Công nghệ bức xạ đóng vai trò quan trọng trong các ngành khai thác nhiên liệu hóa thạch, vận chuyển và phân phối, cuối cùng là tạo ra năng lượng. Một số ứng dụng điển hình bao gồm quan trắc nước ngầm ở khu vực lân cận mỏ than lộ thiên; giám sát nồng độ khí Radon để đảm bảo an toàn cho công nhân ở các mỏ than sâu; hệ thống kiểm soát hạt nhân trong việc kiểm soát than; ứng dụng liên quan đến ngành công nghiệp dầu mỏ, phục hồi mỏ dầu, đường ống vận chuyển và nhà máy lọc dầu; máy đo bức xạ beta để giám sát tro trong không khí và công nghệ bức xạ để xử lý khí thải…
Khai thác than
Than là nguồn nguyên liệu chính trong ngành công nghiệp năng lượng (cả nhiệt và điện) hiện nay ở hầu hết các quốc gia đang phát triển, trong đó có Việt Nam. Tuy nhiên, nguồn năng lượng này lại có tác động nghiêm trọng đến môi trường, đặc biệt là ảnh hưởng đến nước ngầm và nước mặt, có thể dẫn đến suy thoái và ô nhiễm các hồ chứa nước. Kỹ thuật phân tích thành phần đồng vị ổn định (hydro, oxy và lưu huỳnh) và đồng vị phóng xạ môi trường (222Rn, T và 14C) kết hợp với phân tích nồng độ muối vô cơ trong các mẫu mang lại nhiều thông tin hữu ích liên quan đến quy trình xử lý nước thải ở các mỏ than. Các phép đo nồng độ triti được sử dụng làm dữ liệu cho việc nghiên cứu, đánh giá sự xâm nhập của nước; trong khi kỹ thuật phân tích 222Rn là phép đo độ thăng bằng, còn 34S và 18O là phép đo chiết xuất các thành phần tro bay (lắng đọng trong các mỏ khai thác) và cuối cùng là 18O và 2H trong các phân tử nước cho phép thiết lập các nguồn nước nạp.
Thiết bị đo bức xạ được thiết kế để đo nhanh nồng độ sản phẩm phân rã radon trong các mỏ, hầm lò, nơi có nguy cơ phát xạ 222Rn và nồng độ radon đặc biệt cao. Việc đo các sản phẩm phân rã phóng xạ radon 222Rn cho phép đánh giá nhanh hệ thống thông gió của mỏ, tính hiệu quả và nguy cơ tác động đến sức khỏe công nhân. Thiết bị đo bức xạ được điều chỉnh để hoạt động trong môi trường khắc nghiệt của mỏ than, quặng kim loại và các mỏ nguyên liệu hóa chất được xếp vào loại nguy hiểm (khí mêtan). Thiết bị này đo nồng độ thế năng alpha của sản phẩm phân rã từ radon và nồng độ RaA (218Po), RaB (214Pb), và RaC + RaC ’(214Bi + 214Po).
Thiết bị đo bức xạ RGR-40: đo nồng độ thế năng alpha của các sản phẩm phân ra từ radon và nồng độ RaA (Po-218), RaB (Pb-214), và RaC + RaC ’(Bi-214 + Po-214)
Kết quả thu được được hiển thị bằng μJ/m3 đối với nồng độ thế năng alpha và Bq/m3 đối với nồng độ sản phẩm phân rã và được lưu trữ trong bộ nhớ hoạt động của hệ thống vi xử lý. Kết quả cũng có thể được truyền tới máy tính hoặc máy in. Các phép đo nhanh hàm lượng tro bay có thể được thực hiện bằng ứng dụng của máy đo ALFA-05/2E, dựa trên sự hấp thụ các tia gamma năng lượng thấp và trung bình do một đồng vị phát ra. Các phép đo được thực hiện trên băng tải đối với các hạt than nằm trong khoảng 0–80 mm.
Đường ống vận chuyển dầu và cột chưng cất
Trong quá trình khai thác dầu, hỗn hợp dầu và nước được bơm vào và sau đó được tách ra. Hệ điều khiển hạt nhân mang lại điều kiện thuận lợi cho quá trình kiểm soát sự phân tách này. Dầu được vận chuyển qua các đường ống và việc kiểm soát các điều kiện của chúng là rất quan trọng để ngăn khả năng bị rò rỉ, gây ra thảm họa cho môi trường và có thể dẫn đến tổn thất kinh tế. Các kỹ thuật đồng vị sử dụng 82Br (ở dạng metyl bromua) được áp dụng để xác định vị trí rò rỉ trong đường ống dẫn dầu đó. Trong phương pháp này, metyl bromua dạng khí có gắn brom-82 được đưa vào dòng chảy trong đường ống dẫn. Điểm rò rỉ (nếu có) được phát hiện bằng thiết bị dò tia gamma đặc biệt (được đặt trong vỏ chịu áp) di chuyển cùng đường ống.
Thiết bị dò được đưa vào đường ống ngay sau khi chất đánh dấu phóng xạ đi qua. Thiết bị sẽ liên tục ghi lại liều phóng xạ trong đường ống cũng như các đỉnh 82Br tại các điểm rò rỉ (nếu có). Hoạt độ của 82Br tại các điểm rò rỉ đó có thể lên đến 1–10 μCi (37–370 KBq). Vị trí chính xác của điểm rò rỉ được xác định bằng cách thực hiện các phép đo bức xạ bên dưới đất mặt hoặc không gian phía trên đường ống trong khu vực được chọn trên cơ sở dữ liệu thu được. Mức rò rỉ tối thiểu có thể phát hiện được là 500 cm3/giờ. Sử dụng thiết bị dò theo dõi có thể kiểm soát các đường ống có đường kính từ 200 đến 600 mm.
Các kỹ thuật này được sử dụng tương tự trong thử nghiệm lắp đặt nhà máy lọc dầu. Nguyên tắc chung của kỹ thuật đồng vị phóng xạ bao gồm đưa vào đối tượng điều khiển một chất đánh dấu đồng vị phóng xạ, sau khi gắn với chất điều khiển hoặc thiết bị điều khiển sẽ di chuyển đến chỗ rò rỉ, nơi được hấp phụ trên chất hấp thụ tự nhiên (đất, các chất cách nhiệt) hoặc tổng hợp (vật liệu đặc biệt sử dụng trước khi kiểm tra). Trong trường hợp sử dụng metyl bromua trong môi trường hữu cơ, thì kali bromua sẽ được sử dụng cho bể chứa nước và các công trình khác. Phép đo bức xạ của chất hấp phụ cho phép xác định hoặc loại trừ chính xác vị trí rò rỉ.
Kiểm tra rò rỉ tại các đường ống dẫn dầu. a – thiết bị phát metyl bromua (Br-82); b – “Pig” với đầu dò phóng xạ gamma và hệ thống ghi bên trong.
Kỹ thuật đo bức xạ gamma (quét gamma) hiện đã trở thành công cụ phổ biến để kiểm tra các cột chưng cất. Kỹ thuật này cho phép kiểm tra bên trong cột mà không làm gián đoạn hoạt động của nhà máy. Chùm tia gamma chuẩn trực đi qua thành cột, chịu ảnh hưởng bởi các điều kiện bên trong cột và thủy lực, sau đó đi qua mặt bên kia. Bằng cách đo cường độ của bức xạ ở phía bên kia của cột, người ta có thể xác định được mật độ của vật liệu mà bức xạ đi qua. Vật liệu có mật độ càng cao thì khả năng hấp thụ bức xạ càng cao. Sự hấp thụ bức xạ là một hàm của lượng chất lỏng, bọt và kim loại ở giữa các thành cột trong khu vực được kiểm tra.
Nguồn tia gamma và thiết bị dò bức xạ được hạ xuống đồng thời dọc theo các mặt đối diện của cột chưng cất. Tần suất ghi theo các khoảng xác định trước hoặc các vị trí dọc theo cạnh cột. Cấu trúc của khay và chất lỏng trong boong có khả năng hấp thụ bức xạ cao nhất. Không gian chưa hơi khí cung cấp khả năng hấp thụ thấp nhất. Khi quét các khay có dòng chảy chéo thông thường, quá trình quét gamma được thực hiện theo đường thẳng trên mặt khay hoặc mặt dưới để thu được kết quả ở mặt khay hoặc mặt dưới tương ứng. Quét gamma có thể được sử dụng để:
– Xác định vị trí hư hỏng khay, hướng và dòng chảy;
– Xác định sự hiện diện của bọt trên khay và chất lỏng trong các bộ phân tách và khay đựng;
– Phát hiện khả năng bị ngập trong cột chưng.
Các nhà máy nhiệt điện Than
Than là nhiên liệu hóa thạch gây ô nhiễm nặng nề nhất. Các nhà máy nhiệt điện Than thải ra lượng lớn các chất ô nhiễm có tính axit như SO2 và NOx, thủy ngân và tro bay (đặc biệt là PM2.5). Hệ thống giám sát bụi sinh ra trong không khí bằng đồng vị phóng xạ được áp dụng trong khu vực lân cận của các nhà máy nhiệt điện để kiểm soát ô nhiễm không khí. Thiết bị đo có thể hoạt động như một thiết bị theo dõi ô nhiễm bụi riêng lẻ hoặc trong một mạng lưới giám sát. Một hệ thống vi xử lý được sử dụng để điều khiển chu kỳ đo và xử lý tín hiệu đầu đo, cũng cho phép hiển thị nồng độ bụi đo được, tốc độ và hướng gió trên màn hình LED. Kết quả đo cũng có thể được truyền tới máy tính bằng cổng nối tiếp nhằm mục đích lưu trữ hoặc xử lý thêm.
Nguyên lý hoạt động của thiết bị đo dựa trên phép đo khối lượng bụi lắng đọng trên tấm lọc từ thể tích không khí đã biết. Thể tích không khí được xác định bởi thời gian lắng bụi trong khi lưu lượng khí không đổi. Khối lượng bụi lắng đọng được xác định bằng sự suy giảm bức xạ beta từ nguồn 147Pm. Các thiết bị đo cũng có thể được điều khiển và lập trình với sự trợ giúp của kênh thông tin từ máy tính trung tâm. Dữ liệu đo giữa các thiết bị giám sát và máy tính trung tâm được truyền bằng một modem GSM. Phân tích kích hoạt neutron (NAA) được sử dụng để kiểm soát nồng độ kim loại nặng trong bụi.
Bộ phận xử lý sử dụng công nghệ EB bao gồm bốn hệ thống: hệ thống làm mát khí, hệ thống phun amoniac, hệ thống thùng lò với máy gia tốc, hệ thống lọc bụi tĩnh điện.
Ngoài giám sát, công nghệ bức xạ có thể được áp dụng để làm sạch khí đốt từ than và dầu. Công nghệ xử lý khí thải sử dụng chùm tia điện tử (EB) là công nghệ khử đồng thời SO2 và NOx hiện đã được áp dụng ở quy mô công nghiệp. Cả hai chất ô nhiễm đều có thể được loại bỏ với hiệu quả cao và sản phẩm phụ thu được được sử dụng làm phân bón.
Từ khóa: đồng vị phóng xạ; than; nhiệt điện; dầu khí; đánh dấu phóng xạ;
– CMD&DND –
