Перспективний комплекс для радіаційних технологій на основі потужного індукційного прискорювача електронів з вікном виводу пучка з вуглець-вуглецевого композита

Проведено аналіз використання промислових прискорювачів для радіаційних технологій, в першу чергу для глибокого очищення стічних вод. Показано, що перспективними є лінійні індукційні прискорювачі (ЛІП) з вікнами виведення з вуглець-вуглецевого композиційного матеріалу (ВВКМ). Експериментально встано...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2012
Автори:	Антіпов, В.С., Бабич, Є.М., Гурін, В.А., Єгоров, О.М., Карась, В.І., Кисельов, В.О., Ковпік, О.Ф., Колосенко, В.В., Корнілов, Є.О.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2012
Назва видання:	Вопросы атомной науки и техники
Теми:	Применение ускоренных пучков: детекторы и детектирование ядерных излучений
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108944
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Перспективний комплекс для радіаційних технологій на основі потужного індукційного прискорювача електронів з вікном виводу пучка з вуглець-вуглецевого композита / В.С. Антіпов, Є.М. Бабич, В.А. Гурін, О.М. Єгоров, В.І. Карась, В.О. Кисельов, О.Ф. Ковпік, В.В. Колосенко, Є.О. Корнілов // Вопросы атомной науки и техники. — 2012. — № 4. — С. 194-198. — Бібліогр.: 17 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-108944
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1089442016-11-19T03:02:04Z Перспективний комплекс для радіаційних технологій на основі потужного індукційного прискорювача електронів з вікном виводу пучка з вуглець-вуглецевого композита Антіпов, В.С. Бабич, Є.М. Гурін, В.А. Єгоров, О.М. Карась, В.І. Кисельов, В.О. Ковпік, О.Ф. Колосенко, В.В. Корнілов, Є.О. Применение ускоренных пучков: детекторы и детектирование ядерных излучений Проведено аналіз використання промислових прискорювачів для радіаційних технологій, в першу чергу для глибокого очищення стічних вод. Показано, що перспективними є лінійні індукційні прискорювачі (ЛІП) з вікнами виведення з вуглець-вуглецевого композиційного матеріалу (ВВКМ). Експериментально встановлено, що втрата енергії електронного пучка у ВВКМ в 2-3 рази менше, ніж у берилії. Висока міцність ВВКМ на стиснення дозволяє виготовляти вікна виведення великої площі. Експериментально показано, що через синергетичний ефект метод спільної обробки води електронним пучком та озоном у присутності іонів міді є перспективним для її глибокого очищення від бактерій, патогенних вірусів, лікарських засобів і хімічних сполук. Крім цього ВВКМ можна використовувати для виведення нейтронів і протонів, завдяки високій радіаційній стійкості до рентгенівського та нейтронного випромінювання. The analysis of the possibility of using industrial accelerators for radiation technologies, especially for deep cleaning of waste water is presented. It is shown that linear perspective are induction accelerators (LIA) with windows output of carbon-carbon composite material (CCCM). It is established by experimentally that the loss of energy of the electron beam in CCCM 2.3 times less than in the beryllium. High strength in compression CCCM can produce output windows of large area. It is shown that due to the synergistic effect of joint water treatment method for electron beam and ozone in the presence of copper ions is promising for its deep cleaning of bacteria, pathogenic viruses, drugs and chemicals. In addition CCCM can be used to display the neutrons and protons, due to its high radiation resistance of the X-ray and neutron radiation. Проведен анализ использования промышленных ускорителей для радиационных технологий, в первую очередь для глубокой очистки сточных вод. Показано, что перспективными являются линейные индукционные ускорители (ЛИУ) с окнами вывода из уголь-угольного композиционного материала (УУКМ). Экспериментально установлено, что потеря энергии электронного пучка в УУКМ в 2,3 раза меньше, чем в бериллии. Высокая прочность УУКМ на сжатие позволяет изготовлять окна вывода большой площади. Экспериментально показано, что из-за синергетического эффекта метод совместной обработки воды электронным пучком и озоном в присутствии ионов меди перспективен для ее глубокой очистки от бактерий, патогенных вирусов, лекарственных средств и химических соединений. Кроме этого УУКМ можно использовать для вывода нейтронов и протонов, благодаря высокой радиационной стойкости к рентгеновскому и нейтронному излучению. 2012 Article Перспективний комплекс для радіаційних технологій на основі потужного індукційного прискорювача електронів з вікном виводу пучка з вуглець-вуглецевого композита / В.С. Антіпов, Є.М. Бабич, В.А. Гурін, О.М. Єгоров, В.І. Карась, В.О. Кисельов, О.Ф. Ковпік, В.В. Колосенко, Є.О. Корнілов // Вопросы атомной науки и техники. — 2012. — № 4. — С. 194-198. — Бібліогр.: 17 назв. — укр. 1562-6016 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108944 621.384 uk Вопросы атомной науки и техники Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Применение ускоренных пучков: детекторы и детектирование ядерных излучений Применение ускоренных пучков: детекторы и детектирование ядерных излучений
spellingShingle	Применение ускоренных пучков: детекторы и детектирование ядерных излучений Применение ускоренных пучков: детекторы и детектирование ядерных излучений Антіпов, В.С. Бабич, Є.М. Гурін, В.А. Єгоров, О.М. Карась, В.І. Кисельов, В.О. Ковпік, О.Ф. Колосенко, В.В. Корнілов, Є.О. Перспективний комплекс для радіаційних технологій на основі потужного індукційного прискорювача електронів з вікном виводу пучка з вуглець-вуглецевого композита Вопросы атомной науки и техники
description	Проведено аналіз використання промислових прискорювачів для радіаційних технологій, в першу чергу для глибокого очищення стічних вод. Показано, що перспективними є лінійні індукційні прискорювачі (ЛІП) з вікнами виведення з вуглець-вуглецевого композиційного матеріалу (ВВКМ). Експериментально встановлено, що втрата енергії електронного пучка у ВВКМ в 2-3 рази менше, ніж у берилії. Висока міцність ВВКМ на стиснення дозволяє виготовляти вікна виведення великої площі. Експериментально показано, що через синергетичний ефект метод спільної обробки води електронним пучком та озоном у присутності іонів міді є перспективним для її глибокого очищення від бактерій, патогенних вірусів, лікарських засобів і хімічних сполук. Крім цього ВВКМ можна використовувати для виведення нейтронів і протонів, завдяки високій радіаційній стійкості до рентгенівського та нейтронного випромінювання.
format	Article
author	Антіпов, В.С. Бабич, Є.М. Гурін, В.А. Єгоров, О.М. Карась, В.І. Кисельов, В.О. Ковпік, О.Ф. Колосенко, В.В. Корнілов, Є.О.
author_facet	Антіпов, В.С. Бабич, Є.М. Гурін, В.А. Єгоров, О.М. Карась, В.І. Кисельов, В.О. Ковпік, О.Ф. Колосенко, В.В. Корнілов, Є.О.
author_sort	Антіпов, В.С.
title	Перспективний комплекс для радіаційних технологій на основі потужного індукційного прискорювача електронів з вікном виводу пучка з вуглець-вуглецевого композита
title_short	Перспективний комплекс для радіаційних технологій на основі потужного індукційного прискорювача електронів з вікном виводу пучка з вуглець-вуглецевого композита
title_full	Перспективний комплекс для радіаційних технологій на основі потужного індукційного прискорювача електронів з вікном виводу пучка з вуглець-вуглецевого композита
title_fullStr	Перспективний комплекс для радіаційних технологій на основі потужного індукційного прискорювача електронів з вікном виводу пучка з вуглець-вуглецевого композита
title_full_unstemmed	Перспективний комплекс для радіаційних технологій на основі потужного індукційного прискорювача електронів з вікном виводу пучка з вуглець-вуглецевого композита
title_sort	перспективний комплекс для радіаційних технологій на основі потужного індукційного прискорювача електронів з вікном виводу пучка з вуглець-вуглецевого композита
publisher	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
publishDate	2012
topic_facet	Применение ускоренных пучков: детекторы и детектирование ядерных излучений
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108944
citation_txt	Перспективний комплекс для радіаційних технологій на основі потужного індукційного прискорювача електронів з вікном виводу пучка з вуглець-вуглецевого композита / В.С. Антіпов, Є.М. Бабич, В.А. Гурін, О.М. Єгоров, В.І. Карась, В.О. Кисельов, О.Ф. Ковпік, В.В. Колосенко, Є.О. Корнілов // Вопросы атомной науки и техники. — 2012. — № 4. — С. 194-198. — Бібліогр.: 17 назв. — укр.
series	Вопросы атомной науки и техники
work_keys_str_mv	AT antípovvs perspektivnijkompleksdlâradíacíjnihtehnologíjnaosnovípotužnogoíndukcíjnogopriskorûvačaelektronívzvíknomvivodupučkazvuglecʹvuglecevogokompozita AT babičêm perspektivnijkompleksdlâradíacíjnihtehnologíjnaosnovípotužnogoíndukcíjnogopriskorûvačaelektronívzvíknomvivodupučkazvuglecʹvuglecevogokompozita AT gurínva perspektivnijkompleksdlâradíacíjnihtehnologíjnaosnovípotužnogoíndukcíjnogopriskorûvačaelektronívzvíknomvivodupučkazvuglecʹvuglecevogokompozita AT êgorovom perspektivnijkompleksdlâradíacíjnihtehnologíjnaosnovípotužnogoíndukcíjnogopriskorûvačaelektronívzvíknomvivodupučkazvuglecʹvuglecevogokompozita AT karasʹví perspektivnijkompleksdlâradíacíjnihtehnologíjnaosnovípotužnogoíndukcíjnogopriskorûvačaelektronívzvíknomvivodupučkazvuglecʹvuglecevogokompozita AT kiselʹovvo perspektivnijkompleksdlâradíacíjnihtehnologíjnaosnovípotužnogoíndukcíjnogopriskorûvačaelektronívzvíknomvivodupučkazvuglecʹvuglecevogokompozita AT kovpíkof perspektivnijkompleksdlâradíacíjnihtehnologíjnaosnovípotužnogoíndukcíjnogopriskorûvačaelektronívzvíknomvivodupučkazvuglecʹvuglecevogokompozita AT kolosenkovv perspektivnijkompleksdlâradíacíjnihtehnologíjnaosnovípotužnogoíndukcíjnogopriskorûvačaelektronívzvíknomvivodupučkazvuglecʹvuglecevogokompozita AT kornílovêo perspektivnijkompleksdlâradíacíjnihtehnologíjnaosnovípotužnogoíndukcíjnogopriskorûvačaelektronívzvíknomvivodupučkazvuglecʹvuglecevogokompozita
first_indexed	2025-07-07T22:18:29Z
last_indexed	2025-07-07T22:18:29Z
_version_	1837028301810434048
fulltext	ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №4(80) 194 УДК 621.384 ПЕРСПЕКТИВНИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ РАДІАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ НА ОСНОВІ ПОТУЖНОГО ІНДУКЦІЙНОГО ПРИСКОРЮВАЧА ЕЛЕКТРОНІВ З ВІКНОМ ВИВОДУ ПУЧКА З ВУГЛЕЦЬ-ВУГЛЕЦЕВОГО КОМПОЗИТА В.С. Антіпов, Є.М. Бабич, В.А. Гурін, О.М. Єгоров, В.І. Карась, В.О. Кисельов, О.Ф. Ковпік, В.В. Колосенко, Є.О. Корнілов Національний науковий центр “Харківський фізико-технічний інститут”, Харків, Україна; Інститут мікробіології та імунології ім. І.І. Мечникова, Харків, Україна E-mail: kornilov@kipt.kharkov.ua Проведено аналіз використання промислових прискорювачів для радіаційних технологій, в першу чергу для глибокого очищення стічних вод. Показано, що перспективними є лінійні індукційні прискорювачі (ЛІП) з вікнами виведення з вуглець-вуглецевого композиційного матеріалу (ВВКМ). Експериментально встановлено, що втрата енергії електронного пучка у ВВКМ в 2-3 рази менше, ніж у берилії. Висока міц- ність ВВКМ на стиснення дозволяє виготовляти вікна виведення великої площі. Експериментально показа- но, що через синергетичний ефект метод спільної обробки води електронним пучком та озоном у присутно- сті іонів міді є перспективним для її глибокого очищення від бактерій, патогенних вірусів, лікарських засо- бів і хімічних сполук. Крім цього ВВКМ можна використовувати для виведення нейтронів і протонів, завдя- ки високій радіаційній стійкості до рентгенівського та нейтронного випромінювання. ВСТУП Серед актуальних задач сьогодення, поряд з та- кими як пошук нових альтернативних джерел енер- гії, є створення високопродуктивних екологічно чи- стих технологій в промисловості. Сучасні технології широко використовують електронні пучки, що ви- пускаються в атмосферу. Проведені в останній час дослідження показали високу ефективність використання пучків зарядже- них часток у цілому ряді технологічних процесів: модифікація полімерних матеріалів, поверхневе змі- цнення металів, виробництво нанопорошків, стери- лізація медичних матеріалів та інструментів, стери- лізація та пастеризація харчових продуктів, дезин- фекція сільськогосподарської продукції, очищення промислових газоподібних викидів, обеззараження природних та стічних вод. Цей список постійно по- повнюється. На цей час застосування радіаційних технологій активно розширюється в багатьох державах, таких як: США, Японія, Південна Корея, Китай та інших. Багато радіаційних процесів протікає при значних потужностях поглинаючої дози. Для вирішення еко- логічних проблем: очищення димів від окислів сірки і азоту на електричних та теплових станціях; діок- синів на фабриках по спалюванню сміття; очищення води; промислових стоків − необхідні прискорювачі електронів з великою середньою потужністю 100…200 кВт. В останні роки з’явилась потреба в прискорюва- чах електронів для екологічних застосувань з поту- жністю випущеного електронного пучка близько 500 кВт [1]. Таким чином, для розвитку прискорю- вальних комплексів технологічного призначення розробка прискорювачів, що мають високу імпульс- ну та середню потужність, має безумовний інтерес. 1. ПРОМИСЛОВІ ПРИСКОРЮВАЧІ На цей час більше 1300 прискорювачів з потужні- стю до 200 кВт та більше використовуються в проми- словості та технологічних центрах всього світу. За енергією та способом прискорення промисло- ві прискорювачі електронів можна розділити на такі категорії: електронні лінійні високовольтні (ЕЛВ) (випрямного типу) з енергією 0,2…2,5 МеВ, потуж- ністю від 20 до 400 кВт, коефіцієнтом корисної дії (ККД) більше 90 % [2]; імпульсні лінійні прискорю- вачі (ІЛП) (високочастотного типу) з енергією 0,7…5 МеВ, потужністю до 50 кВт, ККД 30 % [3]; динамітрони (прискорювачі на основі каскадних генераторів) з енергією до 5 МеВ, потужністю до 200 кВт та ККД 70…80 % [4]; лінійні індукційні прискорювачі (ЛІП) з енергією до 30 МеВ, потужні- стю до 500 кВт, ККД до 80 % [5,6]. Для того щоб цей процес став привабливим для промисловості, необхідна його економічна ефектив- ність, для чого потрібно збільшити продуктивность та рентабельность прискорювачів. Оскільки енергія прискорювачів, які працюють у режимі генерації гальмівного випромінювання, і призначених для обробки продуктів харчування, рекомендаціями МАГАТЕ обмежена 5 МеВ, то єдиним способом підвищення продуктивності установки є збільшення потужності прискорювача. У таблиці показана приблизна вартість прискорю- вача в залежності від середньої потужності пучка [7]. Потужність пучка, кВт 20 40 100 200 400 Повна вартість, 106$ 0,6 0,8 1,0 1,5 2,0 Питома вартість, $/Вт 30 20 10 7,5 5 ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №4(80) 195 В останній час розвивається технологія радіацій- ної обробки за допомогою імпульсних пучків елект- ронів. Це пов’язано з тим, що використання корот- ких імпульсів дозволяє збільшити миттєву потуж- ність випромінювання і отримати той же ефект при більш низькій загальній радіаційній дозі. Крім того, перехід до імпульсних прискорювачів, особливо наносекундного діапазону, дозволяє різко зменшити габарити схем формування високої напруги за раху- нок збільшення електричної міцності ізоляції при імпульсній дії. Аналіз показує, що для розробки радіаційних тех- нологій, у тому числі і для знезараження води, перс- пективними є імпульсні ЛІП, які при високому темпі прискорення та частоті посилань можуть забезпечити середню потужність пучка у сотні кіловатт з енергією до 10 МеВ та струмом на рівні десятка кілоампер при ККД до 80 %. При цьому вони найбільше відповіда- ють споживним якостям промислових прискорюва- чів: відсутність елементів конструкцій, які знаходять- ся під напругою більше 100 кВ; відсутність потужних джерел НВЧ-випромінювання; простота, надійність та технологічність виготовлення і експлуатації при- скорювача. У зв’язку з вищевикладеним в ННЦ ХФТІ розро- бляється комплекс фізичного і технологічного при- значення на основі модулів імпульсного лінійного індукційного прискорювача [8]. На Рис.1 приведено загальний вид двох модулів ЛІП. Рис.1. Загальний вид лінійного індукційного прискорювача електронів До складу обладнання радіаційно-технологічного комплексу, окрім прискорювача, входять: спеціаль- но обладнане приміщення з радіаційним захистом; система транспортування продукції, що опроміню- ється; прилади технологічної дозиметрії та поточно- го радіаційного контролю. 2. НОВИЙ ТИП ВІКОН ВИВОДУ ПУЧКІВ З ПРИСКОРЮВАЧА В АТМОСФЕРУ Вікно виведення прискорених часток є одним з основних елементів при використанні потужних джерел електронів та рентгенівського випроміню- вання для радіаційних технологій [2, 9]. Для досяг- нення високої продуктивності сильнострумового прискорювача необхідно мати випускні вікна з ве- ликою поверхнею. Розміри вікна та його форма обумовлені, в першу чергу, характеристиками мате- ріалу, допустимою робочою температурою і коефі- цієнтом теплопередачі від вікна при його охоло- дженні. Найбільш поширеним на цей час є випуск електронів через тонку титанову або алюмінієву фольгу. Величина струму електронного пучка часто лімітується нагрівом фольги випускного вікна вна- слідок іонізованих втрат у ній. Вікна, що викорис- товуються, мають невеликі розміри, тому що при збільшенні площі вікна приходиться збільшувати товщину фольги, що призводить до зниження її про- зорості та густини струму, який пропускається. На основі фольги без підтримуючої опори неможливо створити вікна виведення з великою поверхнею. Проте наявність ребер призводить до великої втрати струму пучка і, відповідно, зменшенню коефіцієнта корисної дії прискорювача на 30…40% [9]. У ННЦ ХФТІ розроблено матеріал та технологію виготовлення герметичного вікна для випуску потоку прискорених часток з вакуумного об’єму в зовнішнє робоче середовище з вуглець-вуглецевого компози- ційного матеріалу (ВВКМ) без використання підтри- муючих опор [10]. Матеріал для вікна створюється шляхом піролі- тичного осадження вуглецю (піровуглецю) з газової фази в об’єм заготовки з вуглецевої тканини, що забезпечує густину ВВКМ не менше 1,2 г/см3. Та- кий матеріал має високі міцністні характеристики, особливо на стиснення. Проте через пористість вік- но, виготовлене з нього, не має потрібної герметич- ності, щоб його можна було б використовувати для відокремлювання вакуумного об’єму прискорювача від зовнішнього середовища. Щоб для герметизації вікна не треба було використовувати металеву фо- льгу, пори в матеріалі перегородки закупорюють кремнієм при температурі його плавлення. Вікно, виготовлене з такого матеріалу, має всі переваги ВВКМ (висока механічна міцність, малі втрати ене- ргії електронів із-за невеликої атомної ваги), а про- сочений ВВКМ кремній забезпечує вакуумне ущі- льнення та захист від окислення цього матеріалу. Проведено експериментальні іспити випускного вікна плоскої форми, виготовленого з ВВКМ густи- ною 1,5 г/см3 (Рис.2). Пори в ньому з боку вакуум- ного об’єму прискорювача закупорені кремнієм. Таке вікно призначене для випуску пучка електронів з енергією 4 МеВ з вакуумного об’єму прискорюва- ча в робоче середовище, яким є вода під тиском 1 кг/см2. Враховуючи, що границя міцності матеріа- лу на вигин при такій густині складає 60 МПа, вік- но, товщиною 2 мм мало діаметр 100 мм (див. Рис.2). а б Рис.2. Вікнo виводу пучка (а) та загальний вид пристрою виводу пучка (б): 1 − вікно з вуглець-вуглецевого матеріалу; 2 − фланець для кріплення вікна виводу ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №4(80) 196 Для електронів з енергією 4 МеВ енергетичні втрати у розробленому вікні склали 150 кеВ/мм. При цьому ВВКМ має високу радіаційну стійкість до рентгенівського та нейтронного випромінювання (зберігає свої властивості при нейтронному флюенсі 2⋅1022 нейтр./см2) [11]. Розроблена в ННЦ ХФТІ технологія дозволяє фор- мувати півсфери ВВКМ діаметром більше 0,3 м, і тов- щиною ~ 3 мм. Вікна такого розміру при охолодженні водою забезпечать біологічну очистку води об’ємом 3,4⋅104 м3 за добу при дозі 20 кГр. На Рис.3 предста- влена схема обробки води електронним пучком. Рис.3. Схема очищення води електронним пучком Важливо відзначити, що використання вуглеце- вих нанотрубок для виготовлення ВВКМ дозволить збільшити міцність вікон, а отже, зменшити його товщину та втрати енергії пучка в ньому. Слід від- значити, що введення кільцевого пучка в об’єм, об- межений тонкостінною трубкою з вуглець- вуглецевого матеріалу, коли зберігаються всі основ- ні якості ВВКМ, відкриває великі можливості в створенні комплексів для радіаційних технологій. В даному випадку суттєво спрощується система опро- мінення пучком виробів – матеріалу, розміщеного в порожнині труби. Вікно з ВВКМ можна використовувати для вве- дення пучка протонів у реактор замість вольфрамо- вого вікна, причому втрати енергії пучка в ньому у 8 разів менше, ніж у вольфрамовому, при тих же ме- ханічних характеристиках [12, 13]. 3. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ОЧИЩЕННЯ ПИТНОЇ ТА СТІЧНОЇ ВОДИ ЕЛЕКТРОННИМ ПУЧКОМ Методи дезинфекції води, що застосовуються на цей час: хлорування, озонування та ультрафіолетова обробка – мають ряд недоліків [14], основні з яких є: - хлорування (хлор – шкідливий агресивний газ); при взаємодії хлору з органічними речовинами утворюються діоксини, з якими пов’язують захво- рювання на рак; відбувається засолювання водо- ймів; малоефективне у воді з високим вмістом амо- нію та деяких інших речовин; не знищує гельмінти, спори та віруси; - озонування: потребує значних енерговитрат; утворюються побічні продукти – броміди, альдегіди, кетони; - УФ-випромінювання: пред’являються високі ви- моги до прозорості води; потребується часта заміна ламп; утилізація ламп − серйозна екологічна про- блема, тому що лампи містять пари ртуті; не ефек- тивне у промислових масштабах. Одним з методів обробки води з метою її дезин- фекції та очистки є радіаційна обробка. До числа найбільш важливих переваг радіаційної технології в порівнянні з традиційними методами обробки води є повне відмовлення від реагентів (безреагентна тех- нологія). Перспективність використання електронного пу- чка для очистки води демонструється нашими екс- периментальними дослідженнями [15] на модельних зразках води та стічних водах, а також накопиченим досвідом роботи в ряді досліджень на водоочисних спорудах зарубіжних країн [16]. Привабливість очищення води електронним пучком полягає в тому, що він при проходженні у воді розбиває молекулу води і створює сильні окислювачі, гідратовані елек- трони e-, та H+aq, OH-aq, OH-, H2, H2O2, які ефекти- вно окислюють мікроорганізми, токсиканти та орга- нічні сполуки. Приведемо результаті наших досліджень, вико- наних з використанням електронного пучка з енергі- єю 3…4 MeB на модельних зразках: дистильована вода, засіяна мікроорганізмами з концентрацією 109 колонієутворюючих одиниць (КУО) бактерій в мілілітрі, та стічних водах накопичувального басей- ну стоків Харкова до її очищення. Встановлено виражений бактерицидний ефект радіаційного опромінення мікроорганізмів в моде- льних розчинах при опроміненні дозою 1…2 кГр. Для кожного тест-об’єкта визначено граничні дози поглинутого випромінювання (5…10 кГр), вище яких бактерицидна дія різко посилюється і стає по- вною. При цьому забезпечується стабільність сані- тарно-бактеріологічних показників зразків води про- тягом 6 діб. Показано, що порогом чутливості сані- тарно-показової мікрофлори до дії електронного пучка є поглинаючі дози від 2,4 до 3,6 кГр. Бактери- цидний ефект спостерігався при енергетичному на- вантаженні модельних зразків: ентеробактерій – в межах 3,8 кГр, стафілококу – 4,5 кГр, ентерококу – 4,8 кГр, клебсієли – 10 кГр. Відомо, що антибіотики не повністю засвоюють- ся людьми і попадають в стічні води. Перевищення допустимих норм в ній може привести до враження імунної системи людей. Тому було проведено дослі- дження руйнування антибіотиків електронним пуч- ком. Показано, що знешкодження антибіотиків (пені- цилін, стрептоміцин, тетрациклін) у концентраціях 0,31…5,0 одиниць активності (ОА) (за міжнародну одиницю активності приймають специфічну актив- ність, що міститься в 1 мг пеніциліну) спостеріга- ється при поглинаючій дозі електронного пучка 7,2 кГр, а при більш високих концентраціях препа- ратів (до 100 ОА) руйнування цих хімічних сполук досягалося при дозах 15…30 кГр. ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №4(80) 197 Дуже шкідливими забрудниками води є нафто- продукти. Досліджено руйнування нафтопродуктів у розчинах з концентрацією 22 мг/дм3. При дозі ви- промінювання 22,5 кГр вміст нафтопродуктів зни- жувався на 78 %. У розчинах з концентрацією наф- топродуктів 118 та 164 мг/дм3 ефективність знижен- ня концентрації складала до 40 % при дозі випромі- нювання 60 кГр. Обробка електронним пучком мо- дельних зразків води, що містять значно нижчі кон- центрації – 5 мг/дм3, дозволила зменшити вміст на- фтопродуктів до 60 % при дозі випромінювання 16 кГр. При обробці електронним пучком стічної води після механічного очищення на Безлюдівській стан- ції аерації м. Харкова було виявлено зниження кон- центрації органічних сполук на 34,3 % при дозі ви- промінювання 20 кГр і зниження на 20,4 % при дозі випромінювання 4 кГр. Аналіз одержаних даних показав, що при зовсім невеликій дозі випромінювання відбувається знижен- ня концентрації органічних речовин у механічно очищених стічних водах на 20 %, що забезпечить якість очищення води у відповідності з нормативни- ми вимогами, які існують для скиду іх у водні об’єкти. Концентрація заліза загального знижується на 60 % при невеликих дозах випромінювання – 4 кГр. Результати досліджень на модельних зразках ро- зчинів показали, що використовування релятивіст- ських електронних пучків також перспективно для очистки води від нітрит-іонів, нітрат-іонів, амоній- них іонів, фосфат-іонів, глюкози, очищеного гасу. Із неорганічних сполук найбільш легко розщеп- лялися під впливом електронного пучка нітрити. У дослідах взяті модельні розчини з концентрацією нітритів, яка в 6 разів перевищує гранично допусти- мі показники для питної води. Біля 50,0 % цієї спо- луки було знешкоджено вже при опроміненні з до- зою 4,8 кГр. Збільшення інтенсивності дії пучка до 12 кГр дозволило знизити вміст нітритів до безпеч- ної для здоров’я людини концентрації. Встановлено, що обробка проб води в режимах опромінення 0,8…3,2 кГр не приводить до утворен- ня мутацій серед представників санітарно-показової мікрофлори. Одною з можливих альтернатив хімічної дезин- фекції води є одночасна обробка електронним пуч- ком і озоном. При цьому клітинні мембрани мікро- організмів руйнуються із-за сінергетичного ефекту, що робить дезинфекцію води більш ефективною. Проведені нами дослідження показали, що метод сумісної обробки електронним пучком і озоном є дуже перспективним для очистки води від шкідли- вих бактерій, патогенних вірусів, лікарських засобів та хімічних сполук. Показано, що оптимальні режи- ми знезараження води залежать від ступеня бактері- ального та хімічного забруднення, а також від тем- ператури води та її рН. Запропоновано також нову методику знезара- ження води електронним пучком у присутності іонів міді [17]) У присутності іонів міді антимікробна дія пучка зростає в декілька разів. ПІДСУМКИ Показано, що прискорювальний комплекс на основі технологічних модулів сильнострумового лінійного індукційного прискорювача електронів та вікон виводу з ВВКМ є оптимальним за вартістю та експлуатацією для радіаційних технологій, в першу чергу, для глибокого очищення стічних вод. Розробки вікон виведення електронів, нейтронів і протонів з ВВКМ дозволять розширити викорис- тання радіаційних технологій в екології, медицині, промисловості, атомній енергетиці, а також лягти в основу створення комплексу для реалізації інерціа- льного термоядерного синтезу на важких іонах. БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК 1. S.N. Fadeev, Yu.I. Golubenko, N.K. Kuksanov, P.I. Nemytov, et al. Accelerator ELV-12 and its app- lications in environment protection technologies // Problems of Atomic Science and Technology. Ser. «Nucl. Phys. Inv.». 2004, №1, p.178-180. 2. Р.А. Салимов. Мощные ускорители электронов для промышленных применений // УФН. 2000, т.170, №2, с.197-201. 3. V.L. Auslender, et al. Compact ILU-type electron accelerators as a base for industrial 4-sided irradiation systems for cable and tubes // Radiation Physics and Chemistry. 1999, v.54, p.609-618. 4. М.П. Свиньин. Расчет и проектирование высо- ковольтных ускорителей электронов для радиа- ционных технологий. М.: «Энергоатомиздат», 1989. 5. Ю.П. Вахрушин, А.И. Анацкий. Линейные инду- кционные ускорители. М.: «Атомиздат», 1978, c.246. 6. D.L. Goodman, et al. High Energy Linear Induction Accelerators for Material Processing Applications // Proc. of the Radiation Tech. Int’l. Conf., Boston, MA, 1992. 7. International Topical Meeting on Nuclear Research Applications and Utilization of Accelerators, Vienna, Austria 4-8 May, 2009. 8. Пат. Украины №64208. 15.06.2005. Линейный индукционный ускоритель / А.Г. Гурин, А.С. Алдакимов, Р.С. Ложкин, В.Я. Гладченко, Е.А. Корнилов. 9. Е.А. Абрамян. Промышленные ускорители элек- тронов. М.: «Энергоатомиздат», 1986, 249 с. 10. Пат. Украины №88683. 10.11.2009. Герметичное окно для выпуска потока ускоренных частиц из вакуумного объема во внешнюю рабочую среду / В.А. Гурин, В.В. Колосенко, О.Ф. Ковпик, Е.А. Корнилов, А.М. Егоров, С.Ю. Саенко, О.В. Бирюков. 11. В.А. Гурін, В.Ф. Зеленський // Питання атомної науки і техніки. 1999, в.4(76), с.13-20. 12. C. Rubbia, J.A. Rubio, F. Carminati, et al. //CERN / AT / 95-44(ET). 1995. 13. O.F. Kovpik, E.O. Kornilov, V.A. Gurin, I.V. Gurin, V.V. Kolosenko, O.V. Birukov, V.S. Antipov, V.A. Kiselev // Problems of Atomic Science and Technology. Ser. «Nucl. Phys. Inv.». 2004, №1, p.77- 79. ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №4(80) 198 14. А.В. Егоркин, А.В. Зыкин. Разработка техноло- гии электронной дезинфекции питьевой воды и сточных вод //«АТОМЭКО 2007», c.13-16. 15. V.S. Antipov, E.M. Babych, I.V. Berezhna, et al. // Problems of Atomic Science and Technology. Ser. «Nucl. Phys. Inv.». 2004, №2, p.189-191. 16. M. Samy. Hanna. Examples of radiation wastewater treatment Implemented in various countries // Twelfth International Water Technology Conference, IWTC12 2008, Alexandria, Egypt. 17. Пат. України №26575. 25.09.2007. Спосіб знеза- раження води / Т.В. Хірна, Є.М. Бабич, Н.І. Скляр, В.С. Антіпов, Н.С. Горбань, В.О. Кисельов, С.Л. Крестецька, Н.Ю. Ревякіна. Статья поступила в редакцию 23.09.2011 г. PROMISING SYSTEM FOR RADIATION TECHNOLOGIES BASED ON HIGH-POWER INDUCTION ACCELERATOR OF ELECTRONS WITH WINDOW BEAM EXTRACTION FROM THE CARBON-CARBON COMPOSITES V.S. Antipov, E.M. Babych, V.A. Gurin, A.M. Yegorov, V.I. Karas`, V.A. Kiselev, O.F. Kovpik, V.V. Kolosenko, E.O. Kornilov The analysis of the possibility of using industrial accelerators for radiation technologies, especially for deep cleaning of waste water is presented. It is shown that linear perspective are induction accelerators (LIA) with windows output of carbon-carbon composite material (CCCM). It is established by experimentally that the loss of energy of the electron beam in CCCM 2.3 times less than in the beryllium. High strength in compression CCCM can produce output windows of large area. It is shown that due to the synergistic effect of joint water treatment method for electron beam and ozone in the presence of copper ions is promising for its deep cleaning of bacteria, pathogenic viruses, drugs and chemicals. In addition CCCM can be used to display the neutrons and protons, due to its high radiation resistance of the X-ray and neutron radiation. ПЕРСПЕКТИВНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ РАДИАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ НА ОСНОВЕ МОЩНОГО ИНДУКЦИОННОГО УСКОРИТЕЛЯ ЭЛЕКТРОНОВ С ОКНОМ ВЫВОДА ПУЧКА ИЗ УГЛЕРОД-УГЛЕРОДНОГО КОМПОЗИТА В.С. Антипов, Е.М. Бабич, В.А. Гурин, А.М. Егоров, В.И. Карась, В.А. Киселёв, О.Ф. Ковпик, В.В. Колосенко, Е.А. Корнилов Проведен анализ использования промышленных ускорителей для радиационных технологий, в первую очередь для глубокой очистки сточных вод. Показано, что перспективными являются линейные индукцион- ные ускорители (ЛИУ) с окнами вывода из уголь-угольного композиционного материала (УУКМ). Экспе- риментально установлено, что потеря энергии электронного пучка в УУКМ в 2,3 раза меньше, чем в берил- лии. Высокая прочность УУКМ на сжатие позволяет изготовлять окна вывода большой площади. Экспери- ментально показано, что из-за синергетического эффекта метод совместной обработки воды электронным пучком и озоном в присутствии ионов меди перспективен для ее глубокой очистки от бактерий, патогенных вирусов, лекарственных средств и химических соединений. Кроме этого УУКМ можно использовать для вывода нейтронов и протонов, благодаря высокой радиационной стойкости к рентгеновскому и нейтронно- му излучению.

Репозитарії

Схожі ресурси