Большая советсткая энциклопедия Радиационно-химические процессы

Радиационно-химические процессы

Радиационно-химические процессы, технологические процессы, в которых для изменения химических или физических свойств системы используются ионизирующие излучения. Наблюдаемые при проведении Р.-х. п. эффекты являются следствием образования и последующих реакций промежуточных частиц (ионов, возбуждённых молекул и радикалов), возникающих при облучении исходной системы. Количественно эффективность Р.-х. п. характеризуется радиационно-химическим выходом G (см. Радиационная химия). В цепных Р.-х. п. (величина G от 10³ до 10⁶) излучение играет роль инициатора. В ряде случаев такое инициирование даёт значительные технологические и экономические преимущества, в том числе лучшую направленность процесса и возможность осуществления его при более низких температурах, а также возможность получения особо чистых продуктов. В нецепных Р.-х. п. энергия излучения расходуется непосредственно для осуществления самого акта превращения. Такие процессы связаны с большими затратами энергии излучения и имеют ограниченное применение.

К числу интенсивно изучаемых и практически реализуемых цепных Р.-х. п. относятся различные процессы полимеризации, теломеризации, а также синтеза ряда низкомолекулярных соединений. Р.-х. п. полимеризации этилена, триоксана, фторолефинов, акриламида, стирола и некоторых др. мономеров были в начале 1970-х гг. разработаны до стадии создания опытных или опытно-промышленных установок. Важное практическое значение приобрели радиационные методы отверждения связующих (полиэфирных и др.) в производстве стеклопластиков и получении лакокрасочных покрытий на металлических, деревянных и пластмассовых изделиях. Значительный интерес представляют Р.-х. п. прививочной полимеризации. В этих процессах исходные полимерные или неорганические материалы различного назначения облучаются в присутствии соответствующих мономеров. В результате поверхности этих материалов приобретают новые свойства, в некоторых случаях уникальные. Р.-х. п. этого типа практически применяются и для модифицирования нитей, тканей, плёнок и минеральных материалов. Большой интерес представляют также Р.-х. п. модифицирования пористых материалов (древесины, бетона, туфа и т.д.) путём пропитки их мономерами (метилметакрилатом, стиролом и др.) и последующей полимеризации этих мономеров с помощью g-излучения. Такая обработка значительно улучшает эксплуатационные свойства исходных пористых тел и позволяет получить широкий ассортимент новых строительных и конструкционных материалов. В частности, заметных масштабов достигло производство паркета из модифицированной древесины. Цепные Р.-х. п. осуществляются также с целью синтеза низкомолекулярных продуктов. Установлена высокая эффективность Р.-х. п. окисления, галогенирования, сульфохлорирования, сульфоокисления.

Из процессов, в которых излучение инициирует нецепные реакции, широкое распространение получили Р.-х. п. "сшивания" отдельных макромолекул при облучении высокомолекулярного соединения. В результате "сшивания" (например, полиэтилена) происходит повышение его термостойкости и прочности, а для каучуков радиационное "сшивание" обеспечивает их вулканизацию. На этой основе разработаны Р.-х. п. производства упрочнённых и термостойких полимерных плёнок, кабельной изоляции, труб, вулканизации резинотехнических изделий и др. Особенно интересным является "эффект памяти" облученного полиэтилена. Если облученное изделие из полиэтилена деформировать при температурах выше t_пл аморфной фазы полимера, то при последующем охлаждении оно сохранит приданную форму. Однако повторное нагревание возвращает первоначальную форму. Этот эффект даёт возможность получать термоусаживаемые упаковочные плёнки и электроизоляционные трубки.

Для осуществления химического синтеза было предложено (1956) использовать осколки деления ядер ²³⁵U, возникающие в активной зоне ядерного реактора. Эти процессы были названы хемоядерными. Исследования и технологические расчёты показали, что принципиальных препятствий для реализации таких процессов нет. Однако технические трудности, состоящие главным образом в создании систем очистки продуктов от неизбежных в этом случае радиоактивных загрязнений, не позволили пока приступить к сооружению хотя бы опытно-промышленных хемоядерных установок.

Разработка промышленных Р.-х. п. привела к возникновению радиационно-химической технологии, главная задача которой — создание методов и устройств для экономичного осуществления Р.-х. п. в промышленном масштабе. Основным разделом радиационно-химической технологии является радиационно-химическое аппаратостроение, теоретические основы которого созданы во многом трудами сов. учёных.

Для проведения Р.-х. п. используются изотопные источники g-излучения, ускорители электронов с энергиями от 0,3 до 10 Мэв и ядерные реакторы. В современных изотопных источниках чаще всего используется ⁶⁰Co. Перспективными источниками g-излучения считаются и радиационные контуры при ядерных реакторах, состоящие из генератора активности, облучателя радиационной установки, а также соединяющих их коммуникаций и устройств для перемещения по контуру рабочего вещества. В результате захвата нейтронов в генераторе, расположенном в активной зоне ядерного реактора или вблизи от неё, рабочее вещество активизируется, а g-излучение образовавшихся изотопов используется затем в облучателе для проведения Р.-х. п. Накопленный в СССР опыт позволяет создать промышленные радиационные контуры мощностью в несколько сотен квт.

Для облучения сравнительно тонких слоев материала наиболее эффективным оказывается применение ускоренных электронов, обеспечивающее ряд преимуществ: высокие мощности доз, лучшие для обслуживающего персонала условия радиационной безопасности, отсутствие в выключенном состоянии расхода энергии и т.д.

Лит.: Пшежецкий В. С., Радиационно-химические превращения полимеров, в книге: Краткая химическая энциклопедия, т. 4, М., 1965, с. 421—26; Основы радиационно-химического аппаратостроения, под общ. ред. А. Х, Бречера, М., 1967; "Журнал Всесоюзного химического общества им. Д. И. Менделеева", 1973, т. 18, № 3: Энциклопедия полимеров, т. 3, М. (в печати).

С. П. Соловьев, Е. А. Борисов.