27 - Cỏc mỏy gia tốc thường sử dụng trong cụng nghệ bức xạ:
Cỏc mỏy thụng dụng chủ yếu là mỏy gia tốc tỏc dụng trực tiếp. Trong số này phổ biến nhất là loại “Electron curtain” và Dinamitron. Ngoài ra loại mỏy gia tốc tuyến tớnh cũng được sử dụng [21].
- Năng lượng:
Theo năng lượng mỏy gia tốc electron được chia làm 3 nhúm:
+ Mỏy gia tốc năng lượng thấp: năng lượng từ 0,15-0,3MeV. Mỏy thuộc nhúm này chủ yếu là mỏy gia tốc tỏc dụng trực tiếp.
+ Mỏy gia tốc năng lượng trung bỡnh: năng lượng từ 0,3 ữ 2MeV. Nhúm này cũng chủ yếu là mỏy gia tốc tỏc dụng trực tiếp.
+ Mỏy gia tốc năng lượng cao: năng lượng từ 2 tới 10 MeV. Nhúm này chủ yếu là mỏy gia tốc tuyến tớnh.
Trong cụng nghệ bức xạ, người ta dựng cỏc mỏy nhúm 1 và 2 là chủ yếu. - Cụng suất:
Cỏc mỏy cụng nghiệp cú cụng suất phổ biến từ vài kilooat tới 200kW. Mỏy cú cụng suất lớn là Dinamitron. Dinamitron cú thể cú cụng suất lớn 200 - 300kW, phỏt ra electron năng lượng 4 - 6MeV [Hỡnh 2.3].
- Đặc điểm cấu trỳc:
+ Mỏy gia tốc cú liờn kết cỏp giữa ống gia tốc và mỏy phỏt cao thế. Đặc điểm của nhúm này là hiệu suất cao (> 90%) của mỏy biến dũng xoay chiều thành dũng một chiều cao ỏp,
đồng thời cú lợi về mặt diện tớch sử dụng do cú lớp bảo vệ bức xạ và mỏy phỏt cao thế được đặt ở bờn ngoài vựng bảo vệ bức xạ.
+ Mỏy gia tốc cú mỏy phỏt cao thế và ống gia tốc được ghộp liền thành một mạng và
được đặt trong một thựng đặc biệt. Chỳng cú thể cú thiết kế khỏc thường, chẳng hạn mỏy cú
hai chựm bức xạ: chựm thẳng đứng và chựm nằm ngang (Hóng Nissin - High Voltage - Nhật Bản). Mỏy cú thể chiếu từng chựm tia hoặc đồng tời cả hai chựm tia. Mỏy thường cú năng lượng từ 0,5 - 2MeV, dũng 0,1 - 100mA, cụng suất tới 100kW.
+ Mỏy gia tốc tự bảo vệ (hay mỏy gia tốc bảo vệ cục bộ). Đõy là loại mỏy năng lượng tương đối thấp ≤ 0,75MeV. Ưu điểm chủ yếu của loại mỏy này là gọn, cú thể đặt trong cỏc phũng bỡnh thường.
28
Hỡnh 2.3
Mỏy gia tốc Dinamitron (Tư liệu của Viện Nghiờn cứu Năng lượng Nguyờn tử Nhật Bản - JAERI)
2.2.2 Ưu điểm và nhược điểm của mỏy gia tốc electron
Ưu điểm
+ Cụng suất lớn: Hiện nay cỏc mỏy gia tốc hiện đại cú thể đạt tới cụng suất 10 MW. Một mỏy gia tốc electron 100kW tương đương với nguồn 60Co 6,74 MCi hoặc 137Cs 30,12 MCi.
+ Suất liều lớn: Ưu điểm này giỳp thời gian xử lý nhanh, sản lượng cao, cú giỏ thành
giảm, tiết kiệm năng lượng.
+ Tỏc động theo một hướng nhất định: Nếu như nguồn gamma phỏt ra theo mọi hướng,
kể cả những hướng khụng cú sản phẩm cần chiếu xạ, thỡ chựm hạt gia tốc luụn hướng theo phớa cú sản phẩm. Do đú, hiệu suất sử dụng năng lượng tăng đỏng kể so với nguồn gamma.
+ Hiệu suất sử dụng năng lượng cao: Theo định nghĩa:
Hiệu suất sử dụng năng lượng = (năng lượng hấp thụ trong sản phẩm)/(năng lượng do nguồn phỏt ra)
Hiệu suất sử dụng năng lượng để xử lý thực phẩm giữa mỏy gia tốc và cỏc nguồn bức xạ khỏc, được giới thiệu trong bảng so sỏnh sau (Bảng 2.2).
Bảng 2.2. So sỏnh hiệu suất sử dụng năng lượng của cỏc nguồn bức xạ Nguồn bức xạ Hiệu suất, %
Mỏy gia tốc electron nhanh 10 MeV Nguồn bức xạ hóm Emax = 5 MeV Nguồn 60Co Nguồn 137Cs 60 50 30 20
29 Từ bảng trờn ta thấy hiệu suất sử dụng năng lượng của nguồn bức xạ electron nhanh là lớn nhất. Trong một số trường hợp, hiệu suất sử dụng năng lượng của chựm electron cũn cú thể cao hơn.
Nhược điểm
+ Độ xuyờn thấp
Nhược điểm chủ yếu của bức xạ electron dưới quan điểm của cụng nghệ bức xạ là độ
xuyờn thấp so với bức xạ gamma. Bề sõu “hữu ớch” của nú rhi(cm) được tớnh theo cụng thức:
rhi = k0E02/3ρ (E0 ≤ 1MeV) (2.1) rhi = k1E0/3ρ (E0 > 1MeV) (2.2)
trong đú: E0 - năng lượng ban đầu của e-, MeV.
ρ - mật độ vật liệu, g/cm3.
K0, k1 - hệ số tỷ lệ [ko] = g. cm-2. eV-2 [k1] = g. cm-2. eV
Hỡnh 2.4 giới thiệu phõn bố liều theo bề sõu đối với bức xạ gamma của 60Co và electron trong nước.
Nếu chiếu đối tượng từ hai phớa, rhi sẽ tăng lờn 2,4 lần. + Tớnh khụng tăng đều về liều:
Khả năng xuyờn sõu thấp của electron nhanh cũn gõy ra tớnh khụng đồng đều về trường liều trong một vật bị chiếu. Điều này cũng thể hiện trong Hỡnh 2.4 và cỏc Hỡnh 1.5; 1.6 và 1.7
Túm lại mỏy gia tốc electron thớch hợp nhất đối với cỏc phộp chiếu vật liệu cú bề dày nhỏ. Ở Nhật Bản, cỏc ứng dụng mỏy gia tốc electron trong cụng nghệ bức xạ phổ biến nhất là khõu mạch chất cỏch điện của cỏp, chế tạo màng và ống co nhiệt, chế tạo polyolefin, làm đụng cứng lớp phủ bề mặt v.v...
Hỡnh 2.4
Phõn bố liều của electron nhanh và bức xạ gamma trong nước
30