20 Aplikasi dan teknik Industri dari Radionklida dan Pancaran Nuklir 20. 1 Ilmu Pengetahuan Tentang Teknik Radiotracer Dalam teknik ilmu pengetahuan dan industri, ilmu pengetahuan tentang teknik radiotracer terutama digunakan untuk investigasi dari prosedur campuran dan pemisahan dan proses jalannya transportasi dalam mesin, teknik menanam dan saluran.

Tabel 20. J memberikan satu survei dari berbagai radionuklida digunakan sebagai radiotracers (indikator) pada industri. T dan 4C memancarkan daya pancaran rendah radiasi - dan oleh karenanya tidak dapat dideteksi dari luar. Bagaimanapun, sampel-sampel yang mengandung radionuklida ini dapat diukur dengan kepekaan yang tinggi menggunakan perhitungan lliquid scintillation, yang mana menawarkan kemungkinan dari penerapannya melebihi jarak aktivitas dan mengukurnya setelah cairan tinggi.

Generator Radionuklida belum mendirikan aplikasi lebar di industri, sebagian besar karena peraturan mengenai peangananan unsur radioaktif dan risiko dari pencemaran. Pada industri logam, radionuklida biasanya digunakan untuk mempelajari difusi dan pembentukan logam campuran. Korosi dan pemakaiannya dapat dipelajari dengan sensitivitas tinggi. Salah Satu contoh penelitian penggunaan cincin piston pada motor: setelah aktivasi dari

cincin piston, tempat dengan pemakaian terbesar dapat diidentifikasi pada pemutaran balik. Aplikasi dari radiotracers di dalam penelitian memberikan keuntungan dari percobaan pendek dan informasinya tepat secara relatif. Dari pada mempergunakan sampel teraktifasi, tanamkan mengandung Kr mungkin diterapkan, dalam hal ini, pembebasan dari Kr adalah satu ukuran dari pemakaian. Pada air dan industri minyak, mengangkut proses dapat diselidiki. Salah satu contoh adalah studi dari arus bawah tanah oleh aplikasi dari tritiated air. Dalam aplikasi ini, keuntungan yang diambil adalah dari kepekaan tinggi dari pelacakan tritium. (Gambar 20.1 T dapat ditentukan dalam suatu perbandingan atomik berdasarkan T:H 10-19)T dapat ditentukan pada satu rasio atomc bawah ke t: II. 10.19) Untuk pengukuran aliran gas dan cairan , radionuklida atau berlabel,senyawa dapat disuntikkan dan aktivitas mereka dapat diukur dari diluar jarak tertentu . Kegiatan dicatat sebagai fungsi waktu memberikan informasi tentang dinamika aliran .Bahan fluks dan waktu tinggal dalam instalasi teknis , misalnya dalam campuran, dapat dipelajari dengan penambahan suatu radiotracer dan mengambil sampel sebagai fungsi waktu .Pencapaian aktivitas konstan pada campuran menunjukkan pencampuran menyeluruh. Hal yang sama, waktu tinggal di kapal dapat ditentukan dengan menambahkan radionuklida atausenyawa berlabel di pintu masuk kapal dan mengukur aktivitas di pintu keluar sebagai fungsi waktu .Dalam semua penelitian , perlu diketahui bahwa perilaku radioaktif tracer ( indikator ) dan bahan untuk diselidiki adalah sama . jika zat yang diteliti berubah secara kimia di dalam proses, sangat perlu bahwa diterapkan dalam bentuk kimia yang sama .Saldo materi dalam instalasi teknis dapat dipelajari dengan suntikan tunggal radiotracer dan pengambilan sampel terus-menerus dalam semua aliran , atau dengan penambahan terus menerus radiotracer hingga distribusi stasioner di semua sungai dan pengambilan sampel tunggal dalam sungai-sungai ini . Secara umum, metode kedua membutuhkan penerapan kegiatan yang lebih tinggi , namun memberikan hasil yang lebih tepat sehubungan dengan keseimbangan materi . T dan 14C lebih suka untuk jenis penelitian ini . Air terdesak dalam pipa dapat diperiksa dengan menyuntikkan emisi emitter pendek dan mengukur kemungkinan pelepasan dari luar . Dengan cara ini , Kebocoran dapat ditemukan tanpa menggali tanah . Demikian pula , kebocoran pada penukar panas atau sistem pendingin dapat diselidiki. Dalam aplikasi ini , prosedur berikut sering diterapkan : Setelah injeksi dari radionuklida atau penamaan senyawa dan distribusi homogen dalam sistem, komponen radioaktif dicuci dan luar kontainer tersebut akan diperiksa untuk radioaktivitas .

20.2 Penyerapan dan Hamburan Radiasi

Penyerapan atau hamburan radiasi radioaktif diterapkan dalam industri untuk mengukurketebalan atau untuk pengujian material. Sebagai contoh, produksi kertas ,plastik atau logam foil atau lembaran dapat dikontrol terus menerus dengan melewati materials antara radionuklida dikemas sebagai sumber radiasi dan detektor dikombinasikan dengan ratemeter , seperti yang ditunjukkan pada Gambar . 20.2 . Setelah kalibrasi yang tepat, ratemeter langsung menunjukkan ketebalan . Radionuclida ini dipilih sedemikian rupa bahwa radiasi yang dipancarkan secara efektif diserap dalam bahan yang akan diperiksa .Dengan demikian , ketebalan foil plastik diukur dengan menggunakan emisi , sedangkan 137Cs atau emisi yang lain digunakan untuk mengukur ketebalan lembaran logam .

Gambar 20.2 . Aplikasi dari radionuklida untuk ketebalan pengukuran . Ketebalan Lapisan logam berat , seperti Au atau Pt . diterapkan pada logam lain dapat ditentukan dengan mengukur radiasi backscattered dari atau emisi . di metode ini , kegunaan terbuat dari fakta bahwa backscattcring meningkat nyata dengan nomor atom dari bahan backscattcring ( bagian 6.3 ) . Ketebalan sangat lapisan tipis logam berat diukur dengan menggunakan emitter fi - energi rendah ( misalnya '4 C ) sedangkan lapisan tebal logam berat dapat diukur dengan penerapan energi tinggi emisi atau emisi . Ketebalan lapisan logam dapat ditentukan dengan mengukur karakteristik Sinar X gembira dengan penyinaran dengan sinar y atau sinar X . Dalam aplikasi ini , baik sinar X karakteristik dari lapisan untuk diselidiki atau absorprion dalam lapisan ini sinar X karakteristik yang dipancarkan dari bahan di bawahnya dapat diukur .

Sebagai contoh ketebalan lapisan Zn . Al . Sn dan Cr pada besi atau baja dapat ditentukan dengan cara ini . Aplikasi teknis lain emisi sinar adalah penentuan kerapatan dari berbagai zat . Dasar dari aplikasi ini adalah kenyataan bahwa penyerapan sinar berenergi tinggi tergantung pada kerapatan elektron dari absorber yaitu kira-kira pada massa per unit area , dan konstan ketebalan absorber pada kepadatan . Profil Kepadatan dalam instalasi tertutup , misalnya dalam kolom distilasi juga dapat diselidiki atau dikendalikan dengan cara ini . Disukai sumber radiasi 60Co , 137Cs dan 241Am. Contoh lain dari penerapan sumber dikemas dari Radia radioaktif dalam instalasi teknis adalah kontrol transportasi material pada ban berjalan .Tingkat penghitungan ratemeter adalah ukuran dari ketebalan atau kerapatan masing-masing, material transponed oleh sabuk. Dengan perkalian dengan kecepatan dari ban berjalan , massa bahan diangkut diperoleh . Dalam hal yang sama cara , padatan diangkut dengan aliran gas dapat ditentukan.

Ketinggian mengisi instalasi teknis, misalnya di kapal, kontainer atau tabung mudah dapat dikendalikan dari luar dengan cara radionuklida sebagai sumber radiasi . Radionuklida yang dipilih sesuai dengan energi paling tepat untuk tugas , dalam bahan diameter dari peralatan dan ketebalan dinding . itu fase batas antara dua fase cair diltcring nyata dalam sifat mereka sebagai moderator neutron dapat ditemukan dari luar dari sumber neutron dan detektor untuk neutron energi rendah . Ukuran partikel kecil tersuspensi dalam larutan dapat ditentukan dengan mengukur hamburan sinar X yang dipancarkan oleh radionuclidcs , asalkan nomor atom dari unsur-unsur dalam partikel busur tinggi dan orang-orang dalam pelarut rendah . Di bawah ini kondisi , hamburan Compton tergantung nyata pada ukuran partikel , sedangkan Hamburan Rayleigh hanya sedikit dipengaruhi , dan rasio Compton ke Rayleigh hamburan diambil sebagai ukuran dari ukuran partikel . Ukuran partikel padat dalam gas dapat ditentukan dengan menggunakan emisi . Penerapan radionuklida sebagai sumber radiasi untuk aplikasi analitis telah dijelaskan dalam bagian 17 . IO dan 17,11 .

20. 3 Pancaran mempengaruhi reaksi Kemungkinan memulai reaksi kimia dengan cara radiasi pengion dari radionuklida telah banyak diteliti , tetapi belum menemukan luas aplikasi dalam industri yang telah diharapkan , karena kemungkinan bahaya radiasi . Sebagai emitter sumber radiasi sinar , seperti 60Co atau 137Cs , dan akselerasi elektron diterapkan . Reaktor nuklir dan elemen bahan bakar bekas juga telah dibahas sebagai sumber radiasi . Reaksi kimia yang diinduksi oleh radiasi pengion busur bidang radiasi kimia . Dalam reaksi ini , panas yang ditransfer oleh radiasi ke sistem adalah signifikan , karena dapat diilustrasikan dengan contoh berikut : Energi dari sinar dipancarkan oleh 1000 Ci ( 3,7 x IO ' Bq ) sumber 60Co per hari adalah 250 kJ , dan dengan ini energi 3,5 1 air dapat dipanaskan dari suhu kamar sampai mendidih . Fitur menarik dari interaksi radiasi dengan materi pengion adalah untuk pembentukan keadaan tereksitasi , ion dan radikal , seperti yang dijelaskan dalam bagian 6.1 . Kimia radiasi berhubungan erat dengan Fotokimia , yang berkaitan dengan reaksi kimia disebabkan oleh cahaya , dalam cahaya ultraviolet tertentu ( I_IV ) . Energi cahaya adalah di kisaran I cV ( 124.0nm ) ke 10cV ( 124 nm) . dan energi radiasi nuklir ( foton y - ray , fi dan partikel ) membentang dari sekitar 100eV ke sekitar 10 MeV . Karena energi yang berbeda , satu foton cahaya biasanya dapat memicu hanya satu reaksi primer ( eksitasi atau ioniiation ) , sedangkan satu foton sinar atau satu atau partikel menginduksi sejumlah besar reaksi primer ( bagian 6.1 ) . & penyebab kesamaan , Fotokimia dapat dianggap sebagai energi rendahcabang kimia radiasi . Dalam kedua bidang , reaksi primer diikuti olehreaksi sekunder dan selanjutnya . Reaksi berantai adalah dari minat khusus .Hasil dari reaksi pholochemical yang charactenied oleh hasil kuantum ,yang merupakan jumlah molekul yang dibentuk atau diurai oleh satu foton , Dalam radia -( kimia ion , G - nilai yang digunakan sebagai ukuran hasil kimia . Hal ini didefinisikan olehjumlah molekul yang terbentuk atau membusuk per energi 100eV diserap dalamsistem . Misalnya . G ( H2 ) = 3 artinya 3 molekul H2 terbentuk per 100cVdiserap dan G ( - H20 ) = Il berarti bahwa molekul li 1120 busur terurai per100cV diserap .

Dalam kimia makromolekul , ion atau radikal yang terbentuk dalam reaksi primer sering memicu reaksi berantai ; ini juga menawarkan kemungkinan untuk meningkatkan sifat-sifatproduk . Radiasi dapat menyebabkan interlacing atau degradasi makromolekul . Interlacing menyebabkan peningkatan kekerasan , sementara elastisitas dan sotubilitymenurun. Hal menonjol dalam kasus polietilen , polistiren dan caoutchouc ,sedangkan pada polimer lainnya , seperti Perspex , dekomposisi berlaku . radiasi -proses induksi telah menemukan bunga terutama untuk produksi polyethylene .Dibandingkan dengan produk yang diperoleh dengan aplikasi tekanan tinggi , radiasimenyebabkan produk kepadatan tinggi dan suhu pelunakan yang lebih tinggi . tanaman untukproduksi polyethylene oleh aplikasi radiasi telah dibangun .Aplikasi lain dalam kimia makromolekul adalah radiasi graft polymerizalion , oleh . sifat menguntungkan hich dari dua polimer dapat dikombinasikan . diproses ini . kopolimer dari A dan B yang dihasilkan oleh iradiasi polimer A di hadapan dari monomer THC B. Contohnya adalah polimer cangkok dari polyethylene dan asam akrilik atau polivinil klorida dan styrenc . Sifat tekstil ( cellulose. wol , sutera alam , poliamida , poliester ) juga dapat dimodifikasi oleh polynicri graft. misalnya untuk produksi produk tahan cuaca . pelapis keras dapat diperoleh dengan iradiasi terpolimerisasi pernis pada kayu atau logam . Iradiasi kayu diresapi dengan monomer mengarah ke air produk bukti stabilitas tinggi dan kekerasan . Demikian pula untuk polimer - kayu tersebut kombinasi , kombinasi polimer - beton juga dapat diproduksi pameran yang resistivitas tinggi dalam air , khususnya di air laut . Radiasi yang dipancarkan oleh radionuelides juga dapat digunakan untuk sterilisasi.

Misalnya , obat-obatan dapat . stcrilized oleh dosis radiasi dari urutan ot ' IO JIkg Gy ) dari Co atau ' sumber Cs LOI Bq . Keamanan pangan iradiasi telah Apted oleh IAEA ( Badan Energi Atom Internasional ) , FAO ( Organisasi Pangan dan Pertanian ) dan WHO ( Organisasi Ifeafth Dunia ) , dan konservasi makanan telah digunakan selama beberapa dekade tanpa kesehatan negatif efek . Kentang Contoh busur , gandum dan produk gandum , bawang , udang , gorengdaging dan produk pertanian lainnya . Tujuannya adalah untuk mencapai kehancuran total darisemua bakteri dengan perubahan minimal dalam rasa karena pembentukan sejumlah kecilProduk penguraian . Sterilisasi parsial dengan dosis yang lebih rendah dan iradiasi pada rendahsuhu menyebabkan perubahan rasa yang lebih kecil .Pengobatan lumpur dengan penyinaran dengan sinar diterapkan dengan tujuan menghancurkan organisme berbahaya , sebelum lumpur digunakan sebagai pupuk . Dalam semua aplikasi biologi , itu harus diperhitungkan bahwa kepekaan terhadapradiasi meningkat tajam dengan tahap evolusi spesies . Dosis radiasi dari 8011kg telah digunakan untuk mensterilkan laki-laki dari spesies serangga , yang busur dibebaskan setelah sterilisasi dan kawin dengan betina . Dengan cara ini , lanjut reproduksispesies ini dikurangi atau dicegah . Teknik ini telah diterapkan di Amerika Serikat , Meksiko , Mesir , Libya dan negara-negara lain untuk memberantas flics screw wormdan spesies serangga lain yang ancaman terhadap pertanian .Selain aplikasi yang disebutkan sejauh ini, radiasi dari radionuklida juga dapat digunakan untuk ionisasi dan eksitasi luminescence . Ionisasi yang diinginkan untuk menghapus muatan listrik ( misalnya pada saldo analitis ) atau untuk memicu debit listrik (misalnya dalam katup elektron ) . ' Tl , misalnya. telah diterapkan dalam saldo analitis .Untuk eksitasi luminescence ( misalnya dalam zat luminescent dalam jam tangan atau fluorescent layar ) , MRA telah digunakan . Namun, 2Tes menyebabkan aktivitas yang relatif tinggi dari unsur luminescent dan dari tonton, dan ke hari t lebih suka untuk eksitasi dari luminesens, karena ini daya rendah pancaran fi diserap pada pengamatan.

20. 4 Penghasilan energy dengan radiasi nuklir Produksi energi oleh radiasi nuklir dan oleh reaksi termonuklir telah didiskusikan dalam bab II . Dalam bagian ini, produksi energi dalam baterai radionuklida oleh radiasi yang dipancarkan oleh radionuklida akan dipertimbangkan . Tujuan dari baterai radionuklida adalah Lo menghasilkan energi selama periode waktu yang lebih waktu tanpa kebutuhan untuk pemeliharaan . Keuntungan dari baterai radionuklida adalah keluaran energi yang relatif tinggi terkait dengan massa dan volume radionuklida . Meskipun energi peluruhan radioaktif hanya dari urutan 0,1 sampai 1% dari energi yang diperoleh oleh fisi nuklir . itu menarik untuk digunakan dalam energi pemeliharaan frec sumber-sumber di satelit , stasiun meteorologi dan oseanografi terpencil . rablc 203 . memberikan survei radionuklida yang berlaku dalam baterai radionuklida .Untuk pemilihan radiomiclides cocok dengan cntea berikut adalah penting : Setengah hidup harus panjang dibandingkan dengan waktu operasi yang diinginkan (biasanya 10 y ) , untukmendapatkan sejauh daya konstan mungkin. Selain itu , output daya per massaharus setinggi mungkin . Hal ini dicapai jika paruh tidak terlalu lama ( < 10 ' y )dan jika energi radiasi yang tinggi . emisi Alpha memiliki keuntungan bahwaenergi pembusukan relatif tinggi dan bahwa partikel busur clectivcly diserap .Rudionuclidcs membusuk oleh emisi berikutnya dari beberapa partikel , seperti 2 " Pu dan U , busur paling menguntungkan sebagai sumber energi . 2'Pu diproduksi oleh irradiasi dari 2 " Np dalam reaktor nuklir dan uscd dalam baterai radionuklida dipasang diTabel 20.3 . Radionuklida aplikasi foi dalam baterai radionuklida . Rad'onuclidc Half -life ( YJ Radiasi Produksi

teknis dan Industri Radionuclules dan radiasi nuklir satelit . 23.211 dapat diproduksi dalam dua tahap : iradiasi neutron dari 230 ( ionium ) . diikuti oleh pemisahan 2Pa diproduksi dan iradiasi neutron yang terakhir . Energi dari partikel atau dapat dikonversi langsung atau tidak langsung ke listrik energi. Konversi langsung dimungkinkan dengan menggunakan pengisian atau kontak potensi atau converson radiophotovoltaic . Namun, konversi langsung dibatasi untuk kekuatan sampai sekitar iO W. konversi langsung sebagian besar didasarkan pada penggunaan panas ( cd dengan penyerapan radiasi ( konversi termal ) . Dalam aplikasi ini, sumber radiasi dikemas berfungsi sebagai sumber panas . convcrsion termoelektrik beroperasi dengan thermoelements ( misalnya Bi Te . Pb - Te atau Ge - Si , tergantung pada tiga barang yang temperature ) . Efisiensi konversi thermoelectric adalah urutan 5 sampai IO h . untuk aplikasi dalam ruang , thcrmoclectric baterai radionuklida 21Pu - loadcd dari dcckekuasaan TNC antara sekitar saya W dan aku kW digunakan . Unit yang lebih kecil tenaga listrik dari sekitar 0,1 sampai I mW , juga mengandung 2PU . dikembangkan sebagai sumber energi dengan seumur hidup lama untuk aplikasi medis di alat pacu jantung , pondok ini kini telah substituted oleh baterai clectrochemical dengan masa hidup beberapa tahun . prototipebaterai radionuklida lain yang beroperasi dengan 90Sr , 60Co , " 4Cc , 210Po atau Cm memiliki juga telah dikembangkan . Prinsip konversi termionik adalah bahwa dari dioda , dimana katoda ( emitor ) memancarkan elektron yang busur dikumpulkan di anoda ( kolektor ) , Paduan W. Re , Mo Ni atau Ta busur digunakan sebagai emitter , dan dioda beroperasi al suhu sekitar 2200 K. Efisiensi bervariasi antara sekitar saya dan IO % , tergantung pada poer tersebut . di Untuk mengambil keuntungan dari konversi termionik , radionuklida dari specilic tinggi Output rwe ( daya tinggi per satuan massa ) busur diperlukan , seperti 2PU . 2'2U . 22'Ac . 42cm . Prototip dari 0,1 sampai saya kW telah dikembangkan .Dalam baterai thermophotovoltaic panas yang dipancarkan oleh radionuklida diubah energi listrik dengan cara photoclcments inframerah - sensitif (misalnya dioda Ge ) , yang harus didinginkan etfcctivcly bccausc cQciency menurun drastis sebagai kenaikan suhu . Sehubungan dengan suhu emitor tinggi , thcrmophotovoltaic konversi adalah kepentingan untuk tingkat daya antara sekitar rendah dan 1 kW , namun efisiensi yang relatif rendah ( sampai sekitar 5 fl ) ,Radiophotovoltaic ( fotolistrik ) baterai radionuklida beroperasi dalam dua tahap . Pertama energi radiasi diubah menjadi cahaya melalui bahan luminescentdan kemudian menjadi energi listrik dengan cara photoekments . Karena dekomposisi radiasiposisi zat luminescent , jumlah radionuklida yang berlaku terbatas . Emitter Alpha tidak cocok , dan emitor paling cocok adalah Pm , semacam ini baterai radionuklida relatif sederhana : radionuklida dan luminophore dicampur dalam rasio sekitar I: I dan membawa bctwccn dua photocle daging ( misalnya Cu - Sc atau Ag - Si ) dalam bentuk lapisan tipis . Efisiensi dari urutan 0,1 sampai O.5 % dan kekuasaan urutan 101.iW per cm2 diperoleh . Karena rendah efisiensi . jenis baterai radionuklida tidak memiliki arti teknis . Berbeda dengan metode yang dijelaskan dalam paragraf sebelumnya , radiofoto konversi voltaje adalah metode langsung . Dalam semikonduktor radiasi insiden menghasilkan pembawa muatan bebas , yang dipisahkan dalam lapisan np - harricr dari semi konduktor . Sumber radiasi yang cocok adalah radionuklida memancarkan partikel dengan energi di bawah batas kerusakan radiasi dalam semikonduktor . Batasan ini sekitar 145 kcV untuk Si dan sekitar 350 keV untuk Ge . Oleh karena itu hanya Prn , '4 C. 61N1 dan T busur cocok sebagai sumber radiasi . Dengan menggunakan kombinasi 147 Pm / Si , cfflcicncics sekitar 4 % busur diperoleh .Konverter dinamis didasarkan pada prinsip-prinsip yang berbeda dari baterai radionuklida . Mereka mengandung bagian yang bergerak dan tidak bebas perawatan . Howcver , relatif tinggi efisiensi sekitar 2O % diperoleh dengan konverter dinamis yang beroperasi dengan uap mesin . Motor Stirling atau turbin gas . Dalam jenis konverter radiasicncrgy dikonversi dalam tiga tahap energi listrik ( energi radiasi panas , panas10 energi mekanik dan mekanik menjadi energi listrik ) .