Отдел №30 Физики взаимодействия излучения с веществом

В составе отдела работают группы специалистов под руководством д.т.н. В.В. Литвиненко, их деятельность сосредоточена на наиболее актуальных направлениях создания научных основ электрофизических радиационных технологий, которые способны стать основой инновационного развитии общества

Основные признаки электрофизических радиационных технологий:

  • отсутствие наведенной (остаточной) радиоактивности (здесь мы оставляем в стороне, например, ядерно-физические технологии, такие как наработка короткоживущих радионуклидов)
  • энергоэффективность, существенное снижение затрат энергии по сравнению с альтернативними способами достижения аналогичного технологического эффекта. ( Для отверждения 1 м2 покрытий тепловым методом требуется 2,7 кВтч; тепловой энергии, для отверждения радиационным методом при дозе 50 кГр в 80 раз меньше)
  • направлены на решение проблем экологии. (Одним из важнейших факторов развития радиационных технологий на базе источников электронного и тормозного рентгеновского излучений послужило принятие в большинстве стран Европы законодательных положений по защите окружающей среды. В этой связи особый интерес вызвали радиационно отвердеваемые лакокрасочные покрытия, являющиеся альтернативой методам нанесения лакокрасочных покрытий на основе органических растворителей - одного из основных источников загрязнения атмосферы. )
  • принадлежность к классу высоких технологий, что обусловлено высоким удельным весом затрат на НИР в себестоимости продукции, получаемой с применением электрофизических радиационных технологий.

Тенденции и динамика развития технологий на основе электрофизических и радиационных процессов.

Фактически, наиболее динамично развивающимися технологиями в мире на протяжении уже нескольких десятилетий являются радиационные технологии (РТ), т.е. технологии на основе применения ускорителей электронов и гамма-установок; по классификации МАГАТЭ ядерные технологии. Ежегодный темп прироста данного рынка до 25%. Сферы применения от сельского хозяйства и медицины (стерилизация продуктов и воды) до строительной индустрии, ВПК и космоса (строительные материалы и герметики).

Основные сферы приложения электрофизических радиационных технологий:

  • Радиационная стерилизация медицинских изделий. Основным преимуществом этого вида обработки для таких изделий как шприцы, катетеры, бинты, питательные среды и т.п. является возможность уничтожения патогенной микрофлоры на объекте, чувствительном к действию высоких температур или способном адсорбировать химические стерилизующие вещества. Поскольку в данное время основная часть одноразового инструмента изготавливается из полимерных материалов, радиационная стерилизация становится фактически безальтернативной.
  • Модификация свойств полимерных материалов. Механизм модифицирующего действия излучения заключается в инициировании процессов радиационного сшивания в полимерах, что позволяет получить такие технологически важные свойства, как формоустойчивость при повышенных температурах, т.е. повысить устойчивость изоляции и элементов монтажа к возможным токовым перегрузкам, либо реализовать эффект запоминания формы;. Образование в материале новой надмолекулярной структуры придает ему дополнительные ценные свойства, свойственные сшитым полимерам (уменьшение усадки, набухания, стойкость к растрескиванию).
  • Радиационно отвердеваемые лакокрасочные покрытия, являющиеся альтернативой методам нанесения лакокрасочных покрытий на основе органических растворителей - одного из основных источников загрязнения атмосферы. Метод нанесения радиационно-отвердеваемых покрытий, не содержащих органических растворителей и имеющих хорошую адгезию с поверхностью изделия, основан на ионизирующем и возбуждающем действии радиации на молекулы вещества, вызывающей образование высокоактивных ионов и радикалов, способных реагировать с материалом окрашиваемого изделия. Такой метод имеет как по сравнению с жидкостным ( на основе растворителей), так и с термическим способами ряд преимуществ: высокие скорости проведения процесса, сокращение расхода сырья и материалов, уменьшение энергозатрат и производственных площадей, улучшение санитарно-гигиенических условий труда и охраны окружающей среды за счет отсутствия летучих растворителей в рецептуре лакокрасочных материалов.
  • Обработка пищевых продуктов. Практическое использование воздействия ионизирующих излучений для производства и сохранения пищевой продукции основано на их способности замедлять или ускорять процессы прорастания или созревания плодов и овощей, осуществлять полное или частичное подавление жизнедеятельности возбудителей порчи пищевых продуктов.[1, 5]
  • Технологии электрофизической радиационной водоподготовки основаны на стпособности злучений инициировать процессы деструкции органических соединений с последующим выпадением их в осадок а также с летальным действием излучения на микроогранизмы.[8]
  • Использование радиационных технологий в сельском хозяйстве. Перспективность применения радиационных технологий на основе электрофизических источников излучения в сельском хозяйстве обусловлена возможностью решения целого комплекса проблем, к которым относятся: извлечение питательных веществ из целлюлозосодержащего сырья, обеззараживание навозных стоков, предпосевная стимуляция семенного материала, обеспечивающая повышение его посевных и урожайных качеств, активацию ростовых процессов, уничтожение амбарных насекомых и др.[7]
  • Разрушение вредных компонентов газовых выбросов. Радиационная очистка газовых выбросов мощных котельных установок ТЭЦ и ГРЭС может уменьшить выделение в атмосферу азота и серы не менее, чем на 95%. При этом образовавшиеся твердые продукты переработки могут быть использованы как минеральные удобрения или возвращены в технологический процесс.
  • Радиационная модификация свойств металлов и сплавов мощными электронными пучками. Вследствие такой обработки увеличивается мкиротвердость обработанного поверхностного слоя, повышается его коррозионная и эрозионная стойкость. Происходит измельчение зеренной структуры вплоть до наномасштабного размера. Получение нанопорошков.[3]
  • Облучение полупроводников с целью формирования радиационных дефектов служащих центрам рекомбинации неравновесных носителей заряда в зоне p-n перехода. Традиционным способом создания центров рекомбинации является введение примесей золота Вследствие облучения скорость быстродействие полупроводниковых элементов увеличивается с 10-4 до 10-7 с.
  • Тестирование микросхем, работающих в условиях воздействия ионизирующих излучений космического происхождения. В том числе тестирование фотопреобразовательных элементов солнечных батарей, устанавливаемых на летательных аппаратах и служащих источниками автономного питания.
  • Использование в технологиях переработки нетоварных углеводородов: тяжелых нефтей, нефтебитуминозных пород.
  • Использование в производстве строительных материалов: радиационно-сшитый пенопласт, повышение выхода портланд-цементного клинкера.

Разработка методов термографической диагностики технологических процессов и оборудования.

В отделе интенсивно розвиваються инфракрасная (ИК) радиометрия, разрабатываются новые термографические (тепловизионные) методы контроля и диагностики, представляющие собой высокотехнологичную, интенсивно развивающуюся в мире, область прикладных исследований, базирующуюся на теории теплопередачи, взаимодействия излучения с веществом, современных информационных и компьютерных технологиях.

ИК-радиометрия позволяет решить проблему пространственной визуализации энергетических характеристик полей излучения и распределения плотности потоков электронов и гамма- излучения в зонах облучения радиационных установок.

Тепловизионная диагностика, как высокоэффективный метод неразрушающего контроля и дефектоскопии, позволяет выявлять дефекты и аварийные состояния на ранней стадии их возникновения, что расширяет арсенал технических средств неразрушающего контроля при обследовании технологического оборудования, сооружений и агрегатов промышленных предприятий, объектов атомной энергетики, сократить эксплуатационные затраты, повысить безопасность и надежность работы оборудования. Основу методики тепловизионного контроля и дефектоскопии составляют технологии дистанционной ИК- радиометрии, которые базируются на регистрации потока ИК-излучения с поверхности объектов контроля и последующем анализе их термоизображений (тепловых карт, термограмм). Пространственно-временное распределения температуры на поверхности физических объектов отражает их структуру, является информационным полем, с помощью которого выявляются скрытые дефекты и дефектообразующие зоны, производится классификация дефектов. На основе разработки методов активной термографии, корреляционной ИК-радиометрии и вибродефектоскопии, существенно расширяющих эффективность дистанционных методов неразрушающего контроля, в отделе выполняются работы по созданию новых методов тепловизионной диагностики, систем тепловизионного оперативного контроля эксплуатационных характеристик и диагностики на их основе технического состояния оборудования, сооружений и коммуникаций. Проводятся исследования физики процессов трансформации энергии вибрации в тепло на диссипативных структурах, особенностей формирования тепловых полей в зависимости от параметров циклических нагрузок и напряжений в материале, параметров энергопоглощающих структур (дефектов) и условий съемки информационных полей в ИК-диапазоне волн.[2, 4]

Тепловизионная диагностика хорошо дополняет существующие методы диагностики, а в отдельных случаях является единственным методом выявления и локализации специфических дефектов на ранней стадии их возникновения, позволяет прогнозировать развитие аварийных ситуаций. В мировой практике инфракрасная термография и тепловизионный контроль являются одним из наиболее активно развивающихся методов неразрушающего контроля в связи с возможностью обследования объектов и выявления дефектов в процессе эксплуатации оборудования и сооружений без снятия напряжения и прекращения подачи энергоносителей.