فرایند پرتودهی (پرتوفرآوری)

پرتوهای یونیزه­کننده (Ionizing radiation) علاوه بر استفاده در تولید انرژی، در حوزه های پزشکی، صنعت و کشاورزی نیز کاربردهای فراوانی دارد. یکی از کاربردهای مهم پرتوهای یونیزه­کننده، پرتودهی مواد غذائی، محصولات کشاورزی، تجهیزات پزشکی و مواد صنعتی مختلف میباشد.

بکارگیری پرتوها جهت تغییر خواص مواد در مقیاس صنعتی، فرایند پرتودهی گفته می­شود. عمل پرتودهی که به آن پرتوفرآوری (Radiation Processing) نیز گفته می­ شود، یک فرآیند یونی و غیرگرمائی است که امروزه در بسیاری از کشورهای دنیا کاربردهای فراوان و گسترده­ای دارد.  عبارت “پرتوهای یونیزه­کننده” به همه تابش­هایی گفته می­شود که قادر به تولید متوالی یونیزاسیون در ماده شود. محدوده انرژی مشخصه پرتوهای یونیزه­کننده از حدود eV  ۱۰۰۰ شروع شده و تا حدودMeV  ۳۰ می­رسد. برای اجتناب از رادیواکتیویته القایی، که ممکن است در انرژی­های گامای بالاتر از MeV 5 یا انرژی الکترون­های سریع با انرژی بیش از MeV 10 رخ دهد، استفاده از انرژی­های بالاتر از این مقادیر برای استریلیزه کردن با پرتوها ممنوع است. از طرف دیگر نیز پرتودهی با انرژی کمتر از MeV 2/0 منطقی نیست. سامانه پرتودهی گامای تجاری نوعاً با چشمه گامازای کبالت-۶۰ با اکتیویته حدود ۰/۳ – ۳/۰ مگاکوری (۱۰۶) بارگذاری می­شود. سامانه شتابدهنده الکترونی تجاری به یک یا دو شتابدهنده الکترونی مجهز هستند که تولید باریکه­های پرانرژی kW 100-10 با الکترون­های با انرژی MeV 10-8  می­کنند.

وقتی پرتوها از داخل مواد عبور می­کنند باندهای شیمیایی را می­شکنند. تابش تنها منبع انرژی است که می­تواند در هر درجه حرارتی (شامل درجه حرارت محیط)، تحت هر گونه فشار و در هر حالتی از ماده (گاز، مایع و جامد) و بدون نیاز به کاتالیست باعث واکنش­های شیمیایی شود. بنابراین در فرایند پرتودهی از خاصیت نفوذ بالای پرتوهای گاما از چشمه پرتودهی سیلد شده که با سرعت حدود نور حرکت می کند، استفاده می­شود. این پرتوها باعث بمباران و کشته شدن باکتری­ها در محصولات سیلد شده در بسته بندی آنها می­شود. در این صورت محصولات پرتودیده تا زمینی که از بسته بندی خارج شوند استریل باقی می­مانند. انرژی حمل شده توسط پرتوهای گاما در برخورد بین پرتوها و اتم­های محصولات، به محصولات پرتودیده منتقل می­شود. در این برخورد، اتم ها انرژی بین الکترون­های خود را در فرایندی که یونیزاسیون نامیده می­شود، از دست می دهند.

در فرآیند پرتودهی گاما، انرژی تابشی بر روی محصول تابانده می­شود که این پرتوهای یونیزه­کننده  قادر به شکستن باندهای شیمیایی میکروارگانیسم­ها و آفت­ها می­باشند. منحصر بفرد بودن فرایند ایمن­سازی تابشی اینست که DNA میکروارگانیسم­ها، حشرات  و آفت­ها، که در مقایسه با سلول­های گیاهان دارای DNA  بیشتری هستند، بسیار به تابش حساس می باشند. پرتودهی DNA در سطح و مقدار (دز) تأئید شده موجب صدمه اساسی، شکسته شدن رشته DNA آنها می­شود. همه این موارد منجر به کاهش توانایی ارگانیسم­ها جهت تولید مجدد می­شود. بر این اساس می­توان از فرآیند پرتودهی برای از بین بردن کلیه میکروارگانیسم­ها در انواع مختلف محصولات و مواد غذایی، بدون تاثیر بر خواص حسی  (مانند رنگ، بو، طعم و مزه) و همچنین جهت استریل کردن (از بین بردن کلیه میکروارگانیسم های موجود) در محصولات و وسایل پزشکی و بهداشتی استفاده کرد.