ximia.org - сайт о химии для химиков
РАЗДЕЛЫ САЙТА
Разная химия
Неорганическая
Органическая
Биологическая
Наглядная биохимия
Токсикологическая

База знаний
Химическая энциклопедия
Справочник по веществам
Таблица Д.И. Менделеева
Гетероциклические соед.
Теплотехника
Углеводы

Партнёры по химии
Всё об Алхимии

Химия в жизни
Каталог предприятий

Дополнительно
Лекарственные средства Фармацевтический справ.
 
Всё о Химии - Ximia.org

РАДИАЦИОННО-ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ


Алфавитный указатель: А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я


РАДИАЦИОННО-ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ (РХТ), область общей хим. технологии, посвященная исследованию процессов, протекающих под действием ионизирующих излучений (ИИ), и разработке методов безопасного и экономически эффективного использования последних в народном хозяйстве, а также созданию соответствующих устройств (аппаратов, установок). РХТ применяется для получения предметов потребления и ср-в произ-ва, для придания материалам и готовым изделиям улучшенных или новых эксплуатац. св-в, повышения эффективности с.-х. произ-ва, решения нек-рых экологии, проблем и др. Составные части в РХТ: физ.-хим: основы радиац.-хим. процессов и радиац.-хим. аппаратостроение.

Исследования физ.-хим. особенностей радиац.-хим. процессов показали, что ИИ-высокоэффективный инициатор хим. р-ций, дает возможность создавать заданное распределение центров инициирования в облучаемом рсакц. объеме, причем скорость инициирования не зависит или слабо зависит от т-ры и сравнительно легко регулируется посредством изменения мощности поглощенной дозы излучения (см. Радиационно-химические реакции). Др. преимущества радиац.-хим. процессов перед процессами общей хим. технологии: возможность их проведения при более низких давлениях и т-рах и при меньшем числе технол. стадий, отсутствие хим. инициаторов и катализаторов, что приводит к уменьшению токсичности, взрыво- и пожароопасности и позволяет получать материалы с более высокой степенью чистоты.

Различают след. направления РХТ: 1) радиац. модифицирование (т. наз. сшивание) полимеров, напр., для получения проводов и кабелей с термостойкой полиэтиленовой изоляцией, термически и химически стойких полиэтиленовых труб и др. санитарно-техн. изделий, заменяющих металлические в системах горячего водоснабжения, и др.; 2) радиац. вулканизация эластомеров (РТИ, детали автомобильных шин, силоксановые самослипающиеся термостойкие изоляц. материалы и др.); 3) радиац. полимеризация и сополимери-зация мономеров и олигомеров на пов-стях (отверждение покрытий на металлич. и древесных изделиях, получение гранулир. удобрений с полимерным покрытием), а также в гомогенных (синтез полиакриламида, полиэтилена и др.) и в гетерог. системах (напр., в древесине, бетоне, туфе). В последнем случае получают бетон-полимерные, древесно-полимерные и подобные изделия, обладающие термич. и хим. стойкостью, ценными мех. и др. св-вами, позволяющими эффективно использовать их в стр-ве; 4) радиац.-хим синтез - окисление, хлорирование, сульфохлорирование, сульфоокисление, теломеризация орг. соединений и др.; 5) радиац. деструкция, напр., фторорг. полимеров с целью получения добавок к смазочным в-вам, целлюлозы в отходах лесной и деревообрабатывающей пром-сти и отходов с. х-ва (в частности, для получения кормовых добавок); 6) радиац. обеззараживание и очистка прир. и сточных вод, твердых отходов и отходящих газов; 7) радиац. модифицирование неорг. материалов (полупроводников, катализаторов и др.).

Задачи физ.-хим. исследований при разработке производств. процессов: изучение механизма и кинетики радиа-ционно-хим. процессов в зависимости от т-ры, давления, мощности поглощенной дозы и др. параметров, а также определение радиационно-химического выхода G. По величине G различают: 1) цепные процессы, в к-рых значение G (до 105-106) определяется в осн. не первичными актами, а закономерностями развития цепей; 2) процессы с небольшой высотой энергетич. барьера и короткими цепями (10 < G < 20), включая высокоэффективные процессы с небольшими значениями G, к-рые приводят к существ. изменениям макроскопич. св-в материалов; 3) энергоемкие процессы с высоким энергетич. барьером (1 < G < 10). Эффективная реализация энергоемких радиац.-хим. процессов возможна лишь с использованием кинетич. энергии осколков в момент деления тяжелых ядер (т. наз. хемоядерные процессы), что связано со значит. техн. трудностями (включая проблемы радиац. безопасности). Поэтому практич. значение имеют лишь процессы первых двух групп, источниками ИИ в к-рых служат радионуклиды или потоки электронов, генерируемые в ускорителях.

Задачи радиац.-хим. аппаратостроения: расчет и разработка принципов конструирования радиац.-хим. аппаратов и установок для наиб. эффективного использования мощности ионизирующего излучения при выполнении заданных технол. параметров, обеспечении необходимой надежности и гарантии радиац. безопасности обслуживающего персонала и потребителей продукции; расчет и эксперим. определение полей поглощенных доз (технол. дозиметрия), мощности ИИ, необходимой для обеспечения заданной производительности и др. параметров аппаратов, а также создание наиб. экономичных источников излучения и определение экономич. эффективности радиац.-хим. процессов. Радиац. производительность аппарата Qp (кГр·т в год) связана с мощностью источника излучения W (кВт) уравнением:

Qp = 0,86hTу·W,

где h-кпд аппарата, %; Tу-число рабочих суток установки в год. Весовая производительность Q(T) = QpD-1, где D (кГр)-поглощенная доза излучения, необходимая для получения радиац. продукции с заданными св-вами.

Радиац.-хим. установки состоят из рабочей камеры и хранилища для радионуклидов (если они служат источником излучения) с радиац. защитой, радиац.-хим. аппарата, оборудования для подготовки и транспортировки объектов облучения и для обработки и складирования конечных продуктов, пульта управления, систем блокировки и сигнализации, обеспечивающих безопасность персонала. Аппарат имеет облучатель с источником излучения и рсакц. объем, в к-ром осуществляется взаимод. излучения с объектами. Различают аппараты гетерогенного (наиб. распространены) и гомогенного типов, в к-рых источники излучения соотв. изолированы от облучаемых в-в или смешаны с ними. В перемешиваемых объектах (напр., в жидкостях, газах, во взвешенных слоях) необходимая равномерность облучения обеспечивается гидродинамич. режимом; в "блочных" объектах, в к-рых отдельные части блока в процессе облучения не могут изменять своего положения друг относительно друга, заданная равномерность поля поглощенных доз обеспечивается конфигурацией облучателя, распределением источников излучения относительно реакц. объема аппарата и перемещением объектов относительно облучателя.

В зависимости от назначения, типа и мощности ИИ рабочие камеры м. б. небольшими (единицы, десятки дм3), с местной (свинцовой, чугунной, стальной) защитой, позволяющей размещать аппараты практически в любом производств. помещении, либо-крупногабаритными (десятки-сотни дм3). Для последних требуется стр-во спец. помещений с толстостенной (обычно бетонной) защитой с лабиринтными входами, защитными дверями и др.

Имеются универсальные установки, предназначенные для исследований радиац. эффектов в в-вах в любых агрегатных состояниях в широком диапазоне т-р и давлений, а также опытно-пром. и пром. установки для произ-ва определенной продукции или для проведения процессов (напр., для очистки и обеззараживания сточных вод).

В большинстве радиац. установок ИИ служат потоки электронов (из ускорителей), т. к. они обладают рядом преимуществ перед у-излучением радионуклидов (60Со, Cs): высокая плотность потока энергии излучения, приводящая к большим мощностям поглощенных доз и, как следствие, к малым временам облучения, что дает возможность, в частности, сократить производств. площади, проводить радиац.-хим. процесс на воздухе; относительно низкая стоимость облучения; отсутствие радиац. опасности установки в выключенном состоянии (при монтаже, ремонте и т.п.).

В связи с тем, что ускоренные электроны (и р-излучение радионуклидов) обладают сравнительно небольшим пробегом в в-вах, применение этих излучений возможно лишь при проведении процессов в тонких слоях (полимерные ленты, пленки, тонкостенные трубки, покрытия и др.) и в газовых средах.

Проникающая способность g-излучения значительно выше (напр., слой половинного ослабления широкого пучка g-излучения 60Со в воде составляет ок. 27 см, в железе 3,5 см), что позволяет проводить радиац.-хим. процессы в крупногабаритных объектах, помещенных в герметичные (в т. ч. металлические) оболочки под давлением, в вакууме и др. условиях.

Энергия ускоренных электронов м. б. трансформирована в энергию тормозного излучения, обладающего такой же проникающей способностью, как g-излучение. Однако такое использование ускорителей представляет ограниченный интерес для РХТ, поскольку для наиб. мощных, надежных и экономичных ускорителей (с энергией 1-3 МэВ) коэф. конвертирования энергии электронов в энергию тормозного излучения составляет всего 5-10% и поэтому стоимость облучения возрастает в 10-20 раз по сравнению с использованием потоков электронов.

Пром. установки создаются с ускорителями электронов (энергия 0,5-3 МэВ, мощность до 100 кВт) и с долгоживу-шими радионуклидными источниками у-излучения мощностью до ~ 50 кВт (активность нуклидов ок. 11-1016Бк для 60Со и ок. 44·1016 Бк для 137Cs). Установки с наиб. мощными (до 104 кВт) источниками у-излучения м. б. реализованы путем создания при энергетич. ядерных реакторах (при обязат. условии обеспечения их надежности и безопасности) т. наз. радиац. контуров, в к-рых циркулируют рабочие в-ва, делящиеся (ядерное топливо) или неделящиеся (сплавы In - Ga; Na) под действием нейтронов. При прохождении рабочих в-в через ядерный реактор в них генерируются радионуклиды (в т. ч., что особенно важно, короткоживу-щие) с у-излучением, к-рое используется для инициирования и проведения радиац.-хим. процессов при прохождении рабочих в-в через радиац.-хим. установку. Такое у-излучение в 5-10 раз дешевле, чем g-излучение наиб. распространенного радионуклида 60Со. Благодаря комплексному использованию (для целей энергетики и РХТ) ядерного горючего значительно уменьшается стоимость тепла, генерируемого ядерным реактором, и, следовательно, удешевляется обычная хим. продукция, получаемая при использовании этого тепла или электроэнергии АЭС.


===
Исп. литература для статьи «РАДИАЦИОННО-ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ»:
Радиащюнно-химическая технология, в. 1-25, М., 1979-89; Использование атомной энергии в химической технологии. Сб. научных трудов, М., 1983; Пикаев А. К., Современная радиационная химия. Твердое тело и полимеры. Прикладные аспекты, М., 1987; Брегер А.Х., "Ж. Всес. хим. об-ва им. Д. И. Менделеева", 1990, № 6, с. 717-24. А. X. Брегер

Страница «РАДИАЦИОННО-ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.

 

Всё о Химии для учеников, учителей, студентов и просто химиков