电子加速器在辐照加工中的应用分析

电子加速器在辐照加工中的应用分析

晏锋

（广州凯恒特种电线电缆有限公司）

摘要：近些年随着技术的成熟，电子加速器逐渐在生产领域得到了推广应用。其通过电离辐射来改变产品理化性能的方式，不仅令产品的质量得到了极大的改善，而且也在一定程度上优化了企业效率。本文首先简单介绍电子加速器在我国的技术发展；其次，分析该技术较传统辐照的应用优势；并在最后，提出了这项技术在某些特定领域应用的可行性。

关键词：电子加速器；技术优势；应用分析

引言

我国电子加速器发展始于上世纪50年代，赵忠尧教授领导的小组在北京近代物理研究所研制成功我国第一台质子静电加速器。1964年，谢家麟教授带领研制成功30MeV电子直线加速器，为当时国内能量最高。至60年代，我国自制加速器总数50余台，为日后加速器的发展奠定了良好的基础。80年代，国内加速器由基础科研研究开始向实用发展，活跃于核医学、生物医学、放射治疗、半导体微电子、辐照加工、无损探伤以及核分析等各领域。其后更是在食品、医疗、工业等领域作为常见的加工手段而推广应用。电子加速器种类繁多，我们在这里仅简述工业辐照电子加速器的应用，不包括医用、工业无损检测等其他应用。从发展来看，上个世纪由于当时整体技术水平不高，辐照加工的效果远没有达到预期。而近些年加速器装置的普及推广，给这项技术的进一步发展应用带来利好。

一、电子加速器的特点和优势

1、作用效率更高

以往传统辐照大多使用同位素钴-60（60CO）作为辐射源，但从作用效率来看尚不能满足生产的高要求。这主要是受到技术种类的局限，辐射源的能量等级较低，且能量作用方向呈放射状，无法聚集到单一方向，此类辐射源只适用于简单的消毒杀菌。与60CO源相比，电子加速器的功率大，一般为几十KW到几百KW，能量和束流强度可根据需要调整，作用方向上产生的剂量率要比60CO辐射源高出3到4个数量级，能量利用率高。使用传统60CO辐射源要数分钟才能完成的工作量，电子加速器辐照装置则能在数秒内实现。缩短了照射时间，提高了生产效率。此外，传统辐照的剂量吸收也不太稳定，而电子加速器可使剂量吸收不均匀率有效控制在5％以内。综上，电子辐照能够显著地提高加工的效率和质量，便于对大批量产品进行加工，可形成规模产业。

2、加工更加安全

辐照加工会产生放射性。这不免让人产生安全的顾虑。传统放射源与电子加速器装置的安全防护特点不同，从而产生的防护效果也不同。60CO放射源持续不间断的放出γ射线，不受控制。即使在不生产时也需要防护，在时间上需要全周期防护，在防护不当的情况下容易产生伤害。而电子加速器是射线装置，放射可控，在关机状态下处于静止状态，对环境和技术人员的安全并不构成威胁，且电子辐照产生的放射能量级较低，因此也就不会对周边环境造成太大的影响，给辐射防护带来了极大的便利。

3、无二次污染

辐照加工的一项重要用途是消毒灭菌。在食品和医疗卫生领域有广泛的应用空间。在辐射加工未能普及之前，大量的生产加工企业采用物理化学方法来灭菌。这种工艺虽然也能达到了消毒灭菌的效果，但容易产生二次污染。相反，通过辐照加工则不会产生化学残留问题，不对产品的成分造成影响。另外传统消毒灭菌方法在生产过程中，必须拆封产品的包装，不仅容易造成产品的污染，而且还降低了加工的效率。若使用电子加速器，则可以不破坏包装直接进行辐照，使工艺流程进一步优化。

4、投资低，产出高

发射功率15KW的加速器其价格在1000万人民币左右，大概相当于200～300万居里以上放射源的加工能力。钴源的国际价格是2美元/居里，200万居里的钴源价格是400万美元，合计人民币2800万元，这还不包括钴源退役后的处置费用。

二、电子加速器在辐照加工领域的应用

1、农产品加工领域

辐照加工在我国已经有很长时间的应用，不少企业将这项技术与传统行业相结合，以促进新的经济增长点。这其中农产品加工领域的辐照产业化最成功，市场前景也最为乐观。借助于电子加速器，将能量以高速电子束的形式轰击进入农产品中，将表面及内部细菌害虫的DNA键破坏掉，菌体害虫死亡或失去繁殖能力，从而延长农产品的保质期。对于蔬菜水果等保质期短的生鲜农产品，经过电子辐照杀菌处理，并结合冷冻冷藏储存可大大延长保鲜期。另外，部分农产品中可能存在农药等残留，借助电子辐照，将有害残留降解、破坏，进一步提升品质。

2、医疗卫生领域

医疗器械在使用中要求做到无菌。这就必须将微生物的含量控制在较低的水平。生产商使用环氧乙烷气体对产品进行消毒，能够抑制器械表面微生物的滋生。环氧乙烷在使用过程中会有残留，对人体造成伤害。电子辐照技术的出现恰好解决了这个问题。比如，医疗行业最常用的敷料、纱布和手套等，采用电子加速器进行消毒灭菌，能有效杀灭细菌，避免对患者开放性创口造成接触感染，更避免了环氧乙烷的二次伤害。除此外，在药品生产制造领域，也可以使用电子辐照，将成药、保健品中的有害病菌及时消除。

3、工业材料领域

辐照加工会在一定程度上改变分子结构，促成高分子材料化学键的立体链接，从而使结构更加稳定。这一做法在电线电缆加工中较为多见。PVC，PE，PTFE等材料经辐照加工后，线缆外被的分子结构形成立体交联，密实程度远超常规产品。其不仅显著提高线缆阻燃绝缘、环境适应性等物理指标，还可以提升产品的电性能。航天领域十分重要的耐高温材料PTFE，就是通过电子加速器辐照，提高其性能而得到的。经辐照后的线缆，能有效延长使用寿命。

三、其他行业前景应用

1、辐射固化。辐射固化相较传统的化学固化，有无污染、能耗低、速度快、品质均一等优点。而且辐射固化不使用化学溶剂，是环保型固化方法。辐射固化可以应用于表面喷涂，纺织印染等领域的表面烘干处理。

2、辐射硫化。天然胶乳、橡胶在电子射线作用下可发生交联反应，这一过程与硫化相类似。此过程中不需要添加硫化剂和促进剂等助剂，同时与传统的化学硫化方法相比较，避免了交联剂在基材内部分布不均导致的交联不均匀，也避免了温度梯度影响导致的材料性能下降。

3、辐射降解。高分子聚合物在高能电子束的作用下，其分子结构发生主链断裂，称为辐射降解。与辐射交联一样辐射降解同样具有工业应用价值，如辐射降解型废塑料的处理和橡胶的辐射再生利用。聚四氟乙烯废料及加工后的边角料经辐射降解处理后，再经粉碎得到的超细粉可用作各种润滑剂及耐磨改进剂使用。

4、辐射接枝改性。辐射接枝技术是一种高分子粉碎改性方法。通过辐射接枝能够研制出各种性能优异的新型高分子材料，或者改善原有材料的性能。辐射接枝不需要添加引发剂，因此接枝聚合物非常纯，完全符合医用高分子材料的要求。聚乙烯、聚丙烯类高分子材料性能优良、价格低廉，经过辐射接枝改性后，可以得到如离子交换树脂、共混增容剂等更有价值的新材料。聚乙烯表面通过辐射接枝上极性分子，可以改善其表面亲水性，使材料在粘接、印刷及涂装过程中的加工性能得到改善。在天然纤维、丝绸上接枝丙烯酰胺或丙烯类单体，可有效改善织物的表面性能，提高其抗皱性。天然橡胶通过接枝改性，可作为增韧剂和增容剂，用于工程塑料的增韧等方面。

此外，利用电子束照射快速晶闸管、芯片，可优化产品的性能；黄玉、珍珠、水晶经辐照致色，提高品质；酒类可用辐照陈化，增加产品附加值；污水烟尘可辐照净化处理改善环境；生物育种也可用辐照获得；更可以利用辐照技术，开发出更多性能优异的纳米新材料。由此可见，多种行业都有电子加速器的用武之地。

结语

辐照加工是一项通过高能射线对物质作用所产生的生物效应、化学效应及物理效应，对物品进行杀毒、灭菌、降解有毒有害物质、改善材料性能的高科技绿色加工技术。具有能耗低、无残留、无环境污染、加工流程简单、易于控制以及加工处理后的产品附加值高等优势，可应用于农业、医疗、化工、环保、矿产等诸多领域。建立电子加速器应用辐照中心，能给周边地区带来良好的经济和社会效益。辐照用电子加速器及其衍生设备的应用、研发与制造，必将形成一个具有相当规模的朝阳产业，并带来巨大的经济效益。

参考文献

[1]陈志军,戚文元,颜伟强,岳玲,王海宏,包英姿,袁忠谊,徐贇,孔秋莲.10MeV电子直线加速器辐照工艺确定的简便方法及其应用[J].核农学报,2016,30(04):755-763.

[2]程述震,王宁,王晓拓,王志东,丁武.电子束和γ射线辐照对冷鲜猪肉保鲜效果的研究[J].核农学报,2016,30(05):897-903.

[3]梁燕,洪奇华,孙志明,华跃进.电子束辐照技术在生命科学中的应用[J].核农学报,2018,32(02):283-290.

[4]何仕均主编，电离辐射工业应用的防护与安全，原子能出版社.

[5]梁宏斌等电子加速器及其应用领域科技创新与应用.