Відділ №31 Фізики взаємодії випромінювання з речовиною

У складі відділу працюють фахівці, чия діяльність зосереджена на найбільш актуальних напрямках створення наукових основ електрофізичних радіаційних технологій, які здатні стати основою інноваційного розвитку суспільства.

Основні ознаки електрофізичних радіаційних технологій:

  • відсутність наведеної (залишкової) радіоактивності (тут ми залишаємо осторонь, наприклад, ядерно-фізичні технології, такі як напрацювання короткоживучих радіонуклідів)
  • енергоефективність, істотне зниження витрат енергії в порівнянні з альтернативними способами досягнення аналогічного технологічного ефекту. (Для отверждення 1 м2 покриттів тепловим методом потрібно 2,7 кВтг; теплової енергії, для затвердіння радіаційним методом при дозі 50 кГр в 80 разів менше)
  • спрямовані на вирішення проблем екології. (Одним з найважливіших чинників розвитку радіаційних технологій на базі джерел електронного та гальмівного рентгенівського випромінювань стало прийняття в більшості країн Європи законодавчих положень щодо захисту навколишнього середовища. У зв'язку з цим особливий інтерес викликали радіаційно тверднуючиї лакофарбові покриття, що є альтернативою методам нанесення лакофарбових покриттів на основі органічних розчинників - одного з основних джерел забруднення атмосфери.)
  • приналежність до класу високих технологій, що обумовлено високою питомою вагою витрат на НДР в собівартості продукції, одержуваної із застосуванням електрофізичних радіаційних технологій.

Тенденції та динаміка розвитку технологій на основі електрофізичних і радіаційних процесів.

Фактично, технологіями, що найбільш динамічно розвиваються, у світі протягом вже декількох десятиліть є радіаційні технології (РТ), тобто технології на основі застосування прискорювачів електронів і гамма-установок; за класифікацією МАГАТЕ ядерні технології. Щорічний темп приросту цього ринку до 25%. Сфери застосування від сільського господарства і медицини (стерилізація продуктів і води) до будівельної індустрії, ВПК та космосу (будівельні матеріали та герметики).

Основні сфери застосування електрофізичних радіаційних технологій:

  • Радіаційна стерилізація медичних виробів. Основною перевагою цього виду обробки для таких виробів як шприци, катетери, бинти, поживні середовища тощо є можливість знищення патогенної мікрофлори на об'єкті, чутливому до дії високих температур або здатному адсорбувати хімічні стерилізуючи речовини. Оскільки в даний час основна частина одноразового інструмента виготовляється з полімерних матеріалів, радіаційна стерилізація стає фактично безальтернативною.
  • Модифікація властивостей полімерних матеріалів. Механізм модифікуючої дії випромінювання полягає в ініціюванні процесів радіаційного зшивання в полімерах, що дозволяє отримати такі технологічно важливі властивості, як формостійкість при підвищених температурах, тобто підвищити стійкість ізоляції і елементів монтажу до можливих струмових перевантажень, або реалізувати ефект запам'ятовування форми. Утворення в матеріалі нової надмолекулярної структури надає йому додаткові цінні властивості, властиві зшитим полімерам (зменшення усадки, набухання, стійкість до розтріскування).
  • Радіаційно тверднуючі лакофарбові покриття, що є альтернативою методам нанесення лакофарбових покриттів на основі органічних розчинників - одного з основних джерел забруднення атмосфери. Метод нанесення радіаційно тверднуючих покриттів, що не містять органічних розчинників і мають хорошу адгезію з поверхнею виробу, заснований на ионизуючій і збуджуючій дії випромінення на молекули речовини, що викликає утворення високоактивних іонів і радикалів, здатних реагувати з матеріалом вироба, що фарбується. Такий метод має як порівняно з рідинним (на основі розчинників), так і з термічним способами ряд переваг: високі швидкості проведення процесу, скорочення витрат, сировини і матеріалів, зменшення енерговитрат і виробничих площ, поліпшення санітарно-гігієнічних умов праці та охорони навколишнього середовища за рахунок відсутності летючих розчинників в рецептурі лакофарбових матеріалів.
  • Обробка харчових продуктів. Практичне використання впливу іонізуючих випромінювань для виробництва та збереження харчової продукції грунтується на їх здатності уповільнювати або прискорювати процеси проростання або дозрівання плодів і овочів, здійснювати повне або часткове придушення життєдіяльності збудників псування харчових продуктів.[1, 5]
  • Технології електрофізичної радіаційної водопідготовки засновані на здатності випромінення ініціювати процеси деструкції органічних сполук з подальшим випаданням їх в осад, а також з летальною дією випромінювання на мікроогранізми.[8]
  • Використання радіаційних технологій в сільському господарстві. Перспективність застосування радіаційних технологій на основі електрофізичних джерел випромінювання в сільському господарстві обумовлена можливістю вирішення цілого комплексу проблем, до яких відносяться: вилучення поживних речовин з сировини, що містить целюлозу, знезараження гнойових стоків, передпосівна стимуляція насіннєвого матеріалу, що забезпечує підвищення його посівних і врожайних якостей, активацію ростових процесів, знищення комірних комах та ін. [7]
  • Руйнування шкідливих компонентів газових викидів. Радіаційне очищення газових викидів потужних котельних установок ТЕЦ і ДРЕС може зменшити виділення в атмосферу азоту і сірки не менше, ніж на 95%. При цьому утворюючиїся тверді продукти переробки можуть бути використані як мінеральні добрива або повернуті у технологічний процес.
  • Радіаційна модифікація властивостей металів і сплавів потужними електронними пучками. Внаслідок такої обробки збільшується мікіротвердість обробленого поверхневого шару, підвищується його корозійна та ерозійна стійкість. Відбувається подрібнення зерен структури аж до наномасштабного розміру. Отримання нанопорошків.[3]
  • Опромінення напівпровідників з метою формування радіаційних дефектів що є центрам рекомбінації нерівноважних носіїв заряду в зоні p-n переходу. Традиційним способом створення центрів рекомбінації є введення домішок золота Внаслідок опромінення швидкість швидкодії напівпровідникових елементів збільшується з 10 -4 до 10 -7 с.
  • Тестування мікросхем, що працюють в умовах впливу іонізуючих випромінювань космічного походження. У тому числі тестування фотоперетворюючих елементів сонячних батарей, встановлених на літальних апаратах і є джерелами автономного живлення.
  • Використання в технологіях переробки нетоварних вуглеводнів: важких нафт, нефтебітумінозних порід.
  • Використання у виробництві будівельних матеріалів: радіаційнозшитий пінопласт, підвищення виходу портланд-цементного клінкеру.

Розробка методів термографічної діагностики технологічних процесів і обладнання.

У відділі інтенсивно розвивається інфрачервона (ІЧ) радіометрія, розробляються нові термографічні (тепловізійні) методи контролю і діагностики, що представляють собою високотехнологічну, інтенсивно розвиваючуюся в світі, галузь прикладних досліджень, що базується на теорії теплопередачі, взаємодії випромінювання з речовиною, сучасних інформаційних та комп'ютерних технологіях.

ІЧ-радіометрія дозволяє вирішити проблему просторової візуалізації енергетичних характеристик полів випромінювання та щільності розподілу потоків електронів і гамма-випромінювання в зонах опромінення радіаційних установок.

Тепловізійна діагностика, як високоефективний метод неруйнівного контролю та дефектоскопії, дозволяє виявляти дефекти і аварійні стани на ранній стадії їх виникнення, що розширює арсенал технічних засобів неруйнівного контролю при обстеженні технологічного устаткування, споруд і агрегатів промислових підприємств, об'єктів атомної енергетики, скоротити експлуатаційні витрати, підвищити безпеку і надійність роботи обладнання. Основу методики тепловізійного контролю та дефектоскопії складають технології дистанційної ІЧ-радіометрії, які базуються на реєстрації потоку ІЧ-випромінювання з поверхні об'єктів контролю і наступному аналізі їх термоізображень (теплових карт, термограмм). Просторово-часове розподілення температури на поверхні фізичних об'єктів відображає їх структуру, є інформаційним полем, за допомогою якого виявляються приховані дефекти і дефектоутворюючі зони, проводиться класифікація дефектів. На основі розробки методів активної термографії, кореляційної ІЧ-радіометрії і вібродефектоскопіі, істотно розширюється ефективність дистанційних методів неруйнівного контролю, у відділі виконуються роботи по створенню нових методів тепловізійної діагностики, систем тепловізійного оперативного контролю експлуатаційних характеристик і діагностики на їх основі технічного стану обладнання, споруд і комунікацій. Проводяться дослідження фізики процесів трансформації енергії вібрації в тепло на дисипативних структурах, особливостей формування теплових полів залежно від параметрів циклічних навантажень і напружень у матеріалі, параметрів енергопоглинаючих структур (дефектів) і умов зйомки інформаційних полів в ІЧ-діапазоні хвиль.[2, 4]

Тепловізіонная діагностика добре доповнює існуючі методи діагностики, а в окремих випадках є єдиним методом виявлення та локалізації специфічних дефектів на ранній стадії їх виникнення, дозволяє прогнозувати розвиток аварійних ситуацій. У світовій практиці інфрачервона термографія і тепловізійний контроль є одним з методів неруйнівного контролю, щонайбільш активно розвиваються, в зв'язку з можливістю обстеження об'єктів і виявлення дефектів у процесі експлуатації обладнання та споруд без зняття напруги і припинення подачі енергоносіїв.