電子束輻射技術(shù)應(yīng)用研究及發(fā)展前景

杜方嶺 王志芬 王守經(jīng) 胡 鵬 張奇志

摘 要:近幾年來(lái)電子束輻射技術(shù)越來(lái)越受到人們的重視。結(jié)合國(guó)內(nèi)對(duì)該領(lǐng)域的研究和應(yīng)用情況,綜合分析了電子束輻射技術(shù)的特點(diǎn)、研究現(xiàn)狀和發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞:電子束輻射技術(shù);加速器;發(fā)展前景

中圖分類(lèi)號(hào):TL99 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào):A 文章編號(hào):1001-4942(2009)12-0102-03

目前輻照加工設(shè)備主要有兩種,一種是利用鈷-60或銫-137等γ輻射源的輻照裝置,另一種是利用電子加速器產(chǎn)生一定能量電子束的輻照裝置,分別被稱(chēng)為γ輻照裝置和電子加速器輻照裝置。在我國(guó)γ輻射加工技術(shù)已經(jīng)有50多年的研究和應(yīng)用歷史,工藝技術(shù)成熟,基本實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化應(yīng)用,而電子束輻射加工技術(shù)是20世紀(jì)90年代以來(lái)才被廣泛關(guān)注的高新技術(shù),基礎(chǔ)研究還相當(dāng)薄弱[1],但近年來(lái)該技術(shù)的發(fā)展勢(shì)頭迅猛,呈現(xiàn)出了廣闊的發(fā)展前景[2]。本文就目前我國(guó)該技術(shù)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用情況進(jìn)行了綜述分析。

1 電子束輻射技術(shù)的特點(diǎn)

1.1 電子束的特點(diǎn)

與γ射線相比電子束具有以下優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn):(1)可利用的能區(qū)寬。用戶(hù)可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)制造多能區(qū)可轉(zhuǎn)換或單能區(qū)的專(zhuān)業(yè)設(shè)備。(2)電子流聚束性能好。加速器產(chǎn)生的電子束集中,方向一致,可以產(chǎn)生更高的劑量率。(3)能量利用率高,一般在60%左右。電子束在照射物品時(shí),其能量可以均勻地分布在被照射的區(qū)域內(nèi),幾乎全部被吸收。(4)操作簡(jiǎn)單,使用安全,除消耗電能外不再產(chǎn)生其它對(duì)環(huán)境的污染隱患。(5)高能電子束可以轉(zhuǎn)化為穿透能力更強(qiáng)的X射線。

1.2 高能電子束與γ射線的區(qū)別

由于來(lái)源不同,電子束和γ射線在許多方面存在著很大的差別(見(jiàn)表1)。

2 電子束輻射技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域[3,4]

2.1 輻射化工

電子束輻射技術(shù)在化工領(lǐng)域的應(yīng)用,主要集中在電線電纜的輻射交聯(lián)、熱收縮材料、橡膠產(chǎn)品的輻射預(yù)硫化處理、發(fā)泡材料輻射交聯(lián)、電池隔膜、涂料的輻射固化處理等方面。

2.2 輻射消毒、殺菌

在農(nóng)產(chǎn)品和食品輻照加工、谷物的輻射殺蟲(chóng)貯藏、醫(yī)療用品消毒處理、植物性產(chǎn)品的進(jìn)出口檢疫等方面,電子束輻射技術(shù)具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì),該領(lǐng)域已經(jīng)成為最近幾年國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。

2.3 環(huán)保技術(shù)

將電子束輻射技術(shù)與傳統(tǒng)的化學(xué)、生物治污技術(shù)相結(jié)合,研發(fā)新的污水處理、醫(yī)療垃圾無(wú)害化處理、煙道氣脫硫脫硝綜合處理技術(shù)等,在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)取得了一批技術(shù)成果,部分已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。

2.4 輻射誘變育種

電子束輻射誘變育種和創(chuàng)新農(nóng)作物種質(zhì)還是一個(gè)嶄新的領(lǐng)域,國(guó)內(nèi)外的基礎(chǔ)性研究非常少。從目前僅有的研究結(jié)果看,它是一種高效的農(nóng)作物育種技術(shù)手段。

3 電子束輻射技術(shù)的研究現(xiàn)狀

3.1 農(nóng)產(chǎn)品、食品貯藏加工應(yīng)用研究

農(nóng)產(chǎn)品、食品輻照貯藏加工技術(shù)是安全有效的綠色加工技術(shù),在該應(yīng)用領(lǐng)域電子加速器輻射技術(shù)比傳統(tǒng)的鈷源輻射技術(shù)具有更強(qiáng)的綜合技術(shù)優(yōu)勢(shì),因此,它的研究和應(yīng)用也備受學(xué)者的關(guān)注。李淑榮等(2004)[5]研究發(fā)現(xiàn),采用518 Gy以上劑量輻照赤擬谷盜的成蟲(chóng),在4周后死亡率達(dá)到100%。對(duì)小麥和稻谷的研究證明1 kGy劑量的電子束輻照處理,不會(huì)對(duì)其營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和加工特性造成顯著影響。丘泉發(fā)等研究發(fā)現(xiàn),利用低劑量的電子束輻照荔枝,可以推遲成熟3～7 d。采用0.04 kGy劑量電子束輻照大蒜,可以抑制發(fā)芽[6]。另外,在檢疫害蟲(chóng)的輻照處理技術(shù)、小包裝方便食品的輻照加工等方面也做了一些研究工作,取得了很好的效果[7]。

3.2 農(nóng)作物育種應(yīng)用研究

截至目前,我國(guó)利用電子(束)輻射技術(shù)已經(jīng)誘變選育成功3個(gè)禾谷類(lèi)作物品種[8],還進(jìn)行了部分作物的電子束輻射敏感性研究。郭寶江等(1982)[9]用5 MeV電子束輻射水稻研究發(fā)現(xiàn),電子輻射引起的輻射損傷輕、誘變效率較高、變異譜較廣。安道昌等在冬小麥、張燕凌等在春小麥上的研究發(fā)現(xiàn),高能電子束對(duì)這兩種作物誘變的生物學(xué)效應(yīng)要高于中子和γ射線。陸偉等(1995)[10]對(duì)高粱干種子的研究發(fā)現(xiàn),高能電子束的輻射效應(yīng)或M1代的田間株型變化均高于γ射線,并確定了白粒品種的適宜劑量為30～50 Gy,紅粒品種100～150 Gy。舒慶堯等(1996)[11]對(duì)水稻的研究發(fā)現(xiàn),萌動(dòng)種子的適宜劑量是50 Gy,干種子的適宜劑量是150 Gy,并出現(xiàn)了小花不育的現(xiàn)象。汪麗虹等(1995)[12]發(fā)現(xiàn),55 keV加速電子束輻照枸杞種子引起了非按期DNA的合成,而對(duì)其產(chǎn)生的損傷程度要比7 MeV 16O6+重離子產(chǎn)生的損傷要大。芮靜宜等(1995)[13]的研究發(fā)現(xiàn),電子束對(duì)大麥干種子的誘變適宜劑量為100～200 Gy,M2代的突變率達(dá)到0.276%～3.84%,除了出現(xiàn)多種葉綠素變異類(lèi)型外,還出現(xiàn)了許多形態(tài)和生理習(xí)性突變。

研究發(fā)現(xiàn)電子束輻射誘變具有輻射損傷低、誘發(fā)變異頻率高、變異譜廣等特點(diǎn),是具有很大發(fā)展?jié)摿Φ男抡T變?cè)础?/p>

3.3 輻射化工

國(guó)內(nèi)利用加速器輻射技術(shù)進(jìn)行化工材料的生產(chǎn)和改性,已經(jīng)取得了許多技術(shù)成果,有的已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模應(yīng)用。俎建華等系統(tǒng)研究了一步法輻射接枝制備磺酸型離子交換膜的各種工藝條件,并將結(jié)果應(yīng)用于新型動(dòng)力電池隔膜的研制。劉振灝等(1995)[14]研究發(fā)現(xiàn)將磁鐵技術(shù)應(yīng)用于電子束輻照電線電纜的束下工藝,可以提高束流利用率,改善輻照均勻性。孫大寬對(duì)電子束輻射固化樹(shù)脂基復(fù)合材料進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)對(duì)子午線輪胎采用電子束輻照預(yù)硫化工藝,不但可以大大提高天然橡膠的分子交聯(lián)強(qiáng)度,還能夠節(jié)約10%的天然橡膠用量,節(jié)約能源,保護(hù)環(huán)境。另外,電子束輻射技術(shù)在熱收縮材料、發(fā)泡塑料、高性能印染助劑、納米材料的生產(chǎn)技術(shù)等方面也進(jìn)行了大量的研究和應(yīng)用[3]。

3.4 新型環(huán)保技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用

電子束輻射技術(shù)在環(huán)保方面的應(yīng)用一直備受關(guān)注,大量的研究發(fā)現(xiàn)電子束輻照處理在“三廢”治理方面具有突出的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所進(jìn)行了電子束輻射處理環(huán)境污染的研究,發(fā)現(xiàn)4～10 kGy的劑量與1%的O3結(jié)合,能夠大大提高SO2和NOx(氮氧化物)的脫除效率,并研制成功了束能量在0.7～0.8 MeV 、束流強(qiáng)度為140～160 mA的高功率專(zhuān)用設(shè)備。田揚(yáng)捷等(2002)[15]研究認(rèn)為輻射處理后的煙道氣,還可以生產(chǎn)硫酸銨和硝酸銨。單張生、劉下國(guó)等認(rèn)為電子束輻射處理可以殺滅各類(lèi)污水、污泥中的致病微生物和寄生蟲(chóng),還能夠分解苯酚、氧化苯酚和高分子材料等有害有機(jī)物[16,17]。與傳統(tǒng)的填埋、投海、焚燒等處理方法相比,輻照處理“三廢”不會(huì)造成環(huán)境的二次污染,符合我國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略。目前我國(guó)已在成都和杭州等地建立了電子束煙道氣凈化處理示范裝置。

4 電子束輻射技術(shù)的發(fā)展前景

4.1 谷物的輻射殺蟲(chóng)貯藏

目前我國(guó)的谷物貯藏仍采用傳統(tǒng)的藥物熏蒸法防殺害蟲(chóng),不但會(huì)產(chǎn)生藥物殘留,影響谷物的食用安全性,還會(huì)產(chǎn)生對(duì)環(huán)境的污染,誘發(fā)害蟲(chóng)的抗藥性[18]。大量的研究發(fā)現(xiàn),電子束輻射處理谷物殺蟲(chóng)徹底,具有全相性,不會(huì)造成對(duì)產(chǎn)品和環(huán)境的污染,能夠很好地保持谷物的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和加工特性,是具有廣闊發(fā)展空間和應(yīng)用前景的綠色貯糧技術(shù)。

4.2 方便食品的輻射殺菌

方便食品是一類(lèi)開(kāi)包即可食用的產(chǎn)品,衛(wèi)生質(zhì)量的好壞會(huì)嚴(yán)重影響其自身的食用安全性,甚至?xí)＜跋M(fèi)者的生命安全。大量的研究證明,電子束輻射處理能夠有效地殺滅這類(lèi)產(chǎn)品中的污染微生物,特別是一些致病菌(如大腸桿菌、沙門(mén)氏菌等),能夠在確保食用品質(zhì)和風(fēng)味的條件下,大大提高產(chǎn)品的衛(wèi)生質(zhì)量。

4.3 進(jìn)出口產(chǎn)品的輻射檢疫處理

隨著世界經(jīng)濟(jì)一體化發(fā)展的不斷深入,我國(guó)進(jìn)出口商品的數(shù)量和品種迅速增長(zhǎng),檢疫害蟲(chóng)的防范壓力也隨之大幅度增加。充分發(fā)揮高能電子束輻射處理全相殺蟲(chóng)的特點(diǎn),展開(kāi)對(duì)植物及植物性產(chǎn)品中檢疫害蟲(chóng)的輻射技術(shù)研究,并盡快建立相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),對(duì)于保護(hù)我國(guó)的物種安全具有重要的戰(zhàn)略意義。

4.4 特種電線電纜的輻射加工技術(shù)

核電站、軌道交通、海底電纜和高壓輸電技術(shù)的迅速發(fā)展,對(duì)于電線電纜的性能提出了非常高的要求。通過(guò)對(duì)基料和加工技術(shù)工藝的研究,開(kāi)發(fā)生產(chǎn)具有特種性能的線纜,以滿(mǎn)足以上行業(yè)發(fā)展的需要,在該領(lǐng)域電子束輻射技術(shù)具有非常突出的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和廣闊的發(fā)展空間。

參 考 文 獻(xiàn):

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