Cấu trỳc của hệ thiết bị chiếu xạ và đặc điểm của cụng nghệ bức xạ

Một phần của tài liệu giáo trình xử lý nước cấp - ths.nguyễn lan phương, 185 trang (Trang 33 - 37)

2.4.1 Đặc điểm của cụng nghệ bức xạ

Đặc điểm chung của cụng nghệ bức xạ là trong cụng nghệ này, quỏ trỡnh hoỏ học, hoỏ lý,

hoỏ sinh, được thực hiện dưới tỏc động của bức xạ. Điều này đó dẫn tới sự cần thiết phải sử dụng cỏc cụng cụ đặc biệt phỏt ra bức xạ cũng như cỏc thiết bị đảm bảo an toàn bức xạ đối với nhõn viờn vận hành và những người sử dụng sản phẩm.

2.4.2 Cấu trỳc của thiết bị chiếu xạ

- Một thiết bị hoỏ bức xạ bao gồm: 1) Nguồn bức xạ;

2) Thiết bị hoỏ bức xạ, nơi thực hiện cỏc quỏ trỡnh cụng nghệ;

3) Tổ hợp bảo vệ bức xạ, bảo vệ cỏc nhõn viờn phục vụ khỏi tỏc hại của tia bức xạ.

4) Cỏc thiết bị phụ trợ để đo liều, vận hành thiết bị, đưa sản phẩm vào và ra khỏi vựng

chiếu xạ v.v…

- Phụ thuộc vào loại nguồn bức xạ ion hoỏ sử dụng, cỏc thiết bị bức xạ chia làm hai loại: nguồn đồng vị phúng xạ và mỏy gia tốc.

- Thiết bị hoỏ bức xạ cú thể chia làm 2 nhúm: nhúm thiết bị cố định và nhúm thiết bị di chuyển.

- Tổ hợp bảo vệ bức xạ cú tỏc dụng ngăn chặn cỏc tia bức xạ, giảm liều bức xạ đối với nhõn viờn và những cư dõn ở vựng lõn cận tới mức giới hạn được phộp.

33 Hiện nay cỏc nguồn đồng vị thường được sử dụng trong cụng nghệ bức xạ là 60Co và

137Cs với năng lượng tương ứng là 1,173MeV và 1,332MeV (60Co) và 0,662 MeV (137Cs). Cỏc mỏy gia tốc thường được sử dụng là mỏy gia tốc electron tỏc dụng trực tiếp. Ngoài ra người ta cũn sử dụng bức xạ hóm là nguồn bức xạ giỏn tiếp.

2.4.3 Năng lượng bức xạ, độ phúng xạ cảm ứng và độ an toàn sản phẩm

Bảng 2.4. Đặc trưng của một số phản ứng (γ, n)

Năng lượng bức xạ: Năng lượng bức xạ gamma và e- thường được dựng trong cụng nghệ

bức xạ nằm trong khoảng 0,6 – 10 MeV. Ở năng lượng bức xạ cao, cần chỳ ý tới cỏc phản

ứng quang nơtron (γ, n) tạo ra cỏc hoạt độ bức xạ cảm ứng đối với sản phẩm chiếu xạ (xem

Bảng 2.4).

Độ phúng xạ cảm ứng

+ Cỏc sản phẩm của phản ứng 1 và 2 khụng phải là đồng vị phúng xạ. Cỏc trường hợp

khỏc là đồng vị phúng xạ.

Từ bảng trờn ta thấy bức xạ gamma cú năng lượng 1,67MeV và 2,23MeV khụng gõy ra cỏc sản phẩm phúng xạ. Về phương diện này rừ ràng 60Co và 137Cs là cỏc nguồn an toàn khụng gõy ra phúng xạ cảm ứng.

Cỏc phản ứng 3, 4, 5 cú tiết diện phản ứng nhỏ và trờn thực tế độ phúng xạ cảm ứng sinh ra khụng đỏng kể. Trong cỏc thực phẩm chiếu xạ, mức phúng xạ này chỉ ngang với mức phụng phúng xạ tự nhiờn của sản phẩm như 40K, 14C, U, Th, …

Cỏc sản phẩm phúng xạ khỏc

Cỏc sản phẩm phúng xạ khỏc cú thể xuất hiện trong cỏc phản ứng (γ, n) như đối với iốt, thiếc, chỡ bari… Ngoài ra, chỳng cú thể là sản phẩm kớch hoạt của nơtron. Nguồn phỏt ra nơtron là từ phản ứng (γ, n), đặc biệt là đối với đơtri trong nước. Hàm lượng tương đối của đơtri so với hyđro là 1,5 ì 10-4. Ngồi ra nơtron cũn phỏt ra từ cỏc bia hóm làm bằng kim loại

nặng để phỏt ra bức xạ hóm khi e- bị làm chậm. Trong cỏc loại bia này, đỏng chỳ ý nhất là vonfram. Ngưỡng xuất hiện nơtron đối với nguyờn tố này là 7,2 MeV. Để loại bỏ quỏ trỡnh này người ta cú thể sử dụng cỏc loại bia nhẹ hơn, chẳng hạn như đồng.

Mức độ an toàn của thực phẩm chiếu xạ

+ Trong chiếu xạ thực phẩm, electron cú năng lượng dưới 10, 11 MeV và liều hấp thụ dưới 10 kGy, hoạt độ phúng xạ chỉ khoảng vài phần trăm so với hoạt độ phúng xạ tự nhiờn.

Số thứ tự Đồng vị bia Năng lượng ngưỡng, MeV Sản phẩm

phản ứng 1 2 3 4 5 6 9Be4 2H1 204Pb82 70Zn30 65Cu29 14N7 1, 67 2, 23 8, 2 9, 2 9, 9 10, 5 8Be4, 4He2 1H1 203Pb82 69Zn30 64Cu29 13N7

34

+ Trong trường hợp bức xạ hóm cú năng lượng 3 – 10MeV, hoạt độ phúng xạ ở 10kGy chiếm cỡ mức phụng tự nhiờn nhưng nú sẽ giảm trong vũng vài ngày.

Ở Mỹ cho phộp ỏp dụng bức xạ gamma của 60Co và 137Cs, bức xạ hóm cú năng lượng

cực đại ≤ 5MeVvà electronectron cú năng lượng ≤ 10MeV, để xử lý thực phẩm.

2.4.4 Hiệu suất sử dụng năng lượng và giỏ thành sản phẩm

Hiệu suất:

Đặc điểm của bức xạ ion hoỏ là cú hiệu suất năng lượng cao hơn hẳn so với cỏc loại bức

xạ khỏc, chẳng hạn so với bức xạ nhiệt. Điều này liờn quan tới hai nguyờn nhõn 1) bức xạ ion hoỏ cú năng lượng lớn với hiệu suất hiệu dụng cao, sinh ra trong vật chất cỏc hạt (ion, electron, gốc tự do, phõn tử kớch thớch …) cú khả năng gõy phản ứng hoỏ học, cỏc biến đổi hoỏ lý; 2) bức xạ ion hoỏ trong nhiều trường hợp cú độ định vị cao tập trung vào phạm vi thể tớch xảy ra phản ứng. Do đú, cú thể núi sử dụng bức xạ ion hoỏ cú lợi về mặt năng lượng.

Vớ dụ 1: Để làm đụng cứng chất phủ bề mặt bằng bức xạ cần 2,7 kWh/m2 nhiệt, trong đú chỉ cú 2% nhiệt lượng được chất phủ hấp thụ, cũn lại là cỏc tiờu tốn vụ ớch (làm núng nền kim loại và mụi trường xung quanh). Trong khi đú, dựng electron ở liều 50 kGy năng lượng tiờu tốn 85 lần ớt hơn, hơn nữa hầu như toàn bộ năng lượng do chất phủ hấp thụ.

Vớ dụ 2: Để xử lý 1kg thực phẩm:

Phương phỏp đụng lạnh cần: 4, 44 kWh Phương phỏp đúng hộp cần: 6, 67 kWh Phương phỏp bức xạ cần: 1,11 kWh

Giỏ thành

Việc sử dụng hiệu suất năng lượng cao và tập trung trong xử lý bức xạ dẫn tới giỏ thành sản phẩm giảm so với xử lý nhiệt. Bảng 2.5 giới thiệu sự so sỏnh đú.

Bảng 2.5. So sỏnh giỏ thành xử lý vật liệu của bức xạ nhiệt và bức xạ ion hoỏ

Phõn loại quỏ trỡnh hoỏ bức xạ theo hiệu suất hoỏ bức xạ (hay năng lượng tiờu tốn).

Thường thường người ta chia quỏ trỡnh hoỏ bức xạ thành 3 nhúm: + Nhúm 1: G < 10 Năng lượng tiờu tốn cao

+ Nhúm 2: 10 < G < 20 Năng lượng tiờu tốn tương đối thấp

Chi phớ xử lý vật liệu bằng nhiệt và bức xạ ion hoỏ

Loại vật liệu Bức xạ nhiệt Bức xạ ion hoỏ Khõu mạch vỏ cỏp cỏch điện polietilen

(chịu được 600V) Lưu hoỏ cao su tấm

Lớp đụng cứng bề mặt polyeste(1,5T/h) Đụng cứng sơn Xử lý thực phẩm đúng hộp Khử trựng dụng cụ y tế 2,4cent/kg 6,2 cent/kg 50USD/h 9000USD/thỏng 3,7cent/kg/ngày 1,8 USD/m3 (etylen oxit) 1,1 cent/kg (D = 0,15MGy) 0,73 cent/kg (D = 0,1MGy ) 12USD/h 16USD/thỏng 0,4 cent/kg. ngày 0,4USD/m3 (d = 25kGy; e-)

35 + Nhúm 3: G > 20 Năng lượng tiờu tốn thấp

Cỏc quy trỡnh cụng nghệ thường thuộc nhúm 3 (nhúm cú hiệu suất cao). Tuy nhiờn cú một số quy trỡnh thuộc nhúm 1, 2, vớ dụ quy trỡnh khõu mạch của polyolefin.

2.4.5 Đặc điểm của cỏc quy trỡnh cụng nghệ bức xạ

Cỏc cụng nghệ bức xạ cú cỏc đặc điểm sau:

i) Tốc độ của cỏc quy trỡnh hoỏ bức xạ hầu như khụng phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiều quy trỡnh thực hiện ở nhiệt độ thấp.

ii) Khụng cần tới cỏc chất khơi mào và xỳc tỏc.

iii) Dễ điều khiển (thụng qua liều hấp thụ hoặc thời gian chiếu xạ).

iv) Thõn thiện với mụi trường: Giảm lượng hoỏ chất dựng; khụng tạo ra chất độc, chất lõy nhiễm.

36

Chương 3

Cỏc phương phỏp đo liều cao trong xử lý bức x

Để đỏnh giỏ định lượng quỏ trỡnh truyền năng lượng của bức xạ cho vật chất, người ta

dựng những phương phỏp xỏc định cỏc biến đổi vật lý và hoỏ học phụ thuộc vào số năng

lượng hấp thụ trong vật chất sử dụng làm liều lượng kế. Dựa vào cỏc quỏ trỡnh biến đổi của vật chất, cú thể chia liều lượng kế thành hai nhúm: Nhúm liều lượng kế sơ cấp và nhúm liều lượng kế thứ cấp.

Một phần của tài liệu giáo trình xử lý nước cấp - ths.nguyễn lan phương, 185 trang (Trang 33 - 37)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(98 trang)