3.2.1. Общая характеристика ионизационных излучений и источников их получения

Ионизационные излучения – это излучения высокой энергии, обладающие либо волновой (рентгеновское и -излучения), либо корпускулярной (быстрые электроны, протоны, нейтроны, -частицы, осколки деления ядер, потоки тяжелых ионов и др.) природой [8-13].

Электромагнитное излучение высокой энергии представляет собой поток фотонов, имеющих нулевую массу покоя. Длина волн рентгеновского излучения 80 - 10-5 нм; -лучей - от 0,1  до  10-4 нм.

Рентгеновские лучи получают в рентгеновских трубках, которые представляют собой двухэлектродные вакуумные приборы.

-Излучение по своим характеристикам ничем принципиально не отличается  от рентгеновского  излучения. Оно обладает несколько большей энергией и имеет атомное происхождение, то есть наблюдается при естественных или искусственных превращениях атомных ядер. В промышленности в качестве автономных источников -излучения используют долгоживущие радиоактивные изотопы: 60Со с периодом полураспада 5,1 года, 137Cs с периодом полураспада 30 лет, 90Sr с периодом полураспада 28 лет. Их выделяют в виде химических соединений из продуктов, образующихся в ядерных реакторах, и в специальных контейнерах перевозятся на место потребления. Главная проблема при их использовании – герметизация и правильное хранение контейнеров. Достоинствами этих облучателей является универсальность, сравнительно невысокая стоимость, неактивность продуктов радиационно-химического процесса, хорошая степень разработанности теоретических основ использования. Для жидкофазных процессов используют облучатели малой мощности 104-105 г-экв. Ra (0,1-1 кВт), для обработки блочных систем – 105 – 106 г-экв. Ra (1-10 кВт), существуют автономные облучатели мощностью десятки миллионов г-экв. Ra (сотни кВт).

Для использования короткоживущих изотопов в качестве источника -излучения (24Na, 116In и др.) предложено радиационно-химические установки включать в радиационный контур ядерного реактора. Мощность таких излучателей может достигать 102 – 103 кВт. Кроме того, в этом случае возможно использование других видов ионизационного излучения  ядерного происхождения, обладающих большой энергией, но имеющих корпускулярную природу: потоки нейтронов, - и -частиц, осколки, образующиеся в момент деления ядер (хемоядерное излучение). Именно при использовании таких мощных источников ионизационного излучения возможна организация многотоннажных и энергоемких радиационно-химических процессов. Однако здесь существует много проблем, связанных с привязкой химического производства к ядерному реактору и загрязнением химического продукта радиоактивными частицами.

Кроме излучения ядерного происхождения в радиационно-химических технологиях используют другой вид корпускулярного излучения - потоки ускоренных электронов. Их энергия может колебаться от 0,1 до 10 МэВ при мощности пучков от 25 до 150 кВт. Ускоренные электроны генерируются с помощью специальных установок, работающих с потреблением электрического тока – ускорителей электронов. Для создания электронных пучков используют электронные пушки  с нагреваемым катодом из вольфрама или его сплавов. Полученные электронные пучки разгоняются в трубке, в которой поддерживается высокий вакуум. Предусмотрена возможность регулирования диаметра, плотности, направления и других характеристик пучка. В настоящее время разработаны ускорители со сравнительно низкой себестоимостью и хорошей биологической защитой; разработаны теоретические основы метода. Ускоренные электроны считаются самым безопасным и перспективным ионизационным видом излучения. Они обладают более высоким коэффициентом использования энергии, большой мощностью излучения (на 2-3 порядка выше мощности -излучения автономных излучателей), более низкой стоимостью, чем изотопы. Недостатком этого излучения является неравномерность облучения, более низкая проникающая способность.

Область применения различных источников ионизационного излучения определяется физическими свойствами излучения, а также составом, агрегатным состоянием, формой и габаритами облучаемых объектов. При проведении процессов в газовой фазе, при небольшой толщине облучаемых объектов, при модификации поверхностей целесообразно использовать более дешевые и безопасные ускорители электронов. Для осуществления процессов в крупногабаритных объектах или в толстостенных аппаратах используют, в основном, более универсальные радиоактивные изотопы. Однако, мощность этих источников излучения невелика, поэтому они неприменимы в крупнотоннажных производствах и в случае энергоемких процессов. В последнем случае используются радиационные контуры при АЭС (получение ДПМ, БПМ, очистка сточных вод, твердых отходов, модификация изделий из полиэтилена и др.).

 

Таблица 3.1

Сравнительная характеристика ионизационных излучений различного происхождения
 

Источник

излучения

Долгоживущие изотопы

Радиационный контур ядерного реактора

Ускоритель электронов

Мощность излучения

Низкая

Большая

Средняя

Проникающая способность и равномерность облучения

Высокая

-

Низкая

Загрязнение химического продукта

Отсутствует

Возможно

Отсутствует

Опасность в обслуживании установки

Высокая

Высокая

Низкая

Автономность установки

Высокая

Отсутствует

Высокая