國內外,輻射加工在高分子材料、食品保藏、衛生醫療用品的消毒等諸多領域廣泛應用。
一、輻射改性得良材
人們利用輻射加工制造出具有神奇屬性的材料,解決了生產、生活中的難題,如信息功能材料、能源功能材料、智能材料、生物材料、碳素材料、環保材料、高性能結構材料、功能高分子材料先進復合材料等等。
電線、電纜常常長期被埋在地下泡在水中或長年累月暴露在空氣中經受著風吹雨淋和日曬,因而它要有優良的電氣性能的同時還要具備較強的抗氧化性能。航天航空、海上采油、通信、核能開發等許多領域都會用到高品質的電線電纜,輻照加工幫人們解決了上述問題。
聚氯乙烯受到γ射線或電子東照射后,聚氯乙烯分子間的柔性線性結構交聯為剛性的三維立體結構,使材料性質發生顯著變化,具有“記憶”原來形態的性能,可通過加熱恢復原狀,此外還具有良好的阻燃性、耐寒性、耐熱性、耐惡劣環境等特點。這種材料制成的電纜(圖3-14)已廣泛應用于大亞灣核電站、神州5號航天工程、三峽水利樞組、慶祝建國50周年天安門廣場改造等國家重點工程項目中。
圖3-14輻射加工的電纜
含膠雙壁熱縮套管(圖3-15)外層采用優質的聚烯烴合金,內層熱熔膠復合加工而成。經電子加速器輻照交聯、連續擴張后形成最終產品:外層具有柔軟、低溫收縮、絕緣、防腐、耐磨等優點內層具有低熔點、粘附力好、防水密封和機械應變緩沖性能等優點這項技術廣泛應用于電子設備的接線防水、防漏氣,多股線東的密封防水(如家電線束、汽車線束等),電線電纜分支處的密封防水,金屬管線的防腐保護,電線電纜的修補,水泵和潛水泵的接線防水等作業。
圖3-15輻射交聯熱縮套管 圖3-16輻射加工的熱縮袋
利用“記憶效應”,還可以制造熱縮膜。熱縮膜可以做保鮮食品袋(熱縮袋,圖3-16)。裝進食品抽真空之后,再加熱,食品袋就會強烈收縮,緊貼在食品上。這樣,食品就可以隔絕空氣,長期保存不變質,確保食品安全。人們從超市買來的燒雞、烤鴨就是這樣的包裝。
二、病毒細菌的“快速殺手”
有數據顯示,每張人民幣平均含菌量17.8萬個,5角、1元、1角面額的紙幣,每張附帶的菌數更高達1800萬個。人民幣在流通過程中接觸人員眾多,層次復雜,已成為致病細菌傳播的重要途徑之,因此錢幣需要消毒。除此之外,醫療用品、食品、餐具、衣物內等也都需要消毒滅菌。可以說消毒滅菌已經成為人類生活重要的組成部分。
常規的消毒滅菌方法有高溫高壓、氣體熏蒸消毒,但這兩種方法有較大的缺點。高溫高壓法存在滅菌不徹底的弊端,同時對材料有所選擇,不適用于那些對熱敏感的材料(如塑料制品、一些橡膠制品等)。氣體熏蒸方法是用化學氣體熏蒸物品從而達到消毒、滅菌的方法,該方法主要使用環氧乙烷、溴甲烷等化學物質。因此,要求包裝材料必須透氣(又不能透菌),否則在產品中將有化學物質殘留,同時不能滲進氣體的地方將會有微生物殘留。特別值得指出的是,這些化學物質是強致癌物質,雖然對殘留量有嚴格的限值,但畢竟還是有殘留,對人類健康造成一定的程度的威脅。因此,歐共體及其貿易伙伴自1991年起就明文禁止在醫療保健行業采用環氧乙烷、溴甲烷熏蒸法進行滅菌處理。根據1989年《蒙特利爾議定書》條款,必須停止使用損害臭氧層的二溴化乙烯,溴甲烷或環氧乙烷等用于食品熏蒸和滅菌的化學物質。
取而代之的是無污染的鉆一等γ射線輻照滅菌法。輻照滅菌法就是利用放射源的γ射線及加速器產生的高能電子東或X射線照射被滅菌物品。射線會破壞物品中微生物的結構(直接或間接破壞微生物的核糖核酸、蛋白質和酶),從而發揮殺滅微生物的作用。輻射滅菌較前兩種滅菌方法有很大的優勢,非常適用于醫療用品的滅消毒:1)輻射滅菌的處理是在常溫下進行的,適用于對熱敏感的塑料制品、生物制品和藥物(圖3-17~圖3-19):2)輻射穿透力強,殺菌均勻徹底,能夠輻照密封包裝產品;3)輻射滅菌速度快,可連續作業,適合于大規模加工(加工現場見圖3-20)。
三、輻照保鮮綠色無毒
相較于使用藥物保鮮食品,輻照保鮮持久,且無殘留。日常生活中許多植物食品,會在適當的條件下發芽、發霉甚至腐爛導致不能食用,如發芽的土豆含有大量龍葵素,食用后會引起中毒癥狀。植物發芽是繁衍生殖的自然屬性,而往往只需要小一部分用于繁殖新物品,大部分用于日常餐桌上食用。因此,用于食用的產品應采取適當措施防止其發芽繁殖。
人們發現,射線可以降低或抑制植物中的分生孢子,延長食品的休眠期甚至終止食品的生命活動,從而達到保存食物的目的。此外如輻射滅菌一樣,射線還能殺滅食品中的細菌或植物害蟲,防止微生物引起的食品腐爛,延長食品的保存期,提高食品的衛生品質。例如,流通在各大超市里面的定量小包裝鮮肉產品,普通包裝的產品在2~4℃時鮮肉的保質期是2天,即使采用真空包裝,其保質期也只有5~7天。但是,如果采用真空包裝再利用低劑量輻照處理,該產品可在2~4℃范圍內保質期延長至30天。這樣才能有足夠的時間“漂洋過海”來豐富人們的餐桌。而且經過輻照處理的鮮肉已經有效地殺滅了各類寄生蟲和致病菌,有利于各類食源性疾病的預防(圖3-21)。
新捕撈的魚蝦,新屠宰的豬羊肉,經過清洗、裝進包裝袋、抽真空密封和射線輻照滅菌處理等環節后,人們食用時既方便衛生又新鮮可口(圖3-22)。圖3-23給出了經過輻照加工食品的標志。
四、殺滅頑固的細菌
2001年美國發生了炭疽攻擊事件,從9月18日開始有人把含有炭疽桿菌的信件寄給數個新聞媒體辦公室以及兩名民主黨參議員。這個事件導致五人死亡,17人被感染,一度引起世界各國恐慌。為殺滅炭疽菌,美國政府緊急采用電子加速器對接收的郵件進行輻照,阻止了炭疽菌的進一步傳播和擴散,從而化解了炭癡菌危機。
為什么炭疽菌如此可怕?專家告訴我們說,炭疽菌以孢子形式傳播,那些兒乎無生命的孢子藏在郵件里,無論是嚴冬或酷暑,外界的變化對它們都不起作用,孢子們在靜靜地等待時機,一旦被人們接觸,它們就會成為致命病菌。
我國自行開發研制的自屏蔽式電子束輻射滅菌加速器(圖3-24),其電子槍可發射出高功率的電磁波,當傳送帶上的被照射物品通過高能電子輻射區后,被輻射物品中的生物細就會被全部殺死,可殺滅郵件、郵包中的炭疽菌、天花、鼠疫等生物細菌,而經過處理的郵件和物品不會殘留任何放射性。
圖3-24電子加速器郵件消毒滅菌
輻射加工利用伽瑪射線和電子東用于高分子合成、材料改性滅菌、衛生材料和藥品的消毒及食品保鮮,具有顯著的優點。首先,與化學法相比,無需高溫高壓,不需要引發劑、催化劑,基本屬于“冷加工”,可用于熱敏材料和生物功能材料等的加工:第二,利用電離輻射的穿透性無需對包裝好的物品進行拆包加工:第三,加工過程可以實現自動化,實現連續做工,減少人力成本:第四,加工過程對環境對環境影響小,除少量臭氧外,兒乎無有害物質產出并排放。用于輻射加工的電離輻射主要米源于伽瑪輻照裝置和電子加速器。
輻照裝置
輻照加工是在輻照加工廠里進行的,其進行輻照加工的設施通常叫做輻照裝置。輻照裝置內部區域分控制區和監督區。控制區墻壁厚實,門禁嚴密,還設有迷道,確保射線無法穿出控制區。輻照加工時控制區內嚴禁有人員停留。監督區內主要有操作臺和監視報警系統,通過多重技防設施,確保輻射安全。在輻照裝置內部,應用廣泛的放射源是的鉆,的鉆放射源被放置在輻照室的水井內屏蔽存放。當輻照作業時,操作人員通過控制臺將放射源從水中吊起至工作位,輻照圍繞在放射源周邊的物品。常見γ輻照裝置以放射源為核心,包括放射源升級系統、控制系統、產品傳輸系統等輔助系統。以動態懸掛鏈式輻照裝置(圖3-25~圖3-27)為例,其受照物品由懸掛貨箱經運送軌道送入輻照室,工作時輻照室控制區內無任何人員。其原理類似于掛爐烤鴨,其中放射源就是好比燃燒的木炭,貨箱就似烤鴨。
除了γ輻照裝置外,加速器裝置(圖3-28)是輻射加工另一個重要的射線源。加速器裝置是以電子加速器為核心設備的產生、加速、引出和應用帶電粒子束流的裝備。電子加速器與放射源的重要區別是,只有在通電高壓狀態才發射射線,而放射源的特點是無時無刻都有放射性直至衰變為穩定的核素。加速器裝置一般設在專門的混凝土屏蔽房間內,電子加速器被斷電斷壓后射線立即停止發出因此在停工期間無須特別防護人員即可安全進出輻照加工車間。輻照加工時,加速器被通電加高壓,電子東流被引出并輻照產品。加速器裝置的受照物品傳動系統類似于輻照裝置輻照加工車間通過工程設計和安全管理等措施防止人員進入。
圖3-28 電子加速器輻照裝置