اختيار المواد في نظم الغازات Xenon للحد من مخاطر التسمم

ويؤدي غاز الزينون دوراً لا غنى عنه في التصوير الطبي المتطور والتخدير والبحث العلمي وتكنولوجيات الدفع المتقدمة، وفي التصوير المغناطيسي للدماغ، وفي تطبيقات التصوير المغناطيسي المحسوب، فإن مادة الزينون تشكل عاملاً متناقضاً، وفي التخدير، توفر خصائص مقاومة للإصابة بالمرض العصبي ذات التأثيرات الجانبية الديموغرافية الدنيا.

أساسيات إبادة الغازات التي تُمارس في أكسِنون

النشاط الكيميائي والنقاء

ويعود زينيسون إلى أسرة الغاز النبيلة ويُعتبر عموماً غير متجانس في إطار ظروف محددة، ولكن في ظل وجود عوامل شديدة التأكسد، أو درجات حرارة عالية، أو بيئات عالية الطاقة مثل تلك الموجودة داخل مصادر الأيون أو حجرات البلازما - التي تشكل مركبات، بينما تتفاعل نظم التصريف بالفلور السائب والأكسيدات ذات الصبغة الفوقية، وهي أكثر نشاطاً.

مصادر التلوث

وتنشأ هذه الهيمنة من ثلاثة مصادر رئيسية: الاضطرابات المتبقية التي تُركت بعد التصنيع أو الصيانة، والتجاوز عن المواد النظامية، واقتحام الهواء الخارجي أو الرطوبة بواسطة الفقمات، وحتى كميات الأكسجين أو بخار الماء أو العضويات يمكن أن تُحدث ردود فعل على مسارات التعاقب التي تُشعل التسمم، ويزيد من حدة التحدي ارتفاع تكلفة التلوث الكيميائي الذي يُحدث بين المئات والألاف من الدولارات التي تُعدّ إلى الاستعادة.

Critical Material Properties for Xenon Systems

عدم التعرض للمواد الكيميائية والقابلية للمقارنة

والشرط الأول هو أن تكون جميع المواد المبتلة غير مجهزة كيميائياً نحو الزينون وأي شواغل متوقعة في جميع ظروف التشغيل - بما في ذلك درجات الحرارة القصوى، ودورات الضغط، والتعرض للعوامل التنظيف، وأن عدم التعرض له أمر مهم بوجه خاص بالنسبة للأسطح التي تتصل بالغاز عند درجة حرارة عالية أو في وجود حقول كهربائية، وأن الفولاذات اللامعة، وبعض المحار النيكل (وليس كله)، وأن معظمها لا تجتاز هذه المواد الاختبار.

معدلات التفوق والطول

أما إطلاق الغازات المحصورة أو الأنواع المتطايرة من المواد المسببة للإصابة، فهو يسبب قلقاً كبيراً من حيث إن الغازات المتخلفة عن الركب، أو الغازات المحتوية على مادة النيتروجين، أو التي تُستخدم في إنتاج المواد الهيدروجينية، أو في حالة حدوثها، أو في حالة حدوث حواجز مسببة للاختراق، أو في حالة حدوث حواجز في المواد التراكمية.

مستويات الشدة وعناصر الترسب

ولا يكفي نقاء المواد الخام، ولا بد من تقييم العناصر التتبعية، فعلى سبيل المثال، يحتوي الفولاذ اللاصق 304 على كميات صغيرة من الكروم والنيكل، ولكن يمكن أن تشكل الإدراجات من الكبريت أو المنغنيز مواقع تفاعلية، وتفضل نسخ عالية النقاء مثل 316 لال (الكربون المنخفض) في التطبيقات الحرجة، وبالمثل، يجب أن تكون الحركية خالية من المعونات المتقطعة التي قد تتدفق في إطار الإجهاد الحراري.

القابلية للتشغيل الميكانيكي والحراري

وكثيرا ما تعمل نظم الزينون تحت ضغط شديد (حتى عدة مئات من الجو) وقد تخضع للتدوير الحراري من التخزين البكائي إلى درجة حرارة الغرفة، ويجب أن تحافظ المواد على استقرار البعد، وأن تقاوم التكسير، وتتجنب التشقق البدين الذي يمكن أن يخلق مسارات حطام الجسيمات أو تسربها، كما أن الفقمات والبنزين، في التطبيقات الثابتة والدينامية، تتطلب أيضا توازنا بين الامتثال والإطار المنخفض للارتداد.

المواد الموصى بها لنظم الغازات الزينون

الصلب غير القابل للصدأ (304/316، المثقوبين بالكهرباء)

أما الصلبان غير القابل للصدأ، ولا سيما الصفان 304 و 316، فهي أفقات تركيب نظام " إكسونون " ، وهي توفر عدم دقة ممتازة، وتدني مستوى التفوق عند تنظيفه على النحو السليم، وقوام ميكانيكي جيد، أما بالنسبة لتطبيقات النقاء فوق العالي، فإن الأسطح الكهروبولية الداخلية تقلل من مساحة سطح الميكروسكوب وتزيل الملوثات الحديدية المقاومة للارتين، مما يزيد من الانتات المتطاسية().

PTFE and Other Fluoropolymers

(ب) تستخدم مركبات الفلوروكربون على نطاق واسع في الفقمات والغاز والبطن بسبب عدم وجودها الكيميائي التقريبي وانخفاض معامل الاحتكاك، ولا يمكن أن يكون أداء الكيماويات أعلى من ذلك (الزمن أو معظم الشوائب) إلا أن معامل التحلل الكيميائي للكميات العالية، وإن كانت معدلات الحرارة مرتفعة نسبياً(60).

Graphite and Carbon-Based Seals

إن الغرافيت المرنة (الغرافيت المكشوفة) هي مادة ممتازة لنظم الزينون، وهي غير سليمة إلى حد كبير، ويمكنها تحمل درجات الحرارة حتى 3000 درجة مئوية في أجواء غير مأمونة، وتتوافق مع المخالفات السطحية دون تدفق بارد، كما أن لغاز الجرافات تقل فيه درجة الحرارة وتضخم لا يذكر بعد الصبغ، وهي تستخدم عادة في عبوات الجمرات الصمامية.

السيراميكات الخاصة بتطبيقات الأداء العالي

وتستخدم الألومينا (Al2O3) والسرامين (ZrO2) في أجهزة الاستشعار ذات الحرارة العالية، والكهرباء، وزرع المكونات التي تتسم فيها العوز والاستقرار الحراري بأهمية حاسمة، كما أن مناولة الألومينا، على وجه الخصوص، غير قابلة للتداول بالنسبة للغازات، وتبدو مبعثرة لا تذكر، كما أن مقاومة الهجمات التي تُستخدم في تقنيات الرش الارتداد.

اختيار المواد حسب العنصر

الخيول والصور

وبالنسبة لدبابات التخزين والرقاقة، فإن الصلب غير القابل للصدأ الذي يحتوي على مساحات داخلية مكتظة هو الخيار الافتراضي، وبالنسبة للخدمة البكائية، يستخدم الفولاذ اللام للصدأ 304 في كثير من الأحيان بسبب قوته الممتازة عند درجات الحرارة المنخفضة، وقد يستخدم النحاس الفود والبرالزات لأنه يمكن أن يحفز ردود الفعل مع وجود أكسجين ورطوبة أثرية.

البحارة والغاسكوتس

ويخدم الفقمات الثابتة (الثغرات والمناظر) على أفضل وجه رسوم بيانية مرنة أو PTFE. وبالنسبة للأختام الدينامية (السرقات، والقضبان المتبادلة)، واستخدام ختم الشفاه التي تستخدمها القوة الشرائية مع أجهزة الرش أو أجهزة التعبئة بواسطة الكربون، فإن أجهزة البيرفلوروئية مناسبة للمقاعد المنخفضة.

القيم والتنظيمات

Diaphragm valves with PTFE or alloy 22 bodies provide leak-tight sealing and minimal volume. For pressure regulation, use allmetal regulators with stainless steel diaphragms and seals. Avoid regulators with elastomeric seats; if required, ensure they are made of FFKM. Testing each valenness below-Fccight

أجهزة الاستشعار والمكونات الداخلية

ويجب أن تستخدم أجهزة الاستشعار المعرضة لزنون (مثل مترجمي الضغط، وأجهزة قياس التدفق الجماعي) مواد مبللة تتطابق مع معايير عدم القدرة على العمل، والمجسات القائمة على السيرامي هي مُثُل مثالي، في حين ينبغي أن تُجمع أجهزة الاستشعار القائمة على السيليكون بناتريد السيليكون أو باريلين لحماية من الهجوم الكيميائي، وبالنسبة للعزل الكهربائي، فإن الألومينا أو بي.

المواد المتجهة إلى تجنبها ومخاطرها

الذرّات والبوليمرات العضوية

(ج) الظواهر القياسية مثل النيوبرين، وفيتون (FKM)، والمركبات العضوية المتطايرة التي يمكن أن تنفجر تحت التصريف الكهربائي، مما يؤدي إلى رواسب الكربون والمنتجات الثانوية الحمضية، وحتى عندما تستخدم خارجياً، يمكن للبخار أن ينتقل إلى تيار Xenon، وإذا كان الفقمات الفاصولية غير قابلة للإبطال لأسباب تتعلق بالتكلفة، فإن هذه المقاييس منخفضة التكلفة.

المعادن والخطوط الأمامية

ويمكن للنيكل وبعض سبائك النيكل (مثل مونيل) أن يحفزا ردود الفعل بين الزينون والأوراق، ولا سيما في درجات الحرارة المرتفعة، كما أن النحاس والبرونزي يثيران إشكالية لأنهما يمكن أن يشكلا أكاسيداً تتفاعل مع النسيج، ويمكن أن يؤدي زينك (موجود في بعض الغرامات) إلى تبخير الغاز وتلوثه.

المواد المركبة مع الأفلام

والكثير من الغازات المركبة تحتوي على ملصقات وملئات (مثل الألياف الهرمة والمطاط والسيليكا) التي يمكن أن تتفوق أو تتحلل بمرور الوقت، بل يمكن للمركبات البيطرية التي تحتوي على أضواء معدنية (الغرافيت المسمّى) أن تطلق الجسيمات إذا كانت التآكل المعدني، كما أن تحديدها دائماً هو الغرافيت أو المركبات التي تستخدمها قوة تثبيت PTFE بدون أربطات العضوية.

التحقق من المواد واختبارها

اختبارات الشيخوخة والإنقاذ المعجلة

وقبل القبول، ينبغي أن تخضع المواد للاختبارات المسبقة عن علم E595 (الاستهلال في الفراغ عند 125 درجة مئوية) أو معايير مماثلة، وينبغي أن يكون مجموع الخسارة الجماعية أقل من 0.1 في المائة وأن تكون المواد القابلة للانهدار أقل من 0.01 في المائة، أما بالنسبة للمواد التي تستخدمها نظم Xenon، فيمكن تطبيق حدود أكثر صرامة، وبالإضافة إلى ذلك، فإن اختبارات التقلب الحراري تساعد على تحديد أوجه القصور والمواد التي تحتوي على الختم.

تقنيات التحليل السطحي

ويمكن للنسخة الإلكترونية المصغرة التي تحتوي على طقس أشعة سينية مشتتتة بالطاقة أن تكشف التلوث السطحي أو التآكل على المكونات المعدنية، ويستخدم جهاز التصوير الضوئي بالأشعة السينية للتحقق من التركيب الكيميائي لمواد التصفيق مثل نيتال التيتانيوم أو الكربون الشبيه بالألماس، ويستخدم في بعض الأحيان للحد من مقاعد الصمامات.

دراسات حالة في تسمم المواد

وتبرز عدة أمثلة على العالم الحقيقي نتائج سوء اختيار المواد، ففي مرفق للتصوير الطبي، أدى استخدام الأصابع النتريلية في مخزن أفران الزينون إلى تراكم تدريجي للمخلفات العضوية على مضخة تداول الغاز، وأصبحت دورات التأشير أكثر تواترا، وشهد المرفق زيادة بنسبة 30 في المائة في استهلاك الزينون قبل أن تُتبَعَّد المسألة إلى ارتفاع جودة الغاز.

واشتملت حالة أخرى على مختبر بحثي يستخدم جهازاً لجهاز توصيل التخدير بواسطة النيكل، وكشفت المطيافات الجماعية عن وجود أنواع من النيكل الكربون في مركب الغاز الذي شكله رد فعل النيكل مع أول أكسيد الكربون من بقايا النفط المتبصّل.

أفضل الممارسات المتعلقة بمواصفات المواد والمشتريات

• ]pecify Material Grades and Finishes:] always require certification material test reports (MTRs) for chemical composition andميكانيكيal properties. For metals, specify low-carbon variants (e.g., 316L) and surface completion (e.g., electropolished to Ra 0, kim).
• (أ) تشغيل الموردين في وقت مبكر: العمل مع البائعين الذين يفهمون نظم الغاز العالية النقاء، ويقدم العديد من المصنعين الذين يُعتد بهم نسخاً من الصمامات والتجهيزات التي تنظّف وتُحزم خصيصاً.
• Implement Incoming Inspection:] Visually inspect seals and gaskets for defects. Perform helium leak checks on all components that will be exposed to xenon.
• يمكن تعقب المواد الدوائية: ] الاحتفاظ بسجلات لجميع المواد المستخدمة في النظام، ولا سيما بالنسبة للعناصر التي يستعاض عنها أثناء الصيانة.

التطورات المستقبلية في المواد القابلة للتداول

ويتيح التقدم في التصنيع المضاف للمعادن (3D) إيجاد مسارات تدفق معقدة مع تقريب سطح متحكم فيه، مما قد يقلل من شراك التلوث، ويجري استكشاف معاطف جديدة من الهجينات المزخرفة وأجهزة التخزين الذرية، من أجل إيجاد أسطح فوقية فوقية على مبان فرعية غير مكلفة، إضافة إلى تطوير أطر جديدة لفتح المواد المعدنية (MOFs) من أجل إيجاد حلول انتقائية جديدة.

خاتمة

(أ) اختيار المواد هو أكثر القرارات تأثيراً في نظم الغازات القائمة على أساس الأشعة السينية، وإعطاء الأولوية للتخلف الكيميائي، والتفاؤل الشديد، والثبات الميكانيكي، والمهندسين إمكانية الحد من مخاطر التسمم، ومدد فترة شحن الغاز، وتخفيض التكاليف التشغيلية.