Ngày nay cỏc nguồn bức xạ như bức xạ hóm, bức xạ gamma ngắn ngày của cỏc mạch bức xạ trong lũ phản ứng và bức xạ tử ngoại cũng được sử dụng để xử lý bức xạ.
2.3.1 Mỏy gia tốc electron - nguồn bức xạ hóm
Với việc ra đời của mỏy gia tốc electron cụng suất lớn, triển vọng của việc sử dụng bức xạ hóm trong cụng nghệ bức xạ là thực tế.
Tạo bức xạ hóm:
Bức xạ hóm thu được bằng cỏch hóm electron trong cỏc bia kim loại cú Z lớn như Pb, W, Ta, U, Au v.v... Cỏc bia này đụi khi cũn gọi là bộ biến đổi. Hiệu suất biến đổi của năng lượng electron thành bức xạ hóm khụng lớn lắm. Chẳng hạn đối với Pb, với E = 5MeV, hiệu suất là 8%. Số năng lượng cũn lại biến thành bức xạ nhiệt, do đú, bia biến đổi cần được làm nguội (thụng thường bằng nước).
Bảng 2.3 giới thiệu hiệu suất của một số bộ biến đổi:
Bảng 2.3
Hiệu suất biến đổi bức xạ hóm trờn cỏc bia W và U
Hiệu suất bức xạ hóm, % Năng lượng e-, MeV Vật liệu bia Bề dày bia, g/cm3
Hướng chựm tia Tỏn xạ 4 5 W U W U 1,1 1 1,4 1,25 6,3 6,7 8,2 8,7 3,4 4,0 3,9 4,1
Từ bảng trờn ta thấy việc tăng năng lượng của electron lờn 25% hiệu suất hóm tăng 35%. Việc thay bia W bằng bia U nặng hơn, hiệu suất tăng khụng đỏng kể.
Bức xạ hóm cú dạng phổ năng lượng liờn tục:
Năng lượng cực đại của nú bằng năng lượng của electron. Hỡnh 2.5 giới thiệu phổ năng lượng của bức xạ hóm đối với electron năng lượng 5MeV sau tấm lọc bằng chỡ và khụng cú tấm lọc bằng chỡ.
Ưu điểm cụng suất lớn
Tuy cú hiệu suất biến đổi năng lượng thấp, song cụng suất của bức xạ hóm vẫn rất lớn so với bức xạ gamma của nguồn đồng vị. Chẳng hạn mỏy gia tốc cú cụng suất 200kW, hiệu suất biến đổi 8%, thỡ cụng suất của bức xạ hóm là 16kW tương ứng với 1,08 MCi của thiết bị chiếu xạ 60Co. Do đú sử dụng bức xạ hóm rất cú triển vọng, đặc biệt trong lĩnh vực khử trựng y tế và xử lý thực phẩm.
Cỏc ưu điểm khỏc của bức xạ hóm so với nguồn gamma đồng vị
+ Cú định hướng: khoảng 2/3 chựm bức xạ hóm cú hướng trựng với hướng của chựm electron. Hiệu suất dựng để xử lý thực phẩm tăng từ 1,5 ữ 2,5 lần so với nguồn gamma đồng vị.
31 + Phõn bố liều trong sản phẩm đồng đều hơn so với nguồn 60Co và 137Cs (trường hợp Mmax = 5MeV)
Hỡnh 2.5
Phổ liờn tục của bức xạ hóm
2.3.2 Mạch bức xạ
Mạch bức xạ bao gồm chất chiếu xạ nằm trong vựng hoạt của lũ phản ứng hoặc gần vựng hoạt (vựng phản xạ), vành đai chiếu xạ và hệ thống chuyển tải.
Chất chiếu xạ chia làm 2 nhúm: a) Nhúm cỏc chất khụng bị phõn hạch bởi nơtron; b) Nhúm cỏc chất bị phõn hạch bởi nơtron. Nhúm thứ nhất cú thể bao gồm: Hợp kim cỏc kim loại núng chảy: In-Ga và In-Ga-Sn; Na lỏng, dung dịch muối của In và Mn. Tuy nhiờn sau này người ta nhận thấy rằng, cỏc dạng dung dịch nước khụng thớch hợp vỡ chỳng tạo ra cỏc sản phẩm khớ cũng như quỏ trỡnh ăn mũn điện hoỏ cao dễ đẫn tới cỏc trục trặc trong việc
truyền tải.
Đó cú cỏc hệ vành đai chiếu xạ thực hành cụng suất 80 kCi(In - Ga - Sn) của atvia, trong đú 96% hoạt độ là của 116In (T1/2 = 54,12min; Eγ = 1,15MeV). Tớnh toỏn cho thấy cỏc dự ỏn
mạch bức xạ trờn cỏc lũ năng lượng của một số nhà mỏy điện nguyờn tử cú hiệu quả kinh tế. Trong trường hợp này, cụng suất cú thể đạt được tới 300kW, tương ứng với hoạt độ 20,2 MCi của nguồn 60Co.
Cỏc mạch bức xạ cú thể cú cụng suất bức xạ gamma cao hơn đối với cỏc chất phúng xạ phõn hạch (cỏc mảnh phõn hạch). Cú những dự ỏn cụng suất mạch tới 0,5 MW.
Nhỡn chung, cụng suất bức xạ gamma của cỏc mạch bức xạ tương đối lớn - đú là điểm ưu việt so với 60Co và 137Cs. Tuy nhiờn, hoạt độ riờng của chất chiếu xạ thấp hơn hoạt độ riờng của 60Co. Đối với hợp kim In - Ga thấp hơn khoảng 2 ữ 3 lần; đối với 24Na thấp hơn hàng
chục lần, do đú cần tới cỏc thể tớch chiếu lớn, điều này gõy ra những khú khăn về mặt kỹ
thuật. Ngoài ra, lũ phản ứng cũng phải dành một cụng suất nhất định cho vành đai phúng xạ,
32
2.3.3 Bức xạ tử ngoại
Trong những năm gần đõy, bức xạ tử ngoại cũng được dựng để xử lý bề mặt, đặc biệt là trong lĩnh vực xử lý bao bỡ, khõu mạch kết hợp hay khõu mạch ngoại lai. Người ta cú thể kết hợp xử lý bề mặt giữa bức xạ tử ngoại và electron hoặc bức xạ tử ngoại - electron - bức xạ hồng ngoại để xử lý bề mặt. Cỏc đối tượng vật liệu để xử lý là giấy, phim, lỏ kim loại, vật liệu bao bỡ, vải.. Cỏc loại đốn dựng khớ Xe, KrCl, XeCl... hay được sử dụng. Chỳng cú thể cho
cụng suất tới 400W/cm dõy đốt. Cỏc loại đốn thuỷ ngõn cú thể biến 60% cụng suất thành bức xạ tử ngoại.
Một trong những ưu điểm của việc xử lý bề mặt bằng tia tử ngoại là làm giảm cỏc hợp chất hữu cơ bay hơi. Để xử lý bề mặt của một tỷ lon bia bằng bức xạ nhiệt, cú tới 29 tấn hoỏ chất bị bay hơi, trong khi xử lý bằng tia tử ngoại chỉ cú 0,2 tấn. Theo đỏnh giỏ ở Mỹ, nếu dựng tia tử ngoại để xử lý 100 tỷ lon đồ hộp, thỡ giảm được 2.700 tấn hợp chất hữu cơ bay
hơi, 1400 tấn cỏc hợp chất gõy ụ nhiễm khụng khớ và 105.000 tấn CO2. Xử lý bằng tia tử ngoại cú thể tiết kiệm 55% năng lượng so với xử lý nhiệt.
Ngày nay, 50% thị trường bao bỡ ở Bắc Mỹ và chõu Âu được xử lý bằng bức xạ.