Đồng vị phóng xạ từ lâu đã có vai trò rất quan trọng trong nhiều lĩnh vực kinh tế-xã hội, đặc biệt là trong y tế và công nghiệp. Các loại đồng vị phóng xạ phổ biến được ứng dụng nhiều nhất hiện nay bao gồm Cs-137, Am-241, Tc-99m, Kr-85,…Mỗi loại đồng vị có những ưu điểm ứng dụng riêng, phù hợp theo từng ngành, sản xuất. Trong số đó phải nói tới Kr-85, một loại đồng vị đến nay gần như không thể thiếu trong ngành công nghiệp sản xuất giấy.
Krypton là một nguyên tố hóa học có ký hiệu Kr và số nguyên tử bằng 36. Krypton tồn tại ở dạng khí hiếm không màu, được cô lập bằng cách chưng cất phân đoạn không khí lỏng và thường được sử dụng cùng các khí hiếm khác trong các đèn huỳnh quang. Krypton mang các đặc tính hóa học của khí trơ nhưng có thể phản ứng tạo ra hợp chất với flo, được đặc trưng bởi quang phổ màu xanh lục và da cam rực. Nó cũng là một trong các sản phẩm phân rã hạt nhân của urani. Krypton ở dạng rắn là chất kết tinh màu trắng với cấu trúc tinh thể là hình lập phương tâm mặt, đây cũng là tính chất đặc trưng của “khí hiếm”. Giống như các khí hiếm khác, krypton nói chung được coi là trơ về mặt hóa học. Tuy nhiên, các nghiên cứu từ năm 1962 trở đi đã khám phá ra một số hợp chất hóa học của krypton. Difluoride krypton đã được tạo ra với khối lượng tính bằng gam và có thể sản xuất qua nhiều cách khác nhau.
Lọ Krypton siêu tinh khiết
Krypton nguồn gốc tự nhiên có 5 đồng vị ổn định và 1 đồng vị phóng xạ. Vạch quang phổ của krypton dễ tạo ra với một số đường rất sắc nét. Kr-81 là sản phẩm của các phản ứng trong khí quyển của các đồng vị nguồn gốc tự nhiên khác của krypton. Nó là đồng vị phóng xạ với chu kỳ bán rã 250.000 năm. Giống như xenon, krypton rất dễ bay hơi khi ở gần với nước và vì thế Kr-81 được sử dụng để xác định niên đại của nước ngầm cổ (50.000–800.000 năm). Kr-85 là đồng vị phóng xạ với chu kỳ bán rã 10,76 năm, được tạo ra bằng các phản ứng phân rã hạt nhân của urani và plutoni. Các nguồn tạo ra bao gồm các vụ thử nghiệm bom nguyên tử, lò phản ứng hạt nhân và trong quá trình tái chế các thanh nhiên liệu từ các lò phản ứng hạt nhân. Người ta ghi nhận có sự chênh lệch về nồng độ của Kr-85 ở Bắc cực và Nam cực là khoảng 30%. Ở Bắc cực nồng độ này cao hơn do thực tế phần lớn đồng vị này được tạo ra ở Bắc bán cầu và sự hòa trộn không khí giữa hai bán cầu diễn ra tương đối chậm.
Bản đồ phân bố Kr-85 (2010)
Kể từ giữa những năm 1940, số lượng Kr-85 lớn hơn nhiều so với lượng tìm thấy trong tự nhiên. Kr-85 đã được sản xuất như một sản phẩm phụ của phản ứng phân hạch hạt nhân. Khi U-235 hoặc một số hạt nhân phân hạch khác trải qua phản ứng phân hạch, nó bị tách thành hai mảnh có 2 hoặc 3 neutron và số khối từ 90 đến 140. Hiệu suất phân hạch của Kr-85 là khoảng 0,3%; tức là, khoảng 3 nguyên tử Kr-85 được tạo ra trên 1000 lần phân hạch. Hầu hết khối lượng của Kr-85 được chuyển đổi trực tiếp thành Rubidi-85 và không trải qua trạng thái lâu dài của đồng phân hạt nhân. Các vụ tai nạn hạt nhân trong những năm qua cũng đóng một vai trò quan trọng đằng sau sự hiện diện của Kr-85 trong khí quyển: Vụ tai nạn nhà máy điện hạt nhân Three Mile Island năm 1979 đã giải phóng khoảng 50 kilocurie (1.900 TBq) Kr-85; Vụ tai nạn Chernobyl năm 1986 đã giải phóng gần 5 megacuries (190 PBq) Kr-85. Nồng độ của Krypton-85 trong khí quyển tăng mạnh vào khoảng năm 1970, đạt khoảng 10 pCi/m3 (khoảng 0,4 Bq/m3). Kể từ thời điểm đó trở đi, sự hiện diện trong khí quyển của Kr-85 đã giảm, chủ yếu là do sự kết hợp của các yếu tố như giảm sản xuất Plutoni, kết thúc hoặc dừng các vụ thử vũ khí hạt nhân và thời gian bán hủy ngắn. Một nhà máy điện hạt nhân lớn có thể sản xuất gần 300 kilocurie (11.000 TBq) Kr-85 trong một năm; toàn bộ phần hoặc ít nhất là phần lớn của nó được lưu trữ trong các thanh nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng. Chất này cũng có thể được lưu trữ dưới dạng chất thải hạt nhân.
Ống phóng điện cường độ cao Kr-85
Kr-85 là một loại khí hiếm không màu, không có mùi đặc trưng. Kr-85 phân rã thông qua việc phát ra các hạt beta. năng lượng phân rã là 0,687 MeV. Giá trị Q (biểu thị tổng lượng năng lượng được giải phóng bởi phản ứng hạt nhân) của Kr-85 là 687,06 keV. Mật độ khí Kr-85 ở nhiệt độ 21,1°C là 3,479 kg/m3 với điểm sôi là 153,4°C. Điểm đóng băng là -157°C. Áp suất tới hạn của Kr-85 là 798,0 psia (5502 kPa abs). Hạt nhân con Rubidi-85 được tạo ra khi Kr-85 trải qua quá trình phân hủy. Khoảnh khắc lưỡng cực từ Momen lưỡng cực từ của Kr-85 là 1 μN. Năng lượng liên kết trên mỗi nucleon của Kr-85 là 8,698562 MeV. Hoạt độ riêng của Kr-85 là 14,526 TBq/g. Thể tích riêng ở nhiệt độ 21,1°C là 0,287 m3/kg và trọng lượng riêng ở nhiệt độ 21,1°C là 2,899.
Ứng dụng của Kr-98
Nguồn Kr-85 phát ra bức xạ beta và được sử dụng trong nhiều thiết bị và ứng dụng đo lường chủ yếu để đo độ dày và mật độ dựa trên nguyên lý xác định mức độ truyền bức xạ qua vật liệu. Kr-85 trong quá trình sử dụng thường được đặt trong cấu trúc có dạng viên nang kim loại được điều áp bên trong và hàn kín. Cửa sổ truyền dẫn bức xạ dày cỡ 0,025mm (tùy từng nhà sản xuất) để tối đa hóa lượng bức xạ phát ra. Viên nang có một lớp vỏ bảo vệ bằng thép không gỉ để tránh vô tình tiếp xúc với bức xạ và bảo vệ cửa sổ trong quá trình vận chuyển và xử lý. Theo chu kỳ bán rã, Kr-85 có tuổi thọ sử dụng được khuyến nghị là 10 năm. Kr-85 chủ yếu được sử dụng trong đèn Phóng điện cường độ cao cũng như trong đèn chiếu phim HMI.
Dạng viên nang chứa Kr-85
– Kr-85 thường được sử dụng cho mục đích chiếu sáng: Chất khí này được sử dụng trong đèn phóng điện hồ quang cho đèn phim HMI trong ngành giải trí. Kr-85 cũng được sử dụng trong sản xuất đèn phóng điện cường độ cao cần cho chiếu sáng ngoài trời. Các ống phóng điện của đèn chứa đầy Kr-85 hoạt động như một loại nhiên liệu dễ bắt lửa. Một lượng nhỏ Kr-85 được sử dụng trong cụm khe hở tia lửa kín của bộ kích thích đánh lửa trong một số động cơ phản lực hoặc tua-bin để hoạt động đồng đều và mức độ ion hóa đồng nhất.
– Kr-85 được sử dụng trong các ống điện tử của bộ điều chỉnh điện áp catốt lạnh.
– Kr-85 được sử dụng khi kiểm tra các bộ phận của máy bay để tìm các khuyết tật nhỏ. Chất khí được truyền qua các vết nứt nhỏ có thể có trong các bộ phận của máy bay, sau đó được phát hiện bằng kỹ thuật chụp ảnh tự động. Quy trình này được gọi là Chụp ảnh thẩm thấu khí Krypton. Bằng cách này, các vết nứt và hư hỏng trong máy bay được phát hiện. Khí Kr-85 có khả năng đi qua các lỗ và lỗ nhỏ hơn không giống như các chất lỏng được sử dụng trong kiểm tra chất thẩm thấu huỳnh quang và kiểm tra chất thẩm thấu thuốc nhuộm. Chất khí Krypton-85 được sử dụng để phát hiện các vết nứt và rò rỉ trong đường ống và chất bán dẫn.
Hệ thiết bị kiểm tra rò rỉ sử dụng Kr-85
– Kr-85 sử dụng như là một chất đánh dấu khí trong các quy trình công nghiệp, đặc biệt đối với tốc độ dòng chảy và kiểm tra rò rỉ. Tốc độ dòng khí hydro sunfua tinh khiết từ nhà máy lọc dầu đến nhà máy hóa chất được đo bằng phương pháp đếm tổng. Dòng mẫu H2S, sau khi đi qua thiết bị đếm, được hấp thụ hoàn toàn trong xút do đó tránh được sự giải phóng vào khí quyển. Phương pháp kiểm tra rò rỉ Kr-85 là một kỹ thuật có độ nhạy cao được sử dụng để đo tỷ lệ rò rỉ nhỏ và thô trong các thiết bị có độ tin cậy cao. Đây là phương pháp phổ biến để mô tả tỷ lệ rò rỉ nhỏ trong các thành phần quân sự quan trọng. Ưu điểm của phương pháp này so với các phương pháp khác là thời gian thử nghiệm cực nhanh, chi phí thử nghiệm tổng thể thấp, khả năng hấp thụ tối thiểu, xác định vị trí rò rỉ và có khả năng thử nghiệm trong điều kiện môi trường xung quanh.
Một hệ QCS kiểm soát độ dày vật liệu (giấy) sử dụng Kr-85
– Kr-85 sử dụng đo độ dày vật liệu phổ biến trong trong ngành sản xuất giấy, nhựa, da và kim loại. Nguyên lý ứng dụng của Kr-85 tương tự như các phương pháp sử dụng nguồn bức xạ để xác định độ dày vật liệu. Kr-85 phát ra bức xạ beta, bức xạ này được giấy hấp thụ tương đối dễ dàng. Bằng cách đo tỷ lệ các hạt phóng xạ đi qua giấy, máy tính sẽ tính toán chính xác độ dày của nó và kiểm soát độ dày đó theo các mức tiêu chuẩn được thiết lập ban đầu.
Từ khóa: Krypton; đồng vị phóng xạ; Kr-85; công nghiệp giấy;
– CMD&DND –
