Công nghệ bức xạ và đồng vị phóng xạ hiện này được ứng dụng phổ biến trong các lĩnh vực kinh tế-xã hội nhằm cải thiện năng suất sản xuất và trong nhiều trường hợp là không thể thay thế bằng các công nghệ khác. Công nghệ bức xạ và đồng vị phóng xạ trong công nghiệp được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng chụp X quang công nghiệp, đo lường và thăm dò khoáng sản.
Đồng vị phóng xạ
Đồng vị là các biến thể của một nguyên tố hóa học nhất định có các hạt nhân với cùng số proton, nhưng khác số nơtron. Một số đồng vị được gọi là “ổn định” có hạt nhân không thay đổi theo thời gian. Đồng vị “không ổn định” hoặc đồng vị phóng xạ là đồng vị có hạt nhân thay đổi theo thời gian do mất đi các hạt alpha và beta. Các thuộc tính của “đồng vị phóng xạ” mang lại cho các nguyên tử như vậy một số ứng dụng trong nhiều lĩnh vực kinh tế-xã hội hiện nay.
Ứng dụng thực tế đầu tiên của đồng vị phóng xạ được thực hiện bởi một người Hungary tên là George de Hevesy vào năm 1911. George de Hevesy giành giải Nobel năm 1943 và giải thưởng Nguyên tử vì Hòa bình năm 1959. Ông là người đầu tiên sử dụng các kỹ thuật đánh dấu phóng xạ, hiện đã trở thành kỹ thuật phổ biến trong các ngành kinh tế-xã hội hiện nay.
Các nhà cung cấp đồng vị phóng xạ trong lĩnh vực y học chính hiện nay trên thế giới là Mallinckrodt Pharmaceuticals (Ireland), MDS Nordion (Canada), IRE (Châu Âu), NTP (Nam Phi), Isotop-NIIAR (Nga) và ANSTO (Úc). Các đồng vị này hầu hết được tạo ra từ các lò phản ứng nghiên cứu và một số ít từ các máy gia tốc.
Phần lớn nhu cầu đồng vị trong y tế hiện nay là sản phẩm từ Mo-99 (đối với Tc-99m) với khoảng 550 triệu đô la mỗi năm. Khoảng 40% trong số đó được cung cấp bởi MDS Nordion, 25% từ Mallinckrodt (trước đây là Covidien), 17% từ IRE và 10% từ NTP. Hơn một nửa số Mo-99 đã được sản xuất tại hai lò phản ứng: NRU ở Canada (30 – 40% nhưng đã ngừng sản xuất vào tháng 10 năm 2016) và HFR ở Hà Lan (30%). Phần còn lại là từ BR-2 ở Bỉ (10%), Maria ở Ba Lan (5%), Safari-1 ở Nam Phi (10-15%), Opal ở Úc (tăng lên 20% từ giữa năm 2016) và cho đến cuối năm 2015, Osiris ở Pháp (5%). Ngoài Mo-99, đồng vị I-131 cũng chiếm đáng kể nhu cầu hiện này và được cung cấp khoảng 75% là từ IRE, 25% từ NTP.
Kỹ thuật đánh dấu phóng xạ (Tracer)
Đồng vị phóng xạ được sử dụng làm chất đánh dấu để theo dõi dòng chảy và quá trình lọc chất lỏng, phát hiện rò rỉ và đo độ mòn của động cơ, quá trình ăn mòn thiết bị. Kỹ thuật này có thể để lại một dư lượng đồng vị phóng xạ trong môi trường nhưng có nồng độ nhỏ và tồn tại trong thời gian ngắn. Bằng cách thêm một lượng nhỏ chất phóng xạ vào các vật liệu, kỹ thuật này có thể được áp dụng để nghiên cứu tốc độ trộn và dòng chảy của nhiều loại nguyên liệu, bao gồm chất lỏng, bột và khí và xác định vị trí rò rỉ.
Tracer được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp để điều tra các quy trình và xác định nguyên nhân kém hiệu quả. Tracer đặc biệt hữu ích khi tối ưu hóa các quy trình sản xuất, mang lại nhiều lợi ích chẳng hạn như trong việc vận chuyển trầm tích. Tracer cũng được sử dụng trong ngành công nghiệp dầu khí để giúp xác định phạm vi của các mỏ dầu.
ĐỌC THÊM: Báo báo thực trạng an toàn bức xạ định kỳ năm 2021
Kiểm tra và đo đạc
Kỹ thuật kiểm tra và đo đạc sử dụng bức xạ được ứng dụng nhiều trong kiểm tra các bộ phận kim loại và tính toàn vẹn của mối hàn trong nhiều ngành công nghiệp. Kỹ thuật này cho phép các bộ phận quan trọng được kiểm tra khuyết tật bên trong mà không bị hư hỏng. Ngoài ra, đồng vị phóng xạ còn có lợi thế là có thể được đưa đến vị trí kiểm tra (mà không cần tới nguồn điện) các mối hàn trên các bình chứa chất lỏng, đường ống dẫn hoặc các phần tử kết cấu quan trọng.
Một trong những thiết bị phổ biến mang lại nhiều lợi ích hiện nay là thiết bị đo chứa nguồn phóng xạ (thường là gamma). Thiết bị này đang được sử dụng rộng rãi trong việc kiểm tra mức khí, chất lỏng và chất rắn; đặc biệt, hữu ích nhất đối với các vị trí chịu nhiệt, áp suất hoặc các chất ăn mòn, như thủy tinh nóng chảy hoặc kim loại nóng chảy mà các thiết bị đo thông thường không sử dụng được hoặc gặp nhiều khó khăn trong việc thực hiện. Theo số liệu của Cơ quan nguyên tử quốc tế (IAEA), ước tính hiện có vài trăm nghìn thiết bị loại này đang hoạt động trong các ngành công nghiệp trên toàn thế giới.
Các kỹ thuật đo sử dụng đồng vị phóng xạ để đo độ dày một cách chính xác được sử dụng rộng rãi trong sản xuất vật liệu tấm, bao gồm kim loại, hàng dệt, giấy, chất dẻo và các loại khác. Thiết bị đo tỷ trọng được sử dụng trong việc kiểm soát tự động chất lỏng, bột hoặc chất rắn, ví dụ như trong sản xuất chất tẩy rửa. Các phép đo có thể được thực hiện mà không cần tiếp xúc vật lý với vật liệu hoặc sản phẩm được kiểm tra. Điều này làm tăng phạm vị hoạt động của thiết bị và giảm thời gian tiến hành kiểm tra.
Một số ứng dụng phổ biến hiện nay như:
- Trong ngành công nghiệp ô tô: để kiểm tra chất lượng thép trong sản xuất ô tô và để có được độ dày thích hợp của thiếc và nhôm;
- Trong ngành công nghiệp máy bay: để kiểm tra các sai sót trong động cơ phản lực;
- Trong xây dựng: để đo mật độ của mặt đường và bề mặt dưới;
- Trong các đường ống: để kiểm tra độ bền của mối hàn;
- Trong dầu, khí đốt và khai thác mỏ: để lập bản đồ các đường bao của các giếng thử nghiệm và các lỗ khoan;
- Trong sản xuất cáp: để kiểm tra các vết nứt của cáp nâng trượt tuyết.
- Đồng vị 241Am được sử dụng trong nhiều thiết bị phát hiện khói cho gia đình và doanh nghiệp, trong các thiết bị đo độ dày được thiết kế để đo và kiểm soát độ dày lá kim loại trong quá trình sản xuất, để đo mức độ chì độc hại trong các mẫu sơn khô và giúp xác định vị trí giếng dầu.
- Đồng vị 252Cf được sử dụng để phân tích kích hoạt neutron, kiểm tra hành lý của hãng hàng không để tìm chất nổ ẩn, để đo độ ẩm của đất và các vật liệu khác, trong khai thác địa chất lỗ khoan và trong liệu pháp điều trị ung thư cổ tử cung ở người.
Hiện có hai loại thiết bị đo được sử dụng trong công nghiệp: cố định và di động. Thiết bị đo cố định thường được sử dụng trong các cơ sở sản xuất – mỏ, nhà máy, giàn khoan dầu khí – như một phương tiện kiểm soát và giám sát chất lượng, điển hình như: xác định điều kiện bên trong các thiết bị phân tách và theo dõi hàm lượng dầu còn lại trong các dòng khí được phân tách; thiết bị đo hạt nhân cũng được sử dụng trong ngành than, xác định chiều cao của than trong phễu; Một số máy sản xuất màng nhựa sử dụng thiết bị đo đồng vị phóng xạ với các hạt beta để đo độ dày của màng nhựa; trong sản xuất giấy, thiết bị đo beta được sử dụng để theo dõi độ dày của giấy ở tốc độ lên đến 400 m/s…
Xác định niên đại bằng carbon
Phân tích sự phong phú tương đối của các đồng vị phóng xạ đặc biệt trong tự nhiên có tầm quan trọng thiết yếu trong việc xác định tuổi của đá và các vật liệu khác mà các nhà địa chất học, nhân chủng học, thủy văn học và khảo cổ học cùng những người khác quan tâm.
Khử muối
Nước ngọt là ưu tiên chính trong mọi chiến lược phát triển bền vững của xã hội. Ở nhiều nơi không thể khai thác được nguồn nước từ suối và tầng nước ngọt, việc khử muối trong nước biển hay khai thác nước ngầm đã được khoáng hóa đóng vai trò quan trọng và trở lên hết sức thiết yếu.
Hầu hết quá trình khử muối ngày nay sử dụng nhiên liệu hóa thạch và do đó làm tăng mức độ khí nhà kính, tác động xấu tới môi trường. Tính khả thi của các nhà máy khử muối sử dụng công nghệ hạt nhân tích hợp đã được chứng minh với hơn 150 năm kinh nghiệm lò phản ứng, chủ yếu ở Kazakhstan, Ấn Độ và Nhật Bản. Việc triển khai quy mô lớn khử muối hạt nhân trên cơ sở thương mại với các lò phản ứng được xây dựng chủ yếu cho mục đích đó sẽ phụ thuộc vào các yếu tố kinh tế. Chi phí thông thường là 70-90 US cent/m2, tương đương với các nhà máy chạy bằng nhiên liệu hóa thạch ở cùng khu vực.
Trên đây là những chia sẻ của chúng tôi về công nghê bức xạ và những ứng dụng phổ biến trong công nghiệp. Hy vọng, các thông tin này đã giúp bạn đọc hiểu rõ hơn.
Từ khóa: Đồng vị phóng xa, NDT, Tracer, Đo đạc bức xạ, Bức xạ công nghiệp
– Chu Minh Dương –
