Bức xạ, dòng chuyển động của các hạt nguyên tử và hạ nguyên tử và sóng, chẳng hạn như những loại tia đặc trưng của tia nhiệt, tia sáng và tia X. Mọi vật chất đều liên tục bị bắn phá bởi bức xạ của cả từ các nguồn vũ trụ và trên mặt đất. Tuy nhiên, nhờ các đặc điểm vật lý đặc trưng mà ngày nay, bức xạ đã được ứng dụng rất rộng rãi và ở một số lĩnh vực còn trở thành công nghệ không thể thay thế. Dưới đây là điểm lại cơ bản các ứng dụng của bức xạ trong khoa học và công nghệ chế tạo.
Quang hóa học
Các ứng dụng chính của quang hóa học (bao gồm chụp ảnh) là trong việc khởi tạo phản ứng bằng ánh sáng có thể đi qua cửa sổ thủy tinh hoặc thạch anh. Ánh sáng như vậy có bước sóng không nhỏ hơn khoảng 185 nanomet. Ánh sáng có bước sóng ngắn hơn cũng hiệu quả, nhưng yếu tố cần thiết (sapphire, lithium fluoride hoặc nhôm cực mỏng) và những khó khăn về mặt cơ học hạn chế việc áp dụng các phương pháp quang hóa trong phạm vi từ 185 nanomet xuống đến giới hạn thấp hơn có thể hình dung được là khoảng 85 nanomet. Các kỹ thuật quang hóa đặc biệt có thể áp dụng khi cần một quá trình cụ thể (ví dụ như phá vỡ một liên kết trong một phân tử của một chất cụ thể). Đối với các mục đích như vậy, bức xạ cường độ cao thường được sử dụng, cửa sổ phát bức xạ sẽ là thủy tinh hoặc thạch anh và phản ứng khởi tạo bị giới hạn ở các lớp tương đối mỏng mà bức xạ được hấp thụ. Các quá trình bao gồm quang clo hóa các hợp chất thơm (như benzen, toluen và xylen), sunfat hóa olefin, sản xuất cyclohexanone oxime, quang trùng hợp (chủ yếu trong các quá trình đóng rắn bề mặt), sunfat hóa và tổng hợp vitamin D. Thiết bị phát bức xạ có thể điều chỉnh như laser, cung cấp phương pháp tiềm năng để khởi tạo các quá trình quang hóa có lợi ích thực tế, như tách các đồng vị.
Bức xạ năng lượng cao
Việc sử dụng bức xạ ion hóa trên quy mô lớn để biến đổi và tổng hợp vật liệu, được gọi là xử lý bức xạ, là một công nghệ tuy nhỏ nhưng rất quan trọng. Công nghệ đó bao gồm việc chiếu xạ vật liệu bằng chùm electron do máy gia tốc hạt năng lượng cao tạo ra hoặc bằng tia gamma do đồng vị phóng xạ coban (Co60) hoặc trong một số trường hợp là Cs-137 phát ra. Các electron thường được tăng tốc đến dải năng lượng từ 0,15–10 MeV (Để so sánh, năng lượng electron trong một chiếc tivi thông thường chỉ là 0,025 MeV.). Tia gamma do coban phát ra có năng lượng là 1,25 MeV, trong khi năng lượng do Cs-137 phát ra chỉ bằng khoảng một nửa mức đó. Việc tiếp xúc với các electron và tia gamma như vậy không gây ra phóng xạ trong vật liệu được chiếu xạ, do đó kỹ thuật này có thể được sử dụng trong sản xuất hoặc xử lý nhiều loại sản phẩm tiêu dùng và công nghiệp.
Hơn nữa, xử lý bức xạ có một số ưu điểm lớn so với các công nghệ thông thường. Tiêu thụ ít năng lượng hơn nhiều so với các quá trình khởi tạo bằng nhiệt và hóa học và đồng thời gây ra ít ô nhiễm môi trường hơn. Ví dụ, sơn và một số lớp phủ khác có thể được xử lý ở nhiệt độ phòng với một phần mười năng lượng cần thiết để xử lý bằng nhiệt. Bảo quản thực phẩm bằng bức xạ tiêu tốn ít năng lượng hơn đáng kể so với làm lạnh hoặc đóng hộp. Một nguồn bức xạ giải phóng 1 kilowatt năng lượng gamma (tương đương với nhu cầu điện của một máy nướng bánh mì) có thể chiếu xạ 10 tấn khoai tây mỗi giờ; việc tiếp xúc với một liều nhỏ bức xạ ion hóa sẽ ức chế sự nảy mầm và do đó làm chậm quá trình hư hỏng.
Cơ cấu một hệ thống xử lý bức xạ
Do những lợi thế như vậy, quá trình xử lý bức xạ được ứng dụng ngày càng rộng rãi hơn. Nó đã chứng minh được giá trị đặc biệt trong quá trình xử lý nhựa. Các phản ứng hóa học do chiếu xạ chùm electron gây ra cho phép liên kết chéo các polyme tạo nên nhựa xốp được sử dụng để cách âm và cách nhiệt. Một phần lớn dây và cáp được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ cao và phần lớn hệ thống dây điện trong thiết bị viễn thông được bao phủ bởi lớp cách điện liên kết chéo bằng chiếu xạ electron. Bao bì polyethylene co nhiệt cho giăm bông và gà tây và nhiều sản phẩm gia cầm khác được sản xuất theo cùng một quy trình. Lớp phủ của một số băng ghi âm thanh và video được xử lý bằng cách tiếp xúc với chùm electron, cũng giống như cao su trong một tỷ lệ lớn lốp ô tô. Việc khử trùng các vật tư y tế dùng một lần, chẳng hạn như ống tiêm, bộ dụng cụ truyền máu và áo choàng bệnh viện, thường được thực hiện bằng tia gamma. Các ứng dụng tiềm năng khác của quá trình xử lý bức xạ bao gồm xử lý nhiều loại thực phẩm khác nhau để giảm lượng chất bảo quản hóa học được sử dụng, xử lý nước thải để giảm mầm bệnh và kết tủa lưu huỳnh đioxit và nitơ oxit (là nguồn nguyên liệu chính tạo ra mưa axit) từ khí thải của các nhà máy điện và cơ sở luyện kim đốt nhiên liệu hóa thạch.
Tia laser
Tia laser đã trở thành một công cụ có giá trị trong y học. Chúng cũng có những ứng dụng quan trọng trong một số lĩnh vực khác, chẳng hạn như truyền thông. Ánh sáng laser có thể truyền tải tin nhắn thoại và thông tin được mã hóa kỹ thuật số và có thể truyền với số lượng lớn do tần số cao của nó. Ngoại trừ trong truyền thông vệ tinh-vệ tinh, các chùm tia laser được truyền qua sợi quang. Tốc độ mà điểm hội tụ của một chùm tia laser hẹp có thể được kiểm soát khiến nó phù hợp với nhiều ứng dụng trong xử lý thông tin, ví dụ sử dụng trong máy quét quang học, hệ thống lưu trữ đĩa quang và một số loại máy in máy tính.
Một chùm tia laser có cường độ cao có thể làm bốc hơi ngay lập tức bề mặt của mục tiêu. Khi các xung laser tập trung vào các viên deuterium-tritium đông lạnh, chúng có thể khởi động phản ứng tổng hợp hạt nhân. Tia laser công suất cao có thể được sử dụng làm vũ khí không gian để phá hủy các vệ tinh do thám và liên lạc và thậm chí có thể là tên lửa đạn đạo. Những khả năng tương tự này đã dẫn đến việc sử dụng tia laser trong nghiên cứu cũng như trong phẫu thuật. Đầu dò vi mô laser được sử dụng để phân tích vi mô thành phần bề mặt. Các chùm tia laser đã được phát hiện có tác dụng chọn lọc lên các thành phần tế bào hoặc bào quan: các thành phần hấp thụ ánh sáng có bước sóng của chùm tia sẽ bị phá hủy, trong khi các phần trong suốt của tế bào vẫn không bị ảnh hưởng. Các bào quan như ty thể, chịu trách nhiệm cho quá trình hô hấp tế bào hoặc lục lạp, tham gia vào quá trình quang hợp của tế bào thực vật, có thể được nghiên cứu riêng theo cách này. Một chùm ánh sáng laser cường độ cao có thể được sử dụng để cắt, khắc và hàn quy mô nhỏ trong một số quy trình công nghiệp nhất định. Các “bút” laser có khả năng tạo ra các chùm sáng cường độ cao như vậy đã tỏ ra hữu ích trong việc lắp ráp nhiều linh kiện điện tử khác nhau, chẳng hạn như bộ nhớ máy tính và các đơn vị logic bao gồm các mảng tích hợp các phần tử vi mạch. Việc sử dụng thuốc nhuộm đặc biệt có thể thay đổi hoạt động của tia laser. Sự sẵn có của các chùm tia laser cường độ xung cao cũng đang cách mạng hóa kính hiển vi. Có thể chụp ảnh hoạt động vi mô trong một phần nhỏ của một giây và sử dụng ảnh ba chiều để tổng hợp hình ảnh.
Từ khóa: bức xạ;
– CMD –
