CC BY
19ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
Т 56 (6) ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2013
УДК 678.028.296:6787
А.А. Колесников, М.О. Месник
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПУЧКА УСКОРИТЕЛЯ ЭЛЕКТРОНОВ ПО ГЛУБИНЕ ОБЛУЧЕНИЯ
ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
(Ивановский государственный химико-технологический университет) e-mail: m.o.mesnik@gmail.com
Рассмотрено распределение пучка электронов по глубине эластоискож и резинотехнических изделий ускорителем электронов при различных энергиях пучка.
Ключевые слова: ускорители электронов, поглощенные дозы облучения
При создании промышленных радиацион-но-химических производств эластокож и резинотехнических изделий с использованием ускорителей электронов важной задачей является выявление оптимальных параметров радиационного процесса, что определяет, в первую очередь, его экономическую эффективность [1].
К основным режимно-технологическим параметрам, характеризующим радиационно-химические процессы и технологию облучения относятся:
- поглощенная доза облучения и ее распределение в облучаемом материале;
- размер и форма облучаемого материала;
- плотность материала и его состав;
- скорость подачи материала в рабочую камеру облучения;
- номинальная энергия пучка ускоренных электронов;
- размер выпускного окна развертывающего устройства ускорителя;
- коэффициент использования электронного пучка ускорителя;
- мощность ускорителя;
- производительность установки;
- специальные технологические требования к процессу (температура нагрева, среда облучения и т.д.).
Из приведенных параметров процесса особое значение имеет поглощенная доза и ее распределение в облучаемом материале. Зная распределение доз и параметров облучаемого материала, можно выбрать оптимальные режимы технологической линии, оптимизировать условия облучения, в том числе технологические, технические и
экономические показатели процесса.
Распределение поглощенных доз по толщине материала при облучении электрическим пучком рассмотрено в работе [2].
Для эластокож и резинотехнических изделий, представляющих собой тонкие полимерные покрытия толщиной до 1,5 мм, а также резиновых листов толщиной 5 - 10 мм практический интерес представляет распределение поглощенных доз в толщине данных материалов в области энергии пучка электрона 0,5 - 2,0 Мэв и выдача рекомендаций для реализации указанных технологических процессов.
Весьма важным является получение достоверных данных по глубинному распределению поглощенных доз при использовании электрического пучка для искусственных кож на основе эластомеров, а также подошвенных резиновых пластин толщиной 5 - 10 мм в области энергий 0,5 -2,0 Мэв.
При определении поглощенной дозы по глубине материала приняты следующие условия:
- облучаемые материалы - полимерные пленки различной толщины;
- пучок электронов представляет собой моноэнергетический нормально падающий на поверхность материала луч;
- пленочные материалы имеют заданную неравномерность поглощенной дозы по глубине.
Важной величиной характеризующей ра-диационно-химический процесс, является максимально допустимое значение неравномерности поглощенной фазы в материале:
5 = ±(Дnax - Дтп)/(Ятах + А™) -100%, где 5 - допустимая неравномерность поглощенной дозы в материале, Атах, Ат1П - максимальное и минимальное поглощение дозы в материале.
Исследование процессов радиационно-химического сшивания эластокож и резинотехнических материалов показали, что приемлемая величина неравномерности поглощенной дозы, необходимой для получения количественного материала составляет ± 20 %.
Неравномерность поглощенной дозы облучения определяется, как правило, требованиями к физико-механическим свойствам материала, получаемого на основе каучуков (эластомеров) при их вулканизации. Однако следует отметить, что жесткие требования к равномерности поглощенной дозы по толщине облучаемого материала приводит к существенному уменьшению эффективности использования электронного пучка.
Основная задача заключается в том, чтобы для материала с заданной толщиной выбрать оптимальную энергию пучка ускоренных электронов, которая обеспечивала бы необходимую неравномерность поглощенной дозы и высокий коэффициент использования излучения.
- поглощение энергии в фольге развертывающего устройства ускорителя;
- воздушную технологическую прослойку;
- падение электронов под некоторым углом.
Искусственные кожи, имеющие по толщине различную структуру и полимерный состав представляют собой гетерогенные системы.
Схема облучения эластокож пучком ускоренных электронов показана на рис. 1, а схема определения глубинного распределения - на рис. 2.
Облучение проводилось на ускорителях, используемых в промышленности ЭЛВ-1, ЭЛВ-2, ЭЛВ-6.
ih,
6
Рис. 1. Схема облучения материала пучком ускоренных электронов: 1-развертывающее устройство, 2- титановая фольга выпускного окна развертывающего устройства, 3- технологический промежуток воздуха между фольгой и облучаемым материалом, 4- облучаемый материал, 5- воздушный зазор между облучаемым материалом и отражающим экраном, 6-
отражающий экран, 7- фольга реакционной камеры Fig. 1. Scheme of material irradiation with the beam of accelerated electrons: 1 scanner, 2 - titanium foil of outlet port of the scanning device, 3 - the technological gap of air between the foil and irradiated material, 4 - irradiated material, 5 - air gap between the irradiated material and a reflective screen, 6 - reflecting screen, 7 - foil of reaction camera
Приведенные в работе [3] методы расчета основаны на особенностях нормального распределения поглощенной энергии, пригодного лишь для гомогенных материалов. Для конкретных видов материала при энергии пучка электронов 0,5 Мэв и выше необходимо учитывать: - реальные условия облучения;
I
il
Рис. 2. Схема облучения для определения глубинных распределений поглощенной дозы в материале: 1- дозиметрическая
пленка ЦДП - С 480, 2- пленка исследуемого материала Fig. 2. Scheme of irradiation for determination of depth distributions of the absorbed dose in the material: 1 - dosimetric film CDP - C 480 2 - films of material under study
D, отн. ед. 1,0
0,4
0.2
0.1 0.2 O.J 0.4
R, г/см3
Рис. 3. Распределение поглощенной дозы в ПВХ и титановых фольгах при различных энергиях пучка ускоренных электронов: 1- 0,4 Мэв, титановая фольга; 2- 0,4 Мэв; 3- 0,6 Мэв; 40,8 Мэв; 5- 1,0 Мэв Fig. 3. Distribution of the absorbed dose in the PVC and titanium foils at different beam energies of accelerated electrons: 1 - 0.4 MeV, titanium foil, 2 - 0.4 MeV, 3 - 0.6 MeV, 4 - 0.8 MeV, 5 -1.0 MeV
Величина поглощенной дозы определялась цветными пленочными дозиметрами ЦДП-с480. Дозиметрические пленки раскладываются между слоями полимерных пленок и искусственных кож таким образом, чтобы при облучении они не пере-
крывали друг друга. Искусственные кожи, имеющие по толщине различную структуру и состав, рассматривают как гетерогенные системы.
На рис. 3 представлены экспериментальные кривые глубинного распределения поглощенной дозы для полимерных покрытий искусственных кож на основе поливинилхлорида (ПВХ) в зависимости от энергии пучка ускоренных электронов.
Поглощенная энергия в материале определяется площадью под кривой глубинного распределения. Использование кривой глубинного распределения для энергии ниже 1 Мэв может привести к значительным погрешностям при выборе оптимальных радиационно-технических параметров.
Выполненные экспериментальные исследования показали, что кривые глубинных доз отличаются от нормального распределения, так как существенный вклад в распределение вносит фольга развертывающего устройства и технологический воздушный промежуток между облучаемым материалом и фольгой. Для ускорителей
электронов с энергией пучка более 1 Мэв, этот вклад является незначительным и в практических расчетах им можно пренебречь.
ЛИТЕРАТУРА
1. Колесников А.А., Пискунова Е.Е. // Изв. вузов Химия и хим технология. 2010. Т. 53. Вып. 3. С. 80-82; Kolesnikov A.A., Рiskynova E.E. // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2010. V. 53. N 3. P. 80-82 (in Russian).
2. Козлов Ю.Ф., Никулин К.И., Титков Ю.С. Расчет параметров и конструирование радиационно-химических установок с ускорителями электронов. М.: Атомиздат. 1978. 227 с.;
Kozlov Yu.F., Nikulin K.I., Titkov Yu.S. Parameters calculation and design of radiation-chemical units with electron accelerators. M.: Atomizdat. 1978. 227 p. (in Russian).
3. Никулин К.И. Методы определения основных параметров радиационно-химических аппаратов с ускорителями электронов в перемешивающихся системах. Дис. ... к.т.н. Москва. ИНФХИ им. Л.Я. Карпова. 1973. 122 с.; Nikulin K.I Methods for determining the basic parameters of the radiation-chemical apparatus with electron accelerators in the mixing system. Candidate dissertation for degree on chemical sciences. INFKHI by L.Ya Karpov 1973. (in Russian).
