SF6 trong sản xuất cáp chiếu xạ ETFE

1. Tổng quan về công nghệ chiếu xạ

Mục đích: Tạo liên kết ngang (cross-linking) cho vật liệu cách điện (thường là XLPE - Cross-linked Polyethylene) bằng bức xạ năng lượng cao, thay thế phương pháp hóa học truyền thống (dùng peroxide).

Ưu điểm vượt trội:
✅ Độ bền nhiệt cao (chịu được 90–105°C, gấp 1.5 lần PE thường).
✅ Khả năng chống quá tải (không biến dạng ở nhiệt độ cao).
✅ An toàn hơn (không cần dùng hóa chất độc hại như peroxide).
✅ Tốc độ sản xuất nhanh (vài giây đến vài phút so với vài giờ của phương pháp nhiệt).

2. Nguyên lý hoạt động

a. Hiện tượng cross-linking bằng bức xạ

• Chùm tia electron năng lượng cao (0.5–10 MeV) hoặc tia gamma (từ nguồn Coban-60) chiếu vào lớp polymer (XLPE).

• Năng lượng bức xạ phá vỡ liên kết C-H trong polymer, tạo ra gốc tự do (free radicals).

• Các gốc tự do này kết nối ngẫu nhiên tạo thành mạng lưới liên kết ngang (3D structure), giúp vật liệu cứng hơn, chịu nhiệt tốt hơn.

b. Công thức hóa học đơn giản:

PE (Polyethylene) + Bức xạ → PE* (Gốc tự do) → XLPE (Cross-linked PE)

3. Quy trình chiếu xạ trong sản xuất cáp

Bước 1: Ép đùn lớp cách điện

• Lõi đồng/nhôm được bọc lớp XLPE bằng máy đùn (extruder).

• Lớp XLPE lúc này chưa cross-linked, mềm và dễ biến dạng.

Bước 2: Chiếu xạ bằng máy gia tốc electron

• Cáp được đưa qua buồng chiếu xạ chứa máy gia tốc electron.

• Thông số điển hình:

  • Năng lượng: 1–5 MeV (đủ xuyên sâu 1–5 mm vào lớp cách điện).

  • Liều lượng: 50–300 kGy (kiloGray) tùy loại cáp.

  • Tốc độ xử lý: 10–500 m/phút (phụ thuộc công suất máy).

Bước 3: Kiểm tra & hoàn thiện

• Đo độ cross-linking bằng phân tích DSC (Differential Scanning Calorimetry) hoặc test nhiệt cơ (hot set test).

• Lớp vỏ bảo vệ (nếu có) được thêm vào sau chiếu xạ.

Vai trò của SF6 trong hệ thống máy gia tốc electron

a. SF6 dùng để cách điện & ổn định chùm tia

• Cách điện cho buồng gia tốc:
  Các bộ phận điện áp cao (như súng phát electron, bộ tăng tốc) cần môi trường cách điện để tránh phóng điện. SF6 (với độ bền điện môi gấp 3 lần không khí) được bơm vào buồng máy để ngăn hồ quang.

• Ổn định chùm tia electron:
  SF6 giúp giảm ion hóa không khí, tránh nhiễu loạn chùm tia.

b. SF6 có thể dùng làm môi trường bảo vệ

• Trong một số thiết kế, SF6 bao quanh ống dẫn chùm tia hoặc bộ phận tản nhiệt để ngăn oxy hóa và hấp thụ nhiệt.

Tại sao SF6 không liên quan trực tiếp đến quá trình chiếu xạ?

• Không tham gia phản ứng cross-linking:
  SF6 chỉ đóng vai trò hỗ trợ kỹ thuật cho máy gia tốc, không tương tác với vật liệu cáp.

• Không ảnh hưởng đến hiệu quả chiếu xạ:
  Chùm tia electron xuyên qua lớp cách điện mà không bị SF6 cản trở.

Rủi ro & Giải pháp thay thế SF6

a. Vấn đề khi dùng SF6

• Rò rỉ khí: Gây hiệu ứng nhà kính (1kg SF6 ≈ 23.5 tấn CO2).

• Chi phí bảo trì cao: Cần hệ thống thu hồi khí kín.

b. Công nghệ thay thế

• Nitrogen (N2) hoặc khí trơ hỗn hợp: Rẻ hơn, an toàn hơn.

• Máy gia tốc dùng chân không: Loại bỏ hoàn toàn nhu cầu dùng khí.

• Hệ thống làm mát bằng nước: Áp dụng cho máy công suất thấp.