Chương 3: ỨNG DỤNG CÁC NGUỒN BỨC XẠ GAMMA, NƠTRON CÓ
3.3. Ứng dụng các hiệu ứng hoá học, vật lý của bức xạ
Phần này trình bày riêng về những ứng dụng các hiệu ứng vật lý, hoá học xảy ra trong vật liệu được chiếu xạ.
3.3.1.Tác dụng của bức xạ gamma lên các polyme đại phân tử
Phóng xạ nhân tạo và ứng dụng GVHD: Hoàng Xuân Dinh Dưới tác dụng của bức xạ gamma, hai hiệu ứng đối ngược nhau có thể xảy ra: đó là hiệu ứng làm đứt gãy hoặc tạo sai hỏng (damage) và hiệu ứng nối mạch (cross linking) đối với các mạch phân tử pôlyme.
Các mạch liên kết C - H, C - C hoặc C = C chịu tác dụng của các bức xạ gamma.
Nhìn nhận dưới góc độ ứng dụng trong công nghiệp người ta thấy rằng hiệu ứng nối mạch được quan tâm đến nhiều hơn.
Các mạch liên kết C - H bị đứt gẫy nhiều nhất. Chúng tham gia quá trình nối mạch bởi vì sẽ tái tạo dưới dạng các liên kết biên C - C làm thành cầu nối giữa hai
phân tử khác nhau. Do quá trình nối mạch, các pôlyme mới có các ưu điểm như: nhiệt độ nóng chảy, độ bền và độ cứng sẽ cao hơn, độ trương phồng trong nước hoặc chất lỏng hữu cơ sẽ nhỏ hơn. Hơn nữa, một hiện tượng mới đã được tìm thấy là: có một số pôlyme bình thường thì hoàn toàn tan trong một số dung môi hữu cơ. Sau khi chiếu xạ một liều xác định nào đó thì trở thành không hoà tan được. Tuỳ theo liều chiếu mà độ hoà tan của pôlyme mới được nối mạch này sẽ thay đổi. Liều cỡ 106 Rơn-ghen bắt đầu cho ta những hiệu ứng rất đáng quan tâm. Có thể kể ra ở đây một vài thí dụ: do hiệu ứng nối mạch, khối lượng phân tử của polystirol có thể đạt tới từ 20.000 đến 300.000 đơn vị.
Polyethylene sau chiếu xạ gamma chịu được nhiệt độ hơn 2000C mà vẫn chưa nóng chảy trong khi bình thường chỉ chịu được nhiệt độ khoảng 1160C , polyethylen này cứng hơn, khó hoà tan hơn.
Nếu xảy ra sự đứt gẫy liên kết C - C hoặc - CXYZ, trong đó X, Y, Z là các nguyên tố hoặc gốc khác hydro thì không dẫn tới quá trình nối mạch mà dẫn tới sự thay đổi một số tính chất liên quan tới sự phá vỡ cấu trúc của pôlyme: điểm nóng chảy giảm xuống, giảm độ nhớt, tăng độ hoà tan. Một hiệu ứng rất đáng được quan tâm là trường hợp vật liệu gồm hai chất pôlyme khác nhau: bức xạ gamma gây tác dụng ghép nối giữa hai pôlyme làm cho pôlyme trở thành có những tính chất mới. Thí dụ: tráng nylon bởi một lớp styrel rồi cho chiếu xạ, pôlyme mới sẽ có khả năng chống thấm nước cao hơn.
Phóng xạ nhân tạo và ứng dụng GVHD: Hoàng Xuân Dinh Sự thay đổi cấu trúc thường dẫn đến sự thay đổi màu: Clorua polyvinyl trở thành màu nâu sau khi bị chiếu xạ gamma hoặc electron. Ứng dụng hiệu ứng này người ta đã chế tạo ra các liều kế dùng loại pôlyme đó để đo liều trong khoảng từ 0,5 đến 6 Mrad. Trong vùng liều lượng này, mật độ quang học của liều kế phụ thuộc tuyến tính vào liều chiếu xạ. Nguồn gamma sử dụng trong ứng dụng trên thường là nguồn có hoạt độ lớn của trung tâm chiếu xạ.
3.3.2. Tác dụng của nơtron lên các vật liệu
Đối với các pôlyme, nơtron gây các hiệu ứng giống như trường hợp của bức xạ gamma: một liều 300 Mrad có tác dụng làm pôlyetylen trở thành khó nóng chảy, có khả năng cách điện tới 4 MV/cm ở nhiệt độ cao.
Đối với kim loại, nơtron gây các hiệu ứng phức tạp: ngay khi năng lượng nơtron vượt quá 25 eV, chúng đã có thể làm bật các nguyên tử khỏi vị trí bình thường trong lưới tinh thể, tạo thành các lỗ trống. Đó là hiệu ứng Wigner. Các lỗ trống dễ dàng khuếch tán và làm tăng hoạt tính hoá học của kim loại. Nếu nung nóng kim loại lên, các nguyên tử bị "xê dịch" trước đây có thể trở về vị trí cũ, lỗ trống biến mất và một năng lượng được giải phóng dưới dạng nhiệt. Đây chính là cách người ta đã làm để
"nấu" lại graphit của một số lò phản ứng và “xoá đi” các biến đổi gây bởi nơtron. Tác dụng của nơtron với vật liệu có thể gây hại như làm cho uran bị phồng rộp lên, kim loại làm vỏ bọc trở thành gịn, dễ gẫy... mặt khác lại có những hiệu ứng được ứng dụng như: Với liều chiếu 1018-1020 nơtron/cm3, thép cacbon trở thành cứng hơn; với liều cao hơn, một số hợp kim của nhôm có độ cứng, độ bền cơ học tăng lên.
Người ta đã nghiên cứu hiệu ứng của nơtron đối với ôxyt kim loại và bán dẫn.
Quan trọng nhất là hiệu ứng làm thay đổi tính chất điện: độ dẫn của germanium loại n giảm; điôt 1N58 từ germanium trở thành có dòng thuận nhỏ đi còn dòng ngược lớn lên. Khi chịu một liều chiếu chừng 1014nơtron/cm2 các tranzistor germanium trở thành có độ khuếch đại thay đổi.
Phóng xạ nhân tạo và ứng dụng GVHD: Hoàng Xuân Dinh Nguồn nơtron trong các ứng dụng hiệu ứng tương tác của nơtron lên vật liệu thường là nguồn từ lò phản ứng.
Chương 4: PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG VỊ ĐÁNH DẤU
Đồng vị phóng xạ của một nguyên tố có cùng tính chất hoá học giống đồng vị bền. Do đó, nếu trộn một lượng nhỏ đồng vị phóng xạ với đồng vị bền của một nguyên tố rồi theo dõi sự thay đổi hoạt độ của đồng vị phóng xạ trong quá trình vật lý, hoá học ... mà nguyên tố đó tham gia, người ta có thể biết được một số tính chất của các quá trình đó. Kỹ thuật đồng vị đánh dấu ngày càng được áp dụng rộng rãi vì người ta đã có thể tạo được rất nhiều đồng vị phóng xạ nhân tạo của hầu hết các nguyên tố.
Có thể liệt kê ra một số thí dụ điển hình của phương pháp đồng vị đánh dấu để thấy được tính chất đa dạng và độ nhạy của phương pháp.