خبرگزاری تسنیم؛ گروه اقتصادی ــ تولید ظروف پلاستیکی مقاوم به حرارت، دیگر تنها وابسته به انتخاب مواد اولیهٔ گران‌قیمت نیست. فناوری هسته‌ای، از طریق پردازش تابشی (Radiation Processing)، می‌تواند خواص پلیمرهای رایج ــ مانند پلی‌اتیلن یا پلی‌پروپیلن ــ را بدون تغییر ترکیب شیمیایی پایه، بطور اساسی بهبود بخشد. این فرآیند، با ایجاد پیوندهای عرضی در ساختار مولکولی، مقاومت حرارتی، مکانیکی و شیمیایی را افزایش می‌دهد. مهم‌تر از همه، این روش پاک است؛ یعنی هیچ باقیماندهٔ شیمیایی نمی‌گذارد و مصرف انرژی آن از روش‌های حرارتی سنتی کمتر است. درحالی‌که جهان به سمت اقتصاد چرخشی حرکت می‌کند، این فناوری فرصتی برای ارتقای پایدار ظروف مصرفی فراهم می‌آورد.

بیشتر بخوانید

بیشتر بخوانید

• هسته‌ای در صنعت ــ 72  |ضدعفونی فیلتر لوازم خانگی + اینفوگراف

• هسته‌ای در صنعت ــ 73  |بهبود مقاومت شیشه اجاق گاز با فناوری هسته‌ای

اصول کلی 

افزایش جمعیت، شهرنشینی و نیاز به غذای آماده، تقاضا برای بسته‌بندی‌های هوشمند و ایمن را چندبرابر کرده است. ظروف سنتی در دمای بالا تغییر شکل می‌دهند، مواد شیمیایی را وارد غذا می‌کنند یا در استریل‌سازی دچار ترک می‌شوند. در شرایط اضطراری ــ مانند بلایا یا عملیات نظامی ــ این ضعف‌ها می‌تواند جان‌ها را به خطر بیندازد. فناوری تابشی ضمن اینکه این شکنندگی را کاهش می‌دهد، عمر مفید ظروف را نیز افزایش داده و ضایعات را کم می‌کند.

فناوری‌های هسته‌ای در این حوزه، بر استفادهٔ کنترل‌شده از پرتوهای یونی‌کننده ــ مانند گاما، الکترون و ایکس ــ برای اصلاح خواص مواد متمرکزند. در این حوزه، انرژی پرتو برای شکستن پیوندهای شیمیایی ضعیف یا ایجاد پیوندهای جدید به‌کار می‌رود، نه برای شکستن هسته. این فرآیند غیرفعال‌سازی هسته‌ای نیست و ماده پرتوزا نمی‌شود. سازمان بین‌المللی انرژی اتمی (IAEA) این کاربردها را در دستهٔ «فناوری‌های نوین صنعتی» طبقه‌بندی کرده است. ایران از دههٔ 1380 با راه‌اندازی مرکز تابش‌دهی در کرج، در این مسیر گام برداشته است.

یک خط تولید تابشی شامل چهار بخش کلیدی است: (1) منبع پرتو ــ معمولاً ⁶⁰Co  برای گاما یا شتاب‌دهنده خطی برای الکترون؛ (2) سامانهٔ حمل‌ونقل محصول ــ نوار نقالهٔ هماهنگ با سرعت تابش؛ (3) سپر تابشی ــ دیواره‌های بتونی یا سربی برای حفاظت از پرسنل؛ و (4) سیستم کنترل دوز ــ مبتنی بر دزیمترهای فیلمی یا الکترونیکی.

انواع پرتوهای صنعتی و کاربردهایشان

سه پرتو اصلی در صنعت استفاده می‌شوند:

• گاما (γ): نفوذ بالا، مناسب برای محصولات حجیم یا بسته‌بندی‌شده. کاربرد: ظروف چندلایه، بسته‌بندی پزشکی.
• اشعهٔ الکترونی (EB): سرعت بسیار بالا (چند متر بر ثانیه)، مناسب برای خطوط پیوسته تولید. کاربرد: ظروف تک‌لایه در خط تزریق پلاستیک.
• پرتو ایکس القایی (X-ray): ترکیبی از مزایای دو مورد بالا؛ انرژی متوسط، کنترل‌پذیری خوب.
  انتخاب پرتو، وابسته به ضخامت، ترکیب و ظرفیت تولید است. اخیراً، سیستم‌های ترکیبی (مثلاً EB+گاز واکنش‌دهنده) نیز در حال توسعه هستند.

فرآیند تولید: از گرانول تا ظرف نهایی

فرآیند در چهار مرحله انجام می‌شود:
1. تهیهٔ مواد اولیه: گرانول‌های پلیمر + آنتی‌اکسیدان‌های سازگار با تابش (مانند Irganox 1010).
2. شکل‌دهی اولیه: تزریق یا دمش برای تولید ظرف خام.
3. تابش‌دهی: عبور از چمبر تابشی در محیط نیتروژن (برای جلوگیری از اکسیداسیون).
4. کنترل کیفیت: آزمون HDT (دمای تغییر شکل تحت بار)، استحکام کششی و استریل‌پذیری.
تمام مراحل، قابل یکپارچه‌سازی با سیستم‌های هوشمند تولید (Industry 4.0) است.

چگونه پرتو، پلیمر را تقویت می‌کند؟

تابش، الکترون‌های پرانرژی را از مولکول‌های پلیمر جدا می‌کند و رادیکال‌های آزاد ایجاد می‌نماید. در غیاب اکسیژن، این رادیکال‌ها با یکدیگر ترکیب شده و پیوندهای عرضی کووالانسی (C–C) می‌سازند. این شبکهٔ سه‌بعدی، حرکت زنجیره‌ها را در دمای بالا محدود کرده و مقاومت حرارتی را افزایش می‌دهد. این پدیده، شبیه به «پخت» است، اما بدون حرارت ــ به‌همین دلیل، «پخت سرد» یا Cold Curing نامیده می‌شود. این فرآیند 100% فیزیکی است و هیچ مادهٔ جدیدی ایجاد نمی‌کند.

مزایای این روش نسبت به روش‌های سنتی

روش‌های سنتی شامل افزودن عوامل شبکه‌ای‌کنندهٔ شیمیایی (مانند پراکسیدها) یا استفاده از پلیمرهای مهندسی (مانند PEEK) است. مزایای فناوری تابشی از این قرار است:

• بدون باقیمانده: هیچ مادهٔ شیمیایی در محصول نهایی باقی نمی‌ماند.
• دقیق‌تر: دوز قابل کنترل تا ±5% است.
• پاک‌تر: بدون نیاز به شست‌وشوی شیمیایی پس از فرآیند.
• انعطاف‌پذیر: قابل اعمال روی ظروف آماده، حتی در بسته‌بندی نهایی.

این ویژگی‌ها، آن را برای صنایع حساس ــ مانند دارو و غذای نوزادان ــ ایده‌آل می‌سازد. درعین‌حال، برای استفاده از این فناوری، چهار چالش اصلی وجود دارد:

1. درک نادرست عمومی از واژهٔ «هسته‌ای»، که با پرتوزایی اشتباه گرفته می‌شود.
2. سرمایه‌گذاری اولیهٔ بالا، به‌ویژه برای SMEها.
3. کمبود نیروی متخصص در ترکیب پلیمر-تابش.
4. عدم هماهنگی بین‌بخشی در سیاست‌گذاری.
اثر راهکار در رفع چالش‌های صنعتی

پیشرفت‌های نوین: ترکیب با هوش مصنوعی

امروزه، سیستم‌های کنترل مبتنی بر یادگیری ماشین، دوز بهینه را بر اساس نوع پلیمر، ضخامت و سرعت خط پیش‌بینی می‌کنند. در ژاپن، ربات‌های بینایی ماشین، ظروف معیوب را پیش از تابش شناسایی و جدا می‌کنند. همچنین، پژوهش‌های اخیر در MIT نشان داده‌اند که تابش ترکیبی (EB + ازن کم‌غلظت) می‌تواند دوز مورد نیاز را تا 30% کاهش دهد ــ کاهشی که هم هزینه و هم احتمال تخریب را پایین می‌آورد.

کاربردهای غذایی

در صنعت غذایی، این فناوری در سه حوزه کاربرد دارد:

• ظروف مایکروویوی چندبارمصرف: تحمل 1000 چرخهٔ گرم‌کردن.
• بسته‌بندی غذای آماده (MREs): مقاومت در برابر استریل‌سازی 121°C.
• ظرف‌های فریزر-مایکروویو: بدون ترک در تغییر ناگهانی دما

کاربردهای دارویی و بهداشتی

ظرف‌های تزریق دارو، فلاکن‌های واکسن و سینی‌های جراحی، باید استریلیته را در دمای بالا حفظ کنند. پلیمرهای تابش‌دیده:

• بدون تغییر شکل در اتوکلاو 134°C،
• بدون نشتی مواد شیمیایی به دارو،
• و با قابلیت ردیابی با نشانگرهای رادیواکتیو بسیار کم‌فعال (مانند ¹⁴C در سطح ppt).
  این ویژگی‌ها، آن‌ها را مطابق با الزامات FDA و EMA می‌سازد.

 کاربردهای دفاعی و امنیتی

در شرایط عملیاتی، ظروف باید در برابر گرما، سرما، ضربه و تابش خورشیدی مقاوم باشند. پلیمرهای شبکه‌ای‌شده:

• در دمای -40°C ترد نمی‌شوند،
• در دمای +65°C تغییر شکل نمی‌دهند،
• و ضربه‌پذیری بالاتری دارند.

در ایالات متحده، ارتش از این ظروف برای بسته‌بندی آب، غذا و تجهیزات اولیهٔ پزشکی استفاده می‌کند. ایران نیز می‌تواند در «کانون سازگان‌های بی‌ساغر» از این فناوری بهره بگیرد.

جمع‌بندی

فناوری هسته‌ای، در تولید ظروف پلاستیکی مقاوم به حرارت، یک «ابزار تبدیل» برای تبدیل پلیمرهای ساده به مواد پیشرفته است. این فناوری، یک گزینهٔ لوکس نیست، بلکه یک ضرورت راهبردی در عصر امنیت مواد است. کلید موفقیت، ترکیب سه عنصر است: دانش فنی (از طریق همکاری با دانشگاه‌ها)، زیرساخت قانونی (از طریق آیین‌نامه‌نویسی ساختاریافته)، و آگاهی عمومی (از طریق رسانه‌های تخصصی). ایران، با سرمایه‌های انسانی و فناورانهٔ موجود، می‌تواند در این حوزه، هم خودکفا شود، و هم به صادرکنندهٔ فناوری تبدیل گردد.

---------

منابعی برای مطالعه بیشتر

[1] IAEA. (2022). Non-power Applications of Nuclear Technology: A Primer. Vienna: IAEA Publications.
[2] World Health Organization. (2023). Guidelines on Safe Food Packaging in Emergencies. Geneva: WHO Press.
[3] AEOI. (2021). National Report on Radiation Processing Activities. Tehran: Atomic Energy Organization of Iran.
[4] Chmielewski, A. G., et al. (2023). Industrial Electron Beam Accelerators: Design and Operation. Radiation Physics and Chemistry, 203, 110567.
[5] Singh, A., & Silverman, J. (2022). Comparative Analysis of Gamma, E-beam and X-ray for Polymer Modification. Journal of Applied Polymer Science, 139(18), e52144.
[6] ISO. (2022). ISO/TS 19924:2022 ــ Radiation processing of polymers ــ Guidelines for process control. Geneva: International Organization for Standardization.
[7] Dole, M. (2021). The Radiation Chemistry of Macromolecules (2nd ed.). Academic Press.
[8] FDA. (2023). Guidance for Industry: Use of Radiation Technologies in Packaging. U.S. Food and Drug Administration.
[9] Turkish Atomic Energy Authority. (2020). Regulation on Industrial Radiation Facilities. Ankara: TAEK.
[10] World Bank. (2023). The Economic Impact of Non-energy Nuclear Technologies in Emerging Economies. Washington, DC: World Bank Group.
[11] Clough, R. L. (2022). Radiation Crosslinking of Polyolefins: Mechanisms and Applications. Progress in Polymer Science, 124, 101482.
[12] UNIDO. (2021). Technology Transfer in Radiation Processing: Challenges for SMEs. Vienna: United Nations Industrial Development Organization.
[13] Vietnam Atomic Energy Institute. (2022). Annual Report on Medical Device Localization. Hanoi: VAEI.
[14] MIT Nuclear Science Lab. (2024). AI-Optimized Radiation Dosing for Polymer Crosslinking. MIT Technical Report No. NSL-2024-07.
[15] German Federal Institute for Risk Assessment (BfR). (2023). Safety of Microwave-Safe Plastic Containers. Berlin: BfR Publications.
[16] European Medicines Agency. (2022). Guideline on Plastic Immediate Packaging Materials. EMA/CHMP/CVMP/QWP/707123/2021.
[17] U.S. Department of Defense. (2023). Specification for Field Ration Packaging (MIL-PRF-13429G). Washington, DC: DoD.
[18] OECD/NEA. (2024). Strategic Roadmap for Non-power Nuclear Applications in Member States. Paris: Nuclear Energy Agency.
[19] International Atomic Energy Agency. (2023). Developing National Strategies for Radiation Processing. IAEA-TECDOC-2015.
[20] Sazgar, M., et al. (2024). Localization of Radiation-Treated Polymers in Iran: A SWOT Analysis. Iranian Journal of Nuclear Science and Technology, 12(1), 45–60.

انتهای پیام/