इलेक्ट्रॉन-बीम प्रसंस्करण

इलेक्ट्रॉन-बीम प्रसंस्करण या इलेक्ट्रॉन विकिरण (ईबीआई) एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें विभिन्न उद्देश्यों के लिए किसी वस्तु की क्रिया करने के लिए सामान्यतः उच्च ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉनों का उपयोग करना सम्मिलित है। यह ऊंचे तापमान और नाइट्रोजन वातावरण में हो सकता है। इलेक्ट्रॉन विकिरण के संभावित उपयोगों में नसबंदी (सूक्ष्म जीव विज्ञान) रत्न के रंगों में परिवर्तन और पॉलिमर के  क्रॉस-लिंकिंग सम्मिलित हैं।

आवश्यक प्रवेश की गहराई के आधार पर इलेक्ट्रॉन ऊर्जा सामान्यतः केईवी से  एमईवी  सीमा में भिन्न होती है। विकिरण के अंश को सामान्यतः  ग्रेस (इकाई) में मापा जाता है, लेकिन  म्राड्स (इकाई) में भी (1 Gy 100 rad के बराबर होता है) मापा जाता है।

विशिष्ट इलेक्ट्रॉन-बीम प्रसंस्करण उपकरण के मूल घटकों में सम्मिलित हैं: इलेक्ट्रॉन गन (कैथोड, ग्रिड और एनोड से मिलकर), प्राथमिक बीम को उत्पन्न और तेज करने के लिए उपयोग किया जाता है; और, चुंबकीय ऑप्टिकल (ध्यान केंद्रित करने और विक्षेपण) प्रणाली, जिस प्रकार से संसाधित होने वाली सामग्री ("वर्कपीस") पर इलेक्ट्रॉन बीम को प्रभावित करने के तरीके को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किया जाता है। ऑपरेशन में, गन कैथोड ऊष्मीय रूप से उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों का स्रोत होता है जो उपयोग किए गए गन इलेक्ट्रोड (ग्रिड और एनोड) कॉन्फ़िगरेशन द्वारा स्थापित इलेक्ट्रोस्टैटिक फील्ड ज्योमेट्री द्वारा त्वरित और कोलिमिटेड बीम में आकार देते हैं। इलेक्ट्रॉन बीम तब गन असेंबली से ग्राउंड-प्लेन एनोड में निकास छेद के माध्यम से निकलता है जिसमें कैथोड रे  प्रायुक्त होने वाले नकारात्मक उच्च वोल्टेज (बंदूक ऑपरेटिंग वोल्टेज) के मूल्य के बराबर ऊर्जा होती है। उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन बीम का उत्पादन करने के लिए प्रत्यक्ष उच्च वोल्टेज का यह उपयोग इनपुट विद्युत शक्ति को 95% से अधिक दक्षता पर बीम शक्ति में परिवर्तित करने की अनुमति देता है, जिससे इलेक्ट्रॉन-बीम सामग्री प्रसंस्करण अत्यधिक ऊर्जा-कुशल विधि बन जाती है। गन से बाहर निकलने के बाद, बीम इलेक्ट्रोमैग्नेटिक लेंस और डिफ्लेक्शन कॉइल प्रणाली से होकर निकलता है। लेंस का उपयोग वर्कपीस पर या तो फोकस्ड या डिफोकस्ड बीम स्पॉट बनाने के लिए किया जाता है, जबकि डिफ्लेक्शन कॉइल का उपयोग बीम स्पॉट को स्थिर स्थान पर रखने के लिए किया जाता है या किसी प्रकार की ऑसिलेटरी गति प्रदान करने के लिए किया जाता है।

पॉलिमर में, कैथोड किरण का उपयोग सामग्री पर श्रृंखला विखंडन (जो बहुलक श्रृंखला को छोटा बनाता है) और क्रॉस-लिंकिंग जैसे प्रभावों को प्रेरित करने के लिए किया जा सकता है। परिणाम बहुलक के गुणों में परिवर्तन है, जिसका उद्देश्य सामग्री के लिए अनुप्रयोगों की सीमा का विस्तार करना है। विकिरण के प्रभावों में क्रिस्टलीयता में परिवर्तन, साथ ही सूक्ष्म  संरचना भी सम्मिलित हो सकती है। सामान्यतः, विकिरण प्रक्रिया बहुलक का गिरावट दिखाती हैं। विकिरणित पॉलिमर को कभी-कभी  अंतर अवलोकन उष्मापन संबंधी,  एक्स - रे क्रिस्टलोग्राफी ,  फूरियर-ट्रांसफॉर्म स्पेक्ट्रोस्कोपी  या  स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी  का उपयोग करके चित्रित किया जा सकता है।

पॉली (विनाइलिडीन फ्लोराइड-ट्राइफ्लोरोएथिलीन) कॉपोलिमर में, उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन विकिरण फेरोइलेक्ट्रिक-पैराइलेक्ट्रिक चरण संक्रमण के लिए सक्रियण ऊर्जा को कम करता है और सामग्री में ध्रुवीकरण हिस्टैरिसीस हानि को कम करता है।

इलेक्ट्रॉन बीम प्रसंस्करण में उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन-बीम त्वरक का उपयोग करके उत्पादों का विकिरण (उपचार) सम्मिलित है। इलेक्ट्रॉन-बीम त्वरक ऑन-ऑफ विधि का उपयोग करते हैं, जिसमें सामान्य डिज़ाइन कैथोड रे टेलीविज़न के समान होता है।

उद्योग में इलेक्ट्रॉन-बीम प्रसंस्करण का उपयोग मुख्य रूप से तीन उत्पाद संशोधनों के लिए किया जाता है: नैनोटेक्नोलॉजी विज्ञान और इंजीनियरिंग में सबसे तेजी से बढ़ते नए क्षेत्रों में से है। इस क्षेत्र में विकिरण जल्दी प्रायुक्त किया जाने वाला उपकरण है; कई वर्षों से आयन या इलेक्ट्रॉन बीम का उपयोग करके परमाणुओं और आयनों की व्यवस्था की गई है। नए अनुप्रयोग नैनोक्लस्टर और नैनोकंपोजिट संश्लेषण से संबंधित हैं।
 * यांत्रिक, थर्मल, रासायनिक और अन्य गुणों में सुधार के लिए बहुलक-आधारित उत्पादों का क्रॉसलिंकिंग,
 * सामग्री का क्षरण अधिकांश सामग्री के पुनर्चक्रण में उपयोग किया जाता है,
 * चिकित्सा और दवा के सामानों की नसबंदी।

क्रॉसलिंकिंग
इलेक्ट्रॉन-बीम प्रसंस्करण के माध्यम से पॉलिमर का क्रॉस-लिंकिंग थर्मोप्लास्टिक सामग्री को थर्मोसेट में बदल देता है। जब पॉलिमर को क्रॉसलिंक किया जाता है, तो आणविक गति गंभीर रूप से बाधित होती है, जिससे बहुलक गर्मी के खिलाफ स्थिर हो जाता है। अणुओं का यह साथ लॉकिंग क्रॉसलिंकिंग के सभी लाभों का मूल है, जिसमें निम्नलिखित गुणों में सुधार सम्मिलित है:


 * थर्मल: तापमान, उम्र बढ़ने, कम तापमान प्रभाव, आदि का प्रतिरोध।
 * यांत्रिक: तन्य शक्ति, मापांक, घर्षण प्रतिरोध, दबाव रेटिंग, रेंगना प्रतिरोध, आदि।
 * रासायनिक: दबाव दरार प्रतिरोध, आदि।
 * अन्य: गर्मी हटना  स्मृति गुण,  सकारात्मक तापमान गुणांक, आदि।

क्रॉस-लिंकिंग रासायनिक उपचार या इलेक्ट्रॉन-बीम उपचार से प्रेरित बांडों के नेटवर्क के साथ आसन्न लंबे अणुओं का अंतर्संबंध है। थर्माप्लास्टिक सामग्री के इलेक्ट्रॉन-बीम प्रसंस्करण के परिणामस्वरूप संवर्द्धन की सरणी होती है, जैसे तन्य शक्ति में वृद्धि और घर्षण, दबाव क्रैकिंग और सॉल्वैंट्स के प्रतिरोध में वृद्धि। व्यापक शोध के कारण उत्कृष्ट पहनने की विशेषताओं के कारण घुटनों और कूल्हों जैसे संयुक्त प्रतिस्थापन क्रॉस-लिंक्ड अल्ट्रा-हाई-आणविक-भार पॉलीथीन से निर्मित किए जा रहे हैं।

सामान्यतः इलेक्ट्रॉन-बीम विकिरण प्रक्रिया का उपयोग करके क्रॉसलिंक किए गए पॉलिमर में पॉलीविनाइल क्लोराइड ( पीवीसी ), थर्माप्लास्टिक पॉलीयूरेथेन और इलास्टोमर्स (टीपीयू),  पॉलीब्यूटिलीन टेरेफ्थेलेट (पीबीटी), पॉलीमाइड्स /  नायलॉन (पीए 66,  नायलॉन 6, पीए 11, पीए 12),  पोलीविनीलीडेंस फ्लोराइड ( पीवीडीएफ ),  पॉलीमेथाइलपेन्टीन (पीएमपी),  पॉलीथीन (एल एलडीपीई , एलडीपीई, एमडीपीई, एचडीपीई,  यूएचएमडब्ल्यू पीई), और एथिलीन कोपोलिमर जैसे  एथिलीन विनाइल एसीटेट (ईवीए) और  एथिलीन टेट्राफ्लोराइथिलीन (ईटीएफई) सम्मिलित हैं।। कुछ पॉलिमर पॉलिमर को अधिक आसानी से विकिरण-क्रॉसलिंक करने योग्य बनाने के लिए एडिटिव्स का उपयोग करते हैं।

इलेक्ट्रॉन-बीम क्रॉसलिंक किए गए भाग का उदाहरण पॉलियामाइड से बना कनेक्टर है, जिसे RoHS पहल के लिए आवश्यक सीसा रहित सोल्डर के साथ सोल्डरिंग के लिए आवश्यक उच्च तापमान का सामना करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

पेक्स नामक क्रॉस-लिंक्ड पॉलीथीन पाइपिंग को सामान्यतः नए घर के निर्माण में पानी की लाइनों के लिए कॉपर पाइपिंग के विकल्प के रूप में उपयोग किया जाता है। पेक्स पाइपिंग तांबे को पछाड़ देगी और इसमें प्रदर्शन की विशेषताएं हैं जो कई अर्थों में तांबे से उत्तम हैं।

उच्च गुणवत्ता वाले, पतला-सेल वाले, सौंदर्य की दृष्टि से मनभावन उत्पाद का उत्पादन करने के लिए इलेक्ट्रॉन-बीम प्रसंस्करण का उपयोग करके फोम का भी उत्पादन किया जाता है।

लंबी-श्रृंखला शाखाएं
फोम और थर्मोफॉर्मेड भागों का उत्पादन करने के लिए उपयोग किए जाने वाले राल छर्रों को क्रॉसलिंकिंग और जैल होने की तुलना में कम अंश स्तर पर इलेक्ट्रॉन-बीम-संसाधित किया जा सकता है। पॉलीप्रोपाइलीन और पॉलीइथाइलीन जैसे इन राल छर्रों का उपयोग कम घनत्व वाले फोम और अन्य भागों को बनाने के लिए किया जा सकता है, क्योंकि बहुलक की पिघली हुई ताकत बढ़ जाती है।

श्रृंखला स्किशनिंग
इलेक्ट्रॉन-बीम प्रसंस्करण के माध्यम से श्रृंखला विखंडन या बहुलक क्षरण भी प्राप्त किया जा सकता है। इलेक्ट्रॉन बीम के प्रभाव से पॉलिमर का क्षरण हो सकता है, श्रृंखला टूट सकती हैं और इसलिए आणविक भार कम हो सकता है। पॉलीटेट्राफ्लुओरोएथिलीन  (पीटीएफई) में देखे गए श्रृंखला विखंडन प्रभाव का उपयोग स्क्रैप या ऑफ-ग्रेड सामग्री से ठीक माइक्रोपाउडर बनाने के लिए किया गया है।

श्रृंखला से आवश्यक आणविक उप-इकाइयों का उत्पादन करने के लिए श्रृंखला का विखंडन आणविक श्रृंखलाओं को तोड़ना है। इलेक्ट्रॉन-बीम प्रसंस्करण सामान्यतः श्रृंखला विखंडन शुरू करने के लिए उपयोग किए जाने वाले कठोर रसायनों के उपयोग के बिना श्रृंखला विखंडन प्रदान करता है।

इस प्रक्रिया का उदाहरण अणुओं को छोटा करने के लिए लकड़ी से निकाले गए सेलूलोज़ फाइबर का टूटना है, जिससे कच्चे माल का उत्पादन होता है जिसका उपयोग बायोडिग्रेडेबल डिटर्जेंट और आहार-खाद्य विकल्प बनाने के लिए किया जा सकता है।

टेफ्लॉन (पीटीएफई) भी इलेक्ट्रॉन-बीम-संसाधित है, जिससे इसे स्याही में उपयोग के लिए और मोटर वाहन उद्योग के लिए कोटिंग्स के रूप में अच्छे पाउडर के लिए जमीन पर रखा जा सकता है।

माइक्रोबायोलॉजिकल नसबंदी
इलेक्ट्रॉन-बीम प्रसंस्करण में बैक्टीरिया जैसे जीवित जीवों में डीएनए की श्रृंखलाओं को तोड़ने की क्षमता होती है, जिसके परिणामस्वरूप माइक्रोबियल मृत्यु हो जाती है र जिस स्थान पर वे रहते हैं, वह बाँझ हो जाता है। ई-बीम प्रसंस्करण का उपयोग चिकित्सा उत्पादों के बंध्याकरण (सूक्ष्म जीव विज्ञान) और खाद्य पदार्थों के लिए सड़न रोकनेवाला पैकेजिंग सामग्री के साथ-साथ कीटाणुशोधन, अनाज, तंबाकू और अन्य असंसाधित थोक फसलों से जीवित कीड़ों के उन्मूलन के लिए किया गया है।

वर्तमान में उपयोग में आने वाले नसबंदी के अन्य तरीकों की तुलना में इलेक्ट्रॉनों के साथ बंध्याकरण के महत्वपूर्ण लाभ हैं। प्रक्रिया अधिकांश सामग्रियों के साथ त्वरित, विश्वसनीय और संगत है, और प्रसंस्करण के बाद किसी संगरोध की आवश्यकता नहीं है। कुछ सामग्रियों और उत्पादों के लिए जो ऑक्सीडेटिव प्रभावों के प्रति संवेदनशील होते हैं, इलेक्ट्रॉन-बीम विकिरण के लिए विकिरण सहिष्णुता स्तर गामा एक्सपोजर की तुलना में थोड़ा अधिक हो सकता है। यह उच्च अंश दरों और ई-बीम विकिरण के कम जोखिम समय के कारण है, जो ऑक्सीजन के अपक्षयी प्रभाव को कम करने के लिए दिखाया गया है।

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 * बंध्याकरण (सूक्ष्म जीव विज्ञान)
 * बहुलक क्षरण
 * स्फटिकता
 * अति उच्च आणविक भार पॉलीथीन
 * तन्यता ताकत
 * पॉलियामाइड
 * एलएलडीपीई
 * आणविक वजन

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