تولید شیشه سربی مطابق با استانداردهای صنعتی

به‌طور تاریخی، تولید شیشه‌های محافظ در برابر پرتو، نسبت به دیگر حوزه‌های توسعه فناوری‌های حفاظتی عقب‌تر بوده است. دلیل اصلی این موضوع را می‌توان به شیمی پیچیده شیشه و دشواری‌های مربوط به شناسایی و بررسی ویژگی‌های آن نسبت داد.

با این حال، با گسترش کاربردهایی مانند فیبر نوری، لیزرها و فوتو‌سنسیتیو بودن مواد، تحقیقات گسترده‌ای بر روی تعامل میان پرتوهای الکترومغناطیسی و شیشه انجام گرفته است. امروزه محصولات پیشرفته شیشه‌ای قادرند از انسان‌ها در برابر اثرات زیان‌بار پرتوهای یون‌ساز محافظت کنند؛ در هر جایی که فناوری‌های پرتو X و گاما به‌کار گرفته می‌شوند.

بسیاری از انواع شیشه‌های نوآورانه و کاربردهای تخصصی حاصل تلاش و خلاقیت دانشمندان برجسته‌ای است که در این شرکت تولیدکننده شیشه سربی فعالیت می‌کنند.

فرایند تولید شیشه سربی

آیا می‌دانستید که شیشه حالتی ویژه از ماده است؟ شیشه با حرارت دادن ترکیبی از اکسیدهای جامد تا جایی که با هم ذوب شوند، شکل می‌گیرد. سپس این ترکیب شیشه‌ای به‌سرعت سرد می‌شود تا از تبلور و تشکیل ساختار شبکه‌ای جلوگیری شود. در نتیجه، مولکول‌ها در وضعیتی نامنظم و بی‌ساختار (آمورف) قفل می‌شوند؛ چیزی میان یک جامد و یک مایع.

شیشه سربی تقریباً به همان روشی تولید می‌شود که شیشه معمولی ساخته می‌شود. تفاوت اصلی اینجاست که شیشه سربی به دلیل نرمی و نقطه ذوب پایین‌تر، امکان تمپر کردن (سخت‌کاری) ندارد.

فرایند تولید شیشه سربی در مجموع شامل شش مرحله اصلی است:

• ذوب و پالایش (Melting and Refining):
  ماده اصلی سیلیس (شن سیلیس یا دی‌اکسید سیلیکون) است که همراه با اکسید سرب، باریم، پتاس (کربنات پتاسیم) و سایر ترکیبات لازم برای پایداری و شفافیت مخلوط می‌شود. این ترکیب در کوره‌های مخصوص ذوب می‌گردد.
• شناورسازی (Floating):
  ترکیب مذاب روی حمامی از قلع مذاب ریخته می‌شود. شیشه مایع روی سطح فلز حرکت کرده و به شکل نوار پهنی با ضخامت یکنواخت درمی‌آید. هم‌زمان با حرکت، دما کاهش یافته و ماده شروع به سخت شدن می‌کند.
• پوشش‌دهی (Coating):
  روی سطح شیشه پوشش‌های مختلفی اعمال می‌شود تا ویژگی‌هایی مانند بازتابندگی و خاصیت نوری مطلوب به آن اضافه گردد.
• آنیلینگ (Annealing):
  شیشه از درون کوره‌ای لایه‌ای به نام Lehr عبور داده می‌شود. در این کوره هر بخش نسبت به بخش قبل سردتر است تا تنش‌های داخلی شیشه آزاد شود و از شکستگی ناگهانی جلوگیری گردد.
• بازرسی (Inspecting):
  با استفاده از فناوری‌های پیشرفته، عیوب احتمالی مانند حباب‌های هوا، ترک‌های ناشی از تنش یا ذرات ذوب‌نشده شن شناسایی می‌شوند.
• برش (Cutting):
  در نهایت، شیشه با استفاده از کاترهای لبه‌الماسی به ورق‌های مربعی یا ابعاد مورد نیاز برش داده می‌شود.

ویژگی‌های شیشه سربی

افزودن اکسید سرب به ترکیب شیشه باعث ایجاد محصولی با خصوصیات متفاوت نسبت به شیشه معمولی می‌شود:

1. ضریب شکست نور (Refractive Index):
   شیشه سربی دارای ضریب شکست 1.7 تا 1.8 است، در حالی‌که شیشه معمولی ضریب شکستی حدود 1.5 دارد. این توانایی بالاتر در خم کردن نور، آن را برای استفاده در تولید عدسی‌ها بسیار مناسب می‌سازد.
2. چگالی (Density):
   چگالی شیشه معمولی حدود 2.4 g/cm³ است. در حالی‌که شیشه‌های با سرب بالا دارای چگالی بین 3.1 تا 4.8 g/cm³ هستند؛ یعنی بیش از دو برابر. این تفاوت ناشی از وزن اتمی بالای سرب (207.2) است که باعث می‌شود شیشه سربی بسیار سنگین‌تر از شیشه عادی باشد.
3. گرانروی (Viscosity):
   شیشه سربی نرم‌تر و روان‌تر از شیشه معمولی است و در دماهای پایین‌تری می‌توان آن را تولید و شکل‌دهی کرد. همین ویژگی باعث می‌شود فرآیند ساخت آسان‌تر باشد، حباب‌های هوای کمتری در آن باقی بماند و شفافیت بیشتری حاصل شود.
4. توان تضعیف (Attenuation):
   وجود سرب در ترکیب شیشه باعث جذب پرتوهای X و گاما می‌شود. به همین دلیل، شیشه سربی ماده‌ای بسیار مؤثر برای حفاظت در برابر تشعشعات به‌شمار می‌رود.

ترکیب شیشه سربی

شیشه سربی نوری با درصد بالای سرب (Optical, High Lead Glass) ترکیب بسیار متفاوتی نسبت به شیشه‌های معمولی دارد. این نوع شیشه میزان سیلیس بسیار کمتری دارد و فاقد سودا (سدیم‌اکسید) است. دستور ساخت آن ساده‌تر بوده و از مواد اولیه کمتری استفاده می‌کند. در حالی که شیشه‌های رایج مورد استفاده در بطری‌ها و پنجره‌ها می‌توانند شامل بیش از شش نوع اکسید مختلف باشند، شیشه سربی تنها از سه ماده اصلی تشکیل می‌شود.

ترکیبات اصلی شیشه سربی محافظ در برابر تشعشع بر اساس وزن عبارتند از:

• 52٪ اکسید سرب (PbO)
• 17٪ باریم (Ba)
• باقی‌مانده: دی‌اکسید سیلیکون (SiO₂) به همراه مقدار ناچیز پتاس یا اکسید پتاسیم (K₂O)

شیشه Corning Med-X بالاترین میزان سرب را در میان شیشه‌های صنعتی دارد و ضریب شکست آن 1.76 است. میزان عبور نور مرئی در طول موج 550 نانومتر از مسیری به ضخامت 5 میلی‌متر برابر یا بیش از 85٪ می‌باشد. این ویژگی باعث ایجاد شفافیت نوری بی‌نظیر در کنار جذب کامل پرتوهای پراکنده مضر می‌شود. همچنین شیشه Med-X در طول زمان دچار تیرگی یا زرد شدن نمی‌گردد و همین موضوع آن را برای استفاده در عدسی‌های عینک‌های محافظ بسیار بادوام و ماندگار می‌سازد.

استانداردها و الزامات حفاظت چشمی در برابر پرتو

مؤسسه ملی ایمنی و بهداشت شغلی آمریکا (NIOSH) استانداردها و الزامات مربوط به حفاظت چشم در برابر پرتو را در مقررات فدرال (29 CFR 1910.132 و 1910.133) تعیین کرده است. بر اساس این الزامات، تجهیزات حفاظتی چشم باید در محیط‌هایی که خطرات پرتوی می‌توانند موجب آسیب یا اختلال در بینایی شوند، به‌طور مناسب، بهداشتی و قابل اعتماد تأمین، استفاده و نگهداری گردند.

بررسی‌های انجام‌شده توسط کمیسیون بین‌المللی حفاظت در برابر پرتوها (ICRP) درباره آب مروارید ناشی از پرتو نشان داده است که باید حد مجاز دوز پرتوگیری عدسی چشم به شکل قابل توجهی کاهش یابد. این کمیسیون پیشنهاد داده است که میزان مواجهه سالانه از 150 میلی‌سیورت به 20 میلی‌سیورت در سال (با میانگین‌گیری در بازه 5 ساله) کاهش یابد، و حداکثر در یک سال نباید از 50 میلی‌سیورت تجاوز کند.