất bị phân huỷ nhiệt độ 200oC Khi phân huỷ 1g chất khí tạo 200 240cm3 CO2, CO, N2 NH3 Phụ thuộc vào hệ số tạo bọt (độ tăng thể tích polyme so với thể tuích ban đầu), lượng chất tạo bọt thường chiếm tới 10% khối lượng Hệ số tạo bọt 10 40 tương ứng với mật độ polyetylen xốp khoảng 0, 025g/cm3 Để giảm nhiệt độ phân huỷ chất tạo khí, cần cho thêm chất tăng kích động tạo bọt (thường stearat kẽm C17H35COOZn) với 1,5% khối lượng Ngoài thêm số chất chống oxy hoá, chất tăng nhậy, chất màu v v 2) Giai đoạn 2: Tạo phôi sở nguyên liệu Thao tác thực phương pháp ép liên tục máy ép có đầu hở Để lúc tạo phôi không tạo phân huỷ khí, nhiệt độ nguyên liệu không vượt 300oC 3)Giai đoạn 3: Chiếu electron nhanh với lượng 0,5 4MeV Liều tối ưu 50 70KGy 4)Giai đoạn 4: Việc tạo bọt khí phôi chiếu thực phân huỷ chất tạo khí bị đốt nóng nhiệt độ 180oC Mục đích chiếu xạ tăng độ nhớt polyetylen nóng chảy trình khâu mạch Do chất khí khó thoát khỏi phôi, thể tích polyme tăng lên Việc nhiệt thực theo hai bước: + Bước 1: Các polyme chiếu xạ gia nhiệt sơ tới nhiệt độ nhiệt độ phân huỷ khí nhằm mục đích loại bỏ ứng suất nội đảm bảo tính đồng trình tạo khí giai đoạn + Bước 2: Tiếp tục nâng nhiệt độ tới nhiệt độ tạo khí xạ hồng ngoại không khí nóng - Polyetylen xốp khâu mạch xạ có tính chất cách nhiệt giảm chấn động tốt, hấp thụ nước có độ đàn hồi cao Chúng sử dụng công nghệ ô tô, xây dựng dân dụng, chế tạo dụng cụ thể thao, vật liệu cách điện, bao bì 4.4 Công nghệ làm đông cứng chất phủ polyme - Nội dung quy trình: Khi phủ lớp mỏng hỗn hợp chất trùngg hợp lên mặt vật liệu, sau tiến hành chiếu xạ electron nhanh để polyme hoá - Đối tượng: Gỗ, kim loại, chất dẻo v v - Năng lượng electron: 0,15 0, 5MeV Với lượng tương đối thấp, máy gia tốc electron thường loại tự bảo vệ Liều sử dụng 20 200kGy - Tính ưu việt so với phương pháp xử lý hoá nhiệt: + Tiết kiệm lượng tới 85 lần + Thiết bị chiếm diện tích: Bề dầy thiết bị hoá xạ khoảng 15 - 10 m Trong lò nhiệt có bề dầy tới 30 - 39 m + Tốc độ xử lý lớn: Cỡ vài giây, xử lý hóa nhiệt cần tới vài Nói cách khác công nghệ hoá xạ có suất cao + Quy trình hoá xạ làm đông cứng polyme phủ bề mặt thực nhiệt phòng: Trong quy trình hoá nhiệt thực nhiệt độ 60 70oC Với lý quy trình hoá nhiệt khó thực chất dẻo làm cho chất dẻo dễ bị biến dạng Ngoài quy trình hóa xạ cải thiện môi trường làm việc, không xảy trình bay monome chất khác từ chất phủ bề mặt, từ chất dung môi chất khoiong thể thiếu quy trình hoá nhiệt + Tiết kiệm nhiên liệu vật liệu: Quy trình hoá nhiệt cần tới chất khơi mào xúc tác, quy trình hoá xạ không cần tới chúng + Trong quy trình xử lý xạ mạch polime gắn sâu vào bề mặt vật liệu làm tăng độ bền vững lớp phủ Các ứng dụng: xử lý chất phủ, sơn, vật liệu trang trí, vật liệu dẫn điện, mực in, băng từ v.v Sản xuất vật liệu gỗ chất dẻo, bêtông-polyme công nghệ hoá xạ Trong năm gần đây, phương pháp xạ biến tính vật liệu chứa lỗ rỗng gỗ, bê tông, xi măng anian v.v xạ sử dụng rộng rãi Nọi dung phương pháp tẩm vật liệu monome aligome (chất có phân tử lượng thấp), sau cho trùng hợp tác dụng xạ 5.1 Vật liệu gỗ - chất dẻo - Trùng hợp monome xạ gỗ cải thiên tính chất chúng: + Tăng độ bền + Giảm độ hút ẩm + Chống sâu mọt Công nghệ gồm giai đoạn sau: + Sấy gỗ tới độ ẩm định + Hút chân không gỗ tới áp suất 0,5 80 kPa (4 600mmHg) + Tẩm monome + Chiếu xạ để trùng hợp Có thể bổ sung vào chất monome chất mầu, tạo cho gỗ gam mầu khác Việc sấy gỗ có tác dụng hạn chế độ ẩm vốn cản trở thâm nhập polyme Có thể sử dụng gỗ khô tự nhiên (độ ẩm 10%) Xử lý chân tác dụng hút không khí từ lỗ hổng (oxy có không khí nói, cản trở trình trùng hợp), đòng thời đẩy nhanh trình xử lý - Nhược điểm quy trình: Quá trình xử lý kèm theo tượng toả nhiệt việc tạo lỗ hổng tích luỹ lượng liên qua đến độ dẫn nhiệt vật liệu, phân bố nhiệt không làm biến dạng sản phẩm, đồng thời làm bay phần monome từ gỗ Để giảm bớt tác hại trình này, làm nguội khí trơ theo chu trình kín, chiếu với suất liều thấp - Bức xạ thường dùng tia gamma 60Co Liều lượng từ 10 20 kGy metylmetacrylat Nói chung liều để xử lý gỗ thường 50kGy Đối với monome khó trùng hợp dùng chất tăng nhậy CCl4 Thời kỳ đầu người ta cho xử lý gỗ mềm polyme xạ có triển vọng Tuy nhiên, nghiên cứu cho thấy loại gỗ xử lý không kinh tế tốn nhiều monome Mỹ người ta thường xử lý loại gỗ rắn, 80% gỗ sồi Các sở công nghiệp có sản lượng hàng trăm nghìn mét vuông năm - Có thể xử lý theo phương pháp tương tự giấy, sản phẩm từ gỗ tượng, đổ cổ v.v 5.2 Xử lý vật liệu bê tông - polyme Trong số vật liệu xốp xử lý xạ kể tới bê tông Vật liệu có độ bền gấp - lần so với bê tông thường Ngoài chịu tác động môi trường bên - Công nghệ chế tạo: Tương tự công nghệ chế tạo gỗ - chất dẻo Điểm khác biệt chỗ bê tông khoảng không gian tự ít, trình sấy khô chiếu xạ quan trọng so với trường hợp gỗ Độ ẩm sau sấy khô phải có giá trị khoảng 0.1 % - Lĩnh vực ứng dụng: ống bê tông, đậy cống tuyến giao thông, vật liệu tiếp xúc với môi trường xâm thực nước biển, môi trường hoá chất Quá trình áp dụng cho số đối tượng khác thạch cao, tượng cổ, đá.v.v Gắn xạ chất đồng trùng hợp 6.1 Xử lý vật liệu dệt Quá trình gắn xạ cải thiện tính chất loại sợi vải nhân tạo tự nhiên, làm tăng độ bền học, tăng độ bám dính thuốc nhuộm, giảm độ tích điện, tăng độ tương thích loại sợi, tăng tính chống cháy - Quy trình: tẩm sợi vải dung dịch monome sấy khô chiếu electron Khi chiếu xạ, diễn trình gắn monome vào phân tử xelulo - Bức xạ: electron, liều 10 20KGy 6.2 Tổng hợp màng trao đổi ion - Nội dung phương pháp: Có thể tổng hợp màng trao đổi ion phương pháp gắn xạ, chẳng hạn axits acrilic với polyetylen Màng dùng làm vách ngăn pin kiềm tính Đặc điểm loại có độ dãn điện cao thời gian sử dụng lâu dài - Quy trình: Màng polyetylen đem chiếu electron lượng 2MeV khí trơ Bề đầy màng 25 - 150à Sau màng đưa vào bồn dung dịch axít acrylic có chứa 0,25% muối Mor FeSO4(NH4)2 để thực trình gắn mạch Sau rửa monome, màng gomopolyme đư ợc xấy khô buồng đặc biệt Các vách ngăn dùng ắc-qui chế tạo theo quy trình tương tự Tổng hợp hoá xạ Bức xạ ion hoá sử dụng để thực phản ứng hoá học Thông thường trình xạ ion hoá đóng vai trò tác nhân khơi mào phản ứng dây chuyền 7.1 Tổng hợp suffoclorit - Nội dung phương pháp: Dựa phản ứng dây chuyền pha lỏng khơi mào xạ gamma RH + SO2 + Cl2 > RSO2Cl + HCl (51) - Mục tiêu quy trình: Thu monosulfoclorit sử dụng để sản xuất chất tẩy rửa sinh học - Cơ chế quy trình bao gồm phản ứng sau: + R + SO2 > RSO (52) R + Cl2 -> RCl + Cl RSO2 + Cl -> RSO2Cl RH + Cl > R + HCl Cl + Cl >Cl2 RSO2 + Cl > RSO2Cl Ngoài RSO2Cl, có sản phẩm phụ clorid - Nguồn xạ 60Co, hoạt độ 2Kci, suất liều 2x10-4 - 10-2 Gy/s - Sản phẩm dung dịch 30% sunfoclorid hydrocacbon (53) (54) + (55) (56) (57) 7.1 Tổng hợp chất thiếc hữu - Phương pháp: Dựa phản ứng khơi mào xạ: 2RBr + Sn > R2SnBr2 (Diakil bromit) (58) - Diakil bromit thiếc (R2SnBr2) dùng làm sản phẩm việc sản suất chất xúc tác đặc biệt chất cố định polyme Các quy trình xử lý vật liệu dùng cho công nghệ cao 8.1 Sợi cacbit silicon chịu nhiệt độ siêu cao Loại vật liệu SiC chịu nhiệt độ siêu cao nghiên cứu chế tạo tai Nhật Bản Sản phẩm thu trình khâu mạch xạ sợi polycarbosilane (PCS), xử lý nhiệt nhiệt độ 1200oC Loại sợi chịu tới nhiệt độ 1800oC, xử lý khâu mạch hoá nhiệt chịu tới nhiệt độ 1200oC Liều xử lý 10 kGy electron Giá trị loại vật liệu cao bị thương mại hoá SiC sử dụng làm vật liệu composit kết hợp với gốm kim loại dùng tầu vũ trụ thoi, tuốc bin Hình 12: Sự phụ thuộc ứng suất kéo SiC vào nhiệt độ: 1- Xử lý xạ; 2- Xử lý nhiệt 8.2 Sợi hấp thụ Urani Phương pháp ghép xạ có tính ưu việt vật liệu polyme Quy trình tiến hành với việc ghép acrylamide với sợi polyetylen rỗng, việc biến đổi nhóm cyano (- CN) thành nhóm amiđoxime (NHCO) Việc ghép thực phương pháp chiếu electron Loại sợi rỗng bó thành cột để thử nghiệm trình hấp thụ urani từ nước biển cho hiệu suất cao Vật liệu mở triển vọng lớn điều chế urani từ nước kiểu Xử lý xạ nguồn nước thải Các nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải tiến hành theo bước xử lý sau đây: 1) Xử lý xạ nguồn nước tự nhiên; 2) Làm xạ nguồn nước thải công nghiệp; 3) xử lý xạ chất lắng đọng nước thải Quá trình xử lý nước thải tiến hành đồng thời với trình khử tính lây nhiễm mầm bệnh có nước 9.1 Xử lý nước tự nhiên Nước tự nhiên trước sử dụng làm nước uống, thường làm chủ yếu chất hữu vốn làm cho nước có mầu, khở mùi vị không bình thường nước Dùng tia gamma nguồn 60Co với liều thấp cỡ 1kGy, người ta khử mầu, tẩy uế diệt khuẩn để nước sử dụng làm nước sinh hoạt Việc khử mầu chủ yếu liên quan tới phân huỷ chất mùn sản phẩm phân tích xạ, vai trò quan trọng gốc tự O H Cũng liều 1kGy mùi bị khử hoàn toàn nhiễm độc vi khuẩn nhiễm độc ký sinh trùng rtong nước giảm nhiều Cho nên coi liều 1kGy liều làm nước Trong việc xử lý nước, máy gia tốc electron triển vọng Theo tính toán máy gia tốc công suât 500kW xử lý nước cung cấp cho thành phố 100 000 dân 9.2 Xử lý nước thải công nghiệp Nước thải công nghiệp thường chứa nhiều chất độc hại, chất khó phân huỷ lại có nồng độ tương đối cao Để phân huỷ chúng cần liều D 10 kGy Nói chung người ta thường kết hợp nhiều phương pháp: hoá học, sinh học, xạ v.v Sau làm phương pháp hoá học sinh học, cần liều xạ nhỏ để làm nước thải, cỡ 0,1 0,3kGy 9.3 Xử lý chất lắng đọng từ nước thải bùn hoạt tính Các chất lắng đọng thường chiếm từ 0,5 8% thể tích nước thải Liều lượng 25kGy coi liều lượng tiệt trùng bùn chất lắng đọng Sản phẩm có thểdùng làm phân bón nông nghiệp 10 Khử trùng dụng cụ y tế Khử trùng dụng cụ y tế lĩnh vực phát triển mạnh mẽ công nghệ xạ Trong vài năm tới, tỷ lệ dụng cụ y tế xử lý xạ đạt tới 80% Nguồn xạ chủ yếu sử dụng để khử trùng dụng cụ y tế gamma (60Co 137Cs), nguồn electron sử dụng Khử trùng xạ kỹ thuật tổng hợp, liên quan tới sinh học xạ hoá xạ Dưới tác dụng xạ, người ta phải giải hai vấn đề: 1) Tiêu diệt vi trùng (nói làm khả sinh sản chúng); 2) Ngăn chặn khả phân huỷ xạ đối tượng khử trùng Rõ ràng vấn đề liên quan tới sinh học xạ vấn đề thứ hai liên quan tới hoá xạ Hiện cồng nghệ tiệt trùng y tế, người ta chưa có khả tiêu diệt hoàn toàn vi trùng mà có khả giảm, xác suất lây nhiễm không vượt giá trị 10-6 Khả chống xạ vi trùng xác định chủ yếu độ bền xạ axít nucleic có khả phân chia tế bào giảm từ bậc Động lực học trình chết vi trùng tuân theo luật hàm mũ Quy luật mô tả mô hình truyền lượng liều nhỏ có bờ vai Giảm chậm trình phục hồi hệ tế bào Trong trình chiếu xạ người ta hay sử dụng khái niệm D10 giá trị liều làm chết 90% lượng vi trùng liều, 10% vi trùng sống sót Liều tiệt trùng coi 25 kGy, nước Bắc Âu liều tiệt trùng coi từ 35 50 kGy phụ thuộc vào mức độ nhiễm khuẩn ban đầu 1L 10-6 25 D, kGy Hình 13: Độ sống sót vi trùng L bị chiếu xạ Các nghiên cứu cho thấy đa số polyme dùng làm dụng cụ y tế không biến đổi tính chất liều tiệt trùng polyetylen, polypropilen, polyamit, cao su, silicon Chỉ có polyaxetan polytetrafluoetylen bị phá huỷ mạnh liều 25kGy Một yêu cầu khử trùng tính đồng liều Cần phải đảm bảo để liều cực tiểu Dmin = 25kGy Tính ưu việt khử trùng xạ dụng y tế: + Tiêu tốn lượng thấp so với xử lý nhiệt + Xử lý vật liệu dễ bị biến dạng nhiệt + Xử lý dụng cụ bao bì kín + Không tạo độc chất xử lý hoá nhiệt + Dễ điều khiển + Xử lý liên tục dễ tự động hoá 11 Làm khói nhà máy công nghệ xạ Ô nhiễm môi trường vấn đề toàn cầu Sự phát tán chất SO2 NOx vào khí từ nhà máy điện chạy than dầu, từ nhà máy công nghiệp, nguồn ô nhiễm chủ yếu Các chất gây ô nhiễm tạo trận mưa axít làm tăng hiệu ứng nhà kính với nóng dần lên khí Trái đất - Kỹ thuật xử lý electron: kỹ thuật mới, tách đồng thời chất nói từ khói thải, nghiên cứu số nước có số thiết bị công nghiệp, chẳng hạn Mỹ, Nhật, Ba lan - Nội dung phương pháp: Khí thải phát làm lạnh cách phun hạt nước kích thước nhỏ tới nhiệt độ 70oC Khí qua buồng chiếu chiếu chùm electron với diện amoniac (NH3) trộn trước đưa vào buồng chiếu Khí SO2 NOx biến thành axít tư ơng ứng chúng, sau biến thành amoni sulfat amoni nitrat Các chất thu hồi máy tĩnh điện Sản phẩm phụ phân bón cho nông nghiệp Các phản ứng xảy sau: NOx SO2 H2SO4 H2SO4 O H, O, HO O H, O, HO NH3 NH3 HNO3 H2SO4 (NH4)2SO4 (NH4)2SO4 (59) (60) (61) (62) - Thiết bị: Một vài tổ máy gia tốc electron, lượng 0,5 1,5MeV, công suất 10 50kW, dòng ~ 20mA, nhiệt độ 60 150oC - Hiệu quả: Việc xử lý liên tục cho phép tách 95% khí SO2 80% khí NOx khỏi khói thải Có thể kết hợp việc xử lý CO2 với SO2 Nox cách phun hỗn hợp Ca(OH)2 để tạo carbonat canxi Hình 14: Sơ đồ quy trình xử lý khí thải chùm electron 1- Khí thải từ nhà máy điện; 2- Nước phun; 3- Hạt sương làm lạnh 4- Nguồn nuôi; 5-Máy gia tốc electron; 6- Bộ thu gom sản phẩm phụ; 7- Phân bón; 8- ống thoát khí Tính ưu việt quy trình công nghệ: + Đây quy trình tách đồng thời SO2 NOx + Sản phẩm phụ dùng làm phân bón + Quy trình không đòi hỏi nhiều nước +Đáp ứng yêu cầu tách SO2 NOx Nó cạnh tranh với quy trình đại vè tách SO2 cạnh tranh mặt kinh tế đặc biệt nhà máy nhiệt điện Nhược điểm: Công nghệ cao, đòi hỏi vốn đầu tư tương đối lớn 12 Xử lý xạ thực phẩm Xử lý xạ thực phẩm áp dụng chủ yếu để làm ngưng làm chậm phát triển rau củ, cải thiện chất lượng thực phẩm, diệt sâu bọ, khử trùng tiệt trùng Theo liều lượng, người ta chia trình xử lý thực phẩm làm loại: - Liều thấp (dưới kGy): Sử dụng để hạn chế phát triển rau, củ làm chậm trình chín hoa quả, diệt côn trùng - Liều trung bình (từ 1- 10 kGy): Dùng để kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm giảm lây nhiễm vi sinh vật, cải thiện số tính chất công nghệ - Liều cao (từ 10- 60 kGy): Dùng để tiệt trung, diệt viut, xử lý đaà hộp Cũng theo liều, người ta phân biệt số trình với thuật ngữ mới: - Radurization: Xử lý liều từ -6 kGy, vi khuẩn giảm cách đáng kể, không bị tiêu diệt hoàn toàn Quá trình tăng khả nằng bảo quản lên từ 3-5 lần nhiệt độ thấp(0- 50C) - Radicidation: Liều tương tự radurization diệt số loại vi khuẩn gây bệnh xác định - Radappertization: Xử lý liều từ 30- 50 kGy để tiêu diệt gần hoàn toàn hệ vi khuẩn, nhằm bảo quản lâu dài sản phẩm thịt sản phẩm thịt