Venturi, Margherita

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Oltre al campo medico le radiazionii i ti t li i i tili  on zzan rovano app caz on u ebenefiche in molti altri settoriApplicazioni in campo industrialeRadiation ProcessingLa disponibilità di sorgenti di radiazioni ad altaenergia a costi ragionevoli, necessari per iltrattamento di grossi volumi di prodotti (avvenutadopo la II guerra mondiale) ha permesso la nascitadi una nuova tecnologia chiamata “radiationprocessing” o trattamento con radiazioni ionizzanti.Q t t l i tili lues a nuova ecno og a u zza su sca aindustriale gli specifici effetti chimici, fisici ebiologici indotti dalle radiazioni nei materiali allo,scopo di avere prodotti commerciali concaratteristiche nuove o migliori rispetto a quelliottenuti con i processi tradizionali.Applicazioni in campo industrialeRadiazioni ionizzanti più comunemente usate nei processi industriali:¾Raggi γ emessi dal radioisotopo 60Co (1,25 MeV)¾Raggi X aventi energia ≤5 MeV¾Elettroni con energia 0,15-10 MeVLa ragione non secondaria della scelta risiede nelf h l l i è l datto c e a oro energ a ta e a non provocareradioattività nei materiali trattatiFattori economici e di sicurezzaImpianti di Irraggiamento per il Radiation ProcessingO i  di ibili gg sono sponanche acceleratori auto-schermanti che si possono mettere direttamente nella linea di produzioneSchema di un impianto commerciale di irraggiamento con acceleratore di elettroniImpianti di Irraggiamento per il Radiation ProcessingImpianto commerciale per il trattamento gamma (60Co) di prodotti vari, con stoccaggio della sorgente in piscinaImpianti commerciali nel mondo(dati aggiornati al 2009):¾ circa 170 a 60Co distribuiti in circa 50paesi contenenti circa 240 MCi¾¾circa 1200 acceleratori di elettroni conenergie da 0,15 a 10 MeV: 300 nelleAmeriche; 400 nella zona del Pacifico dicui 320 solo in Giappone; 150 in Europa;200 ex USSR; 50 altriApplicazioni in campo industrialeSterilizzazioneÈ il tt i i l di i i i i ti t tse ore n cu e ra az on on zzan sono s a eutilizzate su scala commerciale con successo grazie alla lorocapacità di inattivare o distruggere microrganismi e germipatogeni a causa del danno che la radiazione può produrredirettamente o indirettamente al DNA cioè al materialegenetico che governa la loro riproduzione.SterilizzazioneCurve di sopravvivenza alle radiazioni per alcuni tipi di batteriI microrganismi presentano maggior sensibilità alleradiazioni se:¾ maggiore è la quantità di DNA nel nucleo¾è presente acqua¾il t tt t è f tt i di i ira amen o a o n presenza ar a o oss genoLe Farmacopee Ufficiali considerano sicura una Sterilità Garantita(SAL) tale che la probabilità di sopravvivenza di microrganismi nell 10 6 L d d dmateria e trattato sia - . a ose i ra iazioni necessaria perottenere il livello di 10-6 di Sterilità Garantita è pari a 25 kGy.Tuttavia nei paesi scandinavi si utilizzano dosi di 32 kGy per lasterilizzazione con raggi γ e 35 kGy per gli elettroni.SterilizzazioneLa radiosterilizzazione è applicata a una grande varietà di prodotti:¾Siringhe e aghi,¾Garze per medicazioni,¾Materiale di sutura,¾Materiali e tessuti per innesti (valvole cardiache innesti ossei tendini ecc ), , , . ,¾Corredi per dialisi e per chirurgia (ferri, guanti, mascherine, camici, ecc.)¾Vassoi e contenitori per trasporto vivande e ferri chirurgici,¾Diete per pazienti immunodepressi,¾Diete per animali esenti da infezioni patogene,¾Materie prime per uso farmaceutico e cosmetico (dosi 10-25 kGy e 2-10 kGy)Gli impianti che utilizzano raggi γ da 60Co sono quelli maggiormenteSterilizzazioneusati. La comparsa di nuovi e più potenti acceleratori da utilizzarsiper produrre raggi X, molto più penetranti degli elettroni, starinnovando l’interesse per il loro utilizzo in questo settore.7×106 m3 di prodotti medicali monouso e presidi medico-chirurgicit tt ti tt l t l d i l 45% d ll d isono ra a a ua men e ne mon o par a e a pro uz onemondiale.La radiosterilizzazione di moltissimi prodotti medicali è ormai unavalida alternativa alla sterilizzazione a vapore in autoclave a 120°Ce alla fumigazione con ossido di etilene (ETO, gas tossico,inquinante e pericoloso) per i seguenti motivi:¾Buona penetrazione della radiazioneMi i bi l i i hé ’è il i¾ nor mpatto am enta e e san tar o perc non c r asc o oritenzione di residui tossici¾Utilizzabile per materiale deformabile ad alte temperature¾Utilizzabile su prodotti già confezionatiApplicazioni in campo industrialeProduzione e modifica di materiali polimerici(non sono richiesti solventi, iniziatori e additivi)Giro d’affari: centinaia di miliardi di dollari/anno9Polimerizzazione di monomeri (10-100 kGy)9Reticolazione di polimeri (500-1000 kGy)9Degradazione di polimeri (> 1000 kGy)Polimerizzazione di monomeriSi ottengono polimeri altamente di i    di mono spers , senza usosolventi e iniziatori.Il grado di polimerizzazione (peso molecolare) è funzione della doseReticolazione di polimeriIl polimero reticolato ha¾ peso molecolare maggiore¾ maggiore stabilità termica¾ minore solubilità in oli e solventi¾ maggiore elasticità¾ maggiore resistenza all'abrasione¾ migliori proprietà elettricheReticolazione di polimeriPolicarbosilano reticolato in assenza di ossigeno confasci di elettroni e successivamente sottoposto atrattamento termico a 1200°C produce una fibraceramica flessibile di carburo di silicio, impiegata nellaproduzione di materiali compositi ad alta resistenzatermica (1800°C)Il Teflon (PTFE) reticolato mediante irraggiamento allostato fuso (340°C) in atmosfera inerte con fasci dielettroni dà un prodotto che trova applicazioni neisettori dove esistono condizioni ambientali estreme ades. in campo aerospaziale avendo buona resistenza alleradiazioni e all’usura mantenendo le caratteristiche dib i l i i l b ifiuon so ante term co e ott mo u r cante a seccoEffetto memoria nei polimeriProprietà presentata da alcuni polimeri (es. PE, PVC, polivinilidenefluoruro) in seguito ad irraggiamento in condizioni particolari.P li i ì ti l ti i i ti ll d i dio mer cos re co a vengono mp ega ne a pro uz one :¾Pellicole termoretraibili per alimenti e imballaggi¾Guaine termoretraibili per ricoprire a tenuta parti saldate di cavie fili elettrici, tubi per oleodotti.Reticolazione di elastomeri¾La prevulcanizzazione di componenti in gomma (es. il battistrada, lacarcassa e i fogli telati di armatura interna) prima dell’assemblaggio e delprocesso finale di vulcanizzazione termica del pneumatico (Processocommerciale in Francia, USA e Giappone dal 1980).¾La reticolazione di lattice di gomma naturale per la produzione di guantichirurgici e altri prodotti che vengono a contatto con la pelle. Vantaggirispetto al processo di vulcanizzazione termica in presenza di zolfo:i li t bilità i di t i ità l’ di it im g or s a , m nor oss c per assenza n rosamm ne,sostanze tossiche causa di dermatiti, emissioni gassose con meno cenerie prive di gas acidi. In Malesia dal 1996 ne vengono prodotti 6000 t/anno.Degradazione di polimeriScissione della catena polimerica che permette ilriciclo di polimeri come il poliisobutilene il teflon e,la cellulosa.Cascami di teflon altrimenti inutilizzabili vengono, ,degradati ottenendo una polvere usata comelubrificante a secco, per rivestimenti antiaderenti,p l p d i n di t nsi tti i p in hi st i der a ro uz o e e oa v e er c o r astampa a prova di macchia.C i di b tili d d ti i ti il l tascam gomma u ca vengono egra a mac na e granu a ocosì ottenuto viene aggiunto a mescole di gomma vergine (processo suscala commerciale in Cina e in Russia).In Sicilia le ricoperture di plastica delle serre ormai usurate vengonodegradate con le radiazioni e il materiale ottenuto macinato vieneaggiunto alla mescola per produrre nuovi teli plastici con risparmio dimateria prima vergine.CuringSimultanea polimerizzazione e reticolazione indottadalle radiazioni ionizzanti di uno o più monomeridepositati su supporti di varia natura9 Pannelli di legno9 Contenitori per alimenti9Nastri per videoregistratori 9Dischetti magneticiCuring9 Carta moneta9 P i ti  lt  av men con a a usura9 Specchi antiappannantiProduzione di compositi avanzati in fibre mediante curing con elettroni o raggi XFibre di carbonio, carburo di silicio, vetro, kevlar impregnate con resineepossidiche o esteri vinilici in presenza di iniziatori e in seguito adirraggiamento con fasci di elettroni o raggi X producono materialicompositi con alto valore tecnologico.Questi compositi stanno trovandoi t li i isvar a e app caz on¾In campo aerospaziale¾N l tt  t bili tie se ore au omo s co¾Per la produzione di silos e serbatoiInnesto su polimeriGrafting (250 500 kGy)-Innesto di monomeri o oligomeri su àmateriale gi  pronto per conferire proprietà superficiali speciali 9 T ss ti imp m bili  id p ll tie u er ea o rore e en9 Tessuti antimacchia9 T ss ti ntipie u a ega9 Tessuti con ridotta corrente elettrostaticaApplicazioni biotecnologiche9 Materiale biocompatibile per innesti o trapianti9 Lenti a contatto9 Idrogeli per medicamenti9 Matrici per rilascio controllato di farmaci, ormoni Applicazioni biotecnologicheRadioinnesto di amminoacidi o collagene su polifosfazeni per tt n r  u in  d tt  ll  o e e e g a e a a e a aricrescita guidata dei nervi perifericiTotalmente biodegradabili dopo il tempo necessario alla ricrescita dei nervi Applicazioni tecnologicheDrogaggio dei semiconduttori di potenzaMiglioramento delle caratteristiche elettriche di tiristori e diodi a commutazione veloceSterilizzazione ossa per trapiantiSterilizzazione di teste di femore con fasci di elettroni(collaborazione fra il CNR di Bologna e l’ospedale di Cittadella diPadova)Sterilizzazione di teche craniche con la stessa tecnica (collaborazionefra il CNR di Bologna e l’Istituto di neurochirurgia e neuroscienze delPoliclinico di Milano)Mutazioni genetiche radioindotte nella canapa sativaInduzione di caratteri fenotipici distintivi dalla canapa indica(collaborazione fra il CNR di Bologna l’Istituto sperimentale per le,Colture industriali di Bologna e il Ministero delle Risorse agricole)Situazione in Italia¾ 4 impianti a 60Co (Gammarad a Bologna, Gammatom a Como, Ethicon a Latina, Novico a Ascoli Piceno)sterilizzazione prodotti medicali; trattamento spezie¾ 10 acceleratori di elettroni(2) Cryovac (Milano): materiale termoretraibile(2) Bipan (Udine): trattamento pannelli in legno(1) Metallurgica Bresciana (Brescia): cavi speciali(2) Bioster (Bergamo): sterilizzazione medicali(1) Gambro Dasco (Modena): linea sangue(1) Megarad (Cassino): materiale termoretraibile(1) Al i  S i (P t )  t i li itien a paz o ra o : ma er a composApplicazioni in ambito ambientaleTrattamento di rifiuti solidi urbani e dell’agricolturaSono una notevole risorsa economica per i residui alimentari che contengonoPer poter essere riciclati allo scopo di ottenere fertilizzanti e mangimi l’elevata carica microbica viene abbattatuta per trattamento con radiazioni ionizzantiImpianti pilota in Germania  Stati Uniti  , ,Giappone e IndiaControllo dell’inquinamento ambientaleScopo del trattamento è il risanamento e decomposizione di sostanzetossiche nelle acque e fanghi di scarico urbani e industriali. Numerosit di t ti f tti i i ti d l d i i i ti il t tis u sono s a a n var e par e mon o n mp an p o a operancon sorgenti di raggi γ o con acceleratori di elettroni di bassa o mediaenergia. I risultati ottenuti hanno mostrato che già a basse dosi diradiazioni (ca 1kGy) si ottiene decolorazione eliminazione di odori e. ,disinfezione delle acque ad uso potabile, mentre acque contaminate dainquinanti come pesticidi, fungicidi, cloroderivati, detergenti e cianuripossono essere recuperate come acque di riciclo industriale combinando iltrattamento con radiazioni ad altri processi chimici. La decomposizione diquesti inquinanti è il risultato dell’azione delle specie reattive, e⎯aq, OH• eH • prodotte dalla radiolisi dell’acqua.Un impianto industriale per il trattamento di acque di scarico da unostabilimento tessile è entrato in funzione nel 2005 in Corea del Suda Daegu e tratta 10.000 m3/giorno di acque inquinate da colorantiAbbattimento di inquinanti gassosiI combustibili fossili bruciati nelle centrali termoelettriche e negli impiantisiderurgici producono emissioni gassose contenenti ossidi di zolfo (SO2) eossidi di azoto (NOx) che nell’atmosfera in presenza di vapor acqueo vengonoconvertiti attraverso un processo fotochimico in acido solforico e acidonitrico causa delle piogge acide.Studi effettuati in impianti pilota hannodimostrato che l’abbattimento di questifumi con fasci di elettroni è competitivocon i trattamenti convenzionali con calceumida e riduzione catalitica selettiva conammoniaca.Gli ossidi di zolfo e azoto reagendo con iradicali OH•, O •, O3•, HO2• e N• prodottidi li i ll f i diper ra o s portano a a ormaz onesolfato d’ammonio e nitrato d’ammonioche possono essere usati comef tili ti di i t i d l ler zzan o con z ona or e suo o.Abbattimento di inquinanti gassosiTra il 2000-2001 è stato completato un impianto industriale, dotato diquattro acceleratori da 700 keV, per la rimozione di questi gas da unat l t l tt i b d 500 MW S i (P l i ) òcen ra e ermoe e r ca a car one a a zczec n o on a ; putrattare circa 300.000 m3/giorno di effluenti gassosi.Altri due impianti sono in costruzione o sono stati ultimati in Giappone a,Nishi-Nagoya, e in Cina, a Chengdu, presso le locali centralitermoelettricheLa centrale di Szczecin

Materiale didattico relativo all'A.A. 2011-2012

http://campus.unibo.it/82036/1/Presentazione%20del%20corso.pdf

Materiale didattico relativo all'A.A. 2011-2012

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