Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Метод поверхностной активации 10
1.1. Принципы метода 10
1.2. Физические основы метода радиоиндикаторов . 17
1.2.1. Пробег заряженных частиц в веществе 18
1.2.2. Характеристики ядерных реакций , 22
1.3. Обзор развития и современного состояния МПА 24
1.4. Современные тенденции развития метода радиоиндикаторов 35
Глава 2. Поверхностная активация износоустойчивых керамических материалов 48
2.1. Постановка задачи 49
2.2. Выбор ядерных реакций 51
2.3. Проведение активации керамических втулок и образцов
2.4. Получение градуировочных кривых
2.5. Испытания керамических подшипников и их результаты 58
2.6. Исследование влияния облучения на физические свойства керамики 60
Глава 3. Поверхностная активация осколками деления 68
3.1. Характеристики реакции деления 235U тепловыми нейтронами 68
3.2. Пробеги осколков деления в веществе 70
3.3. Измерение флюенса нейтронов методом активации 71
3.4. Методика имплантации осколков деления 73
3.5. Выбор осколка-радиоидикатора 75
3.6. Распределение осколков по глубине образца 82
3.7. Измерение износа резиновой ленты транспортера зарядов электростатического ускорителя 84
Заключение 92
Литература 94
- Современные тенденции развития метода радиоиндикаторов
- Проведение активации керамических втулок и образцов
- Исследование влияния облучения на физические свойства керамики
- Измерение износа резиновой ленты транспортера зарядов электростатического ускорителя
Введение к работе
Широко известен громадный ущерб, причиняемый различным техническим объектам процессами износа и коррозии. Важным этапом в борьбе с этим явлениями разрушения поверхности является определение оперативных неразрушающих способов контроля указанных процессов. Арсенал этих способов контроля достаточно обширен.
Из наиболее известных следует отметить: а) интегральные методы определения износа, основанные на изменении служебных свойств и определенных параметров механизмов или аппаратов; б) физико-механические методы, предполагающие измерения веса, объема и формы с использованием разнообразных контактных и бесконтактных измерительных приборов и инструментов (микрометров, микровесов и т. п.); в) локально-механические методы, основанные на использовании искусственных баз (отпечаток, лунок, канавок), которые подлежат исследованию после действия процесса износа; г) лубрикационные методы, основанные на принципе определения износа механизмов по измерению концентрации продуктов износа в смазочных материалах.
Все указанные выше методы испытывают, как правило, общие трудности, связанные с отсутствием неразрушающего дифференциального контроля отдельных деталей и участков оборудования с достаточно высокой чувствительностью и точностью. К тому же все количественные исследования обычно проводятся на образцах в лабораторных условиях, а натурные испытания заключаются лишь в регулярном наблюдении за изменением рабочих параметров установки или состоянием отдельных поверхностей деталей.
Эти проблемы в значительной мере преодолеваются в методе радиоиндикаторов в его различных модификациях. Он заключается в том, что в материале образца или изделия создается радиоактивная, распределенная по некоторому объему, метка. Дистанционная регистрация изменения интенсивности излучения самой метки или продуктов ее разрушения позволяет получить необходимые характеристики этого процесса.
На сегодняшний день существует множество разновидностей метода радиоактивных индикаторов. Их можно классифицировать:
1) по объекту контроля (измерение роста активности продуктов износа или убыли активности контролируемого изделия, авторадиография поверхности);
2) по способу установки радиоактивной метки в контролируемое изделие (активация всего изделия, его части или сопряженной к нему поверхности);
3) по способу внесения или наведения радиоактивности в материале изделия (объемные или поверхностные).
Процессы износа и коррозии имеют чисто поверхностный характер. Поэтому в настоящее время чаще всего используются поверхностные способы нанесения радиоактивной метки (метод поверхностной активации -МП А). К ним относятся: поверхностная адсорбция радионуклида; газотермическое или плазменное напыление; гальваническое нанесение; электроискровая обработка поверхности радиоактивным электродом; термодиффузионное внедрение; имплантация радиоактивных ядер; внедрение методом ядер отдачи; внедрение радиоактивных осколков деления; облучение ускоренными ионами.
Для большинства конкретных задач с диапазоном контролируемых толщин снятого слоя 10 -5- 1000 мкм наибольшее распространение получил метод облучения ускоренными ионами. В задачах контроля больших величин разрушения, превышающих 1 мм, обычно используется метод вставок, как способ установки радиоактивной метки в изделии.
Метод поверхностной активизации (МПА) представляется перспективным для проведения испытаний и контроля непосредственно в натурных условиях в следующих основных задачах: изучение коррозионной и износостойкости новых конструкционных материалов в производственных условиях; получение уникальной информации о кратковременных колебаниях скорости разрушения и их корреляции с колебаниями всех технологических параметров процесса; - контроль за эффективностью применяемых смазочных масел, топлива, ингибиторов и других сред, органически связанных с процессом; - контроль за состоянием слабых зон и участков, в частности, сварных швов.
Наибольшее распространение метод поверхностной активации получил в диагностике разрушения металлов и сплавов. Довольно высокие электропроводность, теплопроводность и радиационная стойкость позволяют этим веществам не изменять заметно своих свойств под воздействием доз облучения, применяемых в МПА.
Применение в промышленности новых материалов таких, как керамика, композитные материалы, пластмассы, обладающих низкой электропроводностью и теплопроводностью и являющихся, как правило, чувствительными к воздействию ионизирующей радиации, требует дальнейшего развития МПА, а также изучения изменения свойств поверхности материала, подверженного активации.
Целью настоящей работы являлась разработка методов поверхностной активации керамики и органических материалов для целей диагностики и контроля износа поверхности.
Актуальность работы определяется как текущими потребностями практики в надежных средствах контроля износа деталей машин и механизмов, изготовленных из керамики и органических материалов, так и прогрессом материаловедения, в результате чего неметаллические материалы все шире и шире используются вместо металлов. Достоверное, проводимое в реальном режиме работы, измерение износа и коррозии может способствовать существенной экономии времени и средств при разработке деталей и узлов машин, смазочных масел, а также неподвижных частей оборудования, подверженных коррозии. Следует отметить, что оперативная информация об износе может минимизировать непредвиденные остановки и сбои в работе механизмов и позволяет с одной стороны предотвратить серьезные поломки и аварии, а с другой - продлить ресурс работы машин, причем обе проблемы являются в настоящее время чрезвычайно актуальными в условиях высокой изношенности основных фондов в машиностроении и на транспорте, вызванных политико-экономическими причинами. Исследования с целью определения износостойкости являются, также, совершенно необходимыми при разработке новых материалов.
Настоящая диссертация состоит из трех глав.
Первая глава посвящена описанию основных принципов МГТА и обзору развития МГТА как в России, так и за рубежом. Проведен краткий анализ мирового опыта применения МПА в науке и технике, а также указаны тенденции его развития на современном этапе. Здесь же рассмотрены существующие методы создания радиоактивных меток, не связанные с прямым воздействием ускоренного пучка на исследуемую поверхность.
Вторая глава посвящена исследованию и применению метода поверхностной активации к износоустойчивым керамическим материалам. В ней описана установка по облучению протонами керамических подшипников на основе нитрида кремния и оксида циркония, рассмотрена процедура построения тарировочной кривой распределения радионуклидов в поверхности деталей, приведены кривые зависимости величины износа поверхности подшипников от времени. Проведен, также, анализ изменения физических свойств керамики (микротвердости, сопротивления на излом, фазового состава, стехиометрии) в зависимости от флюенса облучения протонным пучком. Для решения этой задачи применялись: измерения на микротвердометре, рентгено-флоуресцентный и рентгено-фазовый анализ, метод сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) с применением локального микрорентген осп ектрального анализа (МРСА), а также ИК анализ.
В третьей главе описан разработанный метод активации поверхности осколками вынужденного деления и приведен пример его применения для изучения износа органических материалов. Здесь изложены принципы метода и описана установка на базе электростатического ускорителя ЭГ-2,5 по имплантации радиоактивных осколков U в исследуемые органические поверхности. На основе указанной установки проведены исследования по износу резиновых образцов ленточного транспортера зарядов электростатического ускорителя.
Новизна работы состоит в распространении метода поверхностной активации ускоренным ионным пучком на новый класс материалов -керамику и в разработке нового метода создания поверхностного радиоиндикатора для органических материалов путем имплантации осколков вынужденного деления.
Практическая значимость работы определяется высокой востребованностью методов контроля и диагностики износа поверхности деталей изготовленных из новых прогрессивных материалов. Разработанные по инициативе и с участием автора ГОСТ Р 52028-2003 и «Санитарные правила» обеспечивают возможность широкого внедрения метода поверхностной активации в практику.
Личный вклад автора состоял в непосредственной разработке методик, представленных в диссертационной работе, их обосновании и участии в практической реализации.
Материалы, представленные в диссертации докладывались автором на: XII Международной конференции по электростатическим ускорителям (Обнинск, 25-28 ноября 1997 г.), Международной конференции "Энергодиагностика и мониторинг износа оборудования", (Москва, 12-16 октября 1998 г.), Всероссийской конференции "50 лет производства и применении изотопов в России", (Обнинск, 20-22 октября 1998 г.), Региональной научно-практической конференции, посвященной Дню науки. (Обнинск, 16 апреля 1998 г.), XIII Международной конференции по электростатическим ускорителям. (Обнинск, 25-29 мая 1999 года), 6-ой Европейской конференции по использованию ускорителей в прикладных исследованиях и технологиях (ECAART-6, Дрезден, Германия, 26-30 июля
1999 г.), Научно-практической конференции "Проблемы развития атомной энергетики на Дону", (г. Ростов -на -Дону, НИИ физики РГУ, 28-29 февраля
2000 г.), XIV Международной конференции по электростатическим ускорителям и пучковым технологиям. (Обнинск, 6-9 июня 2001 года), 2-ом Международном трибологическом конгрессе (Вена 03-07 сентября 2001 г.), 5-ом научно- техническом семинаре «Аналитика, диагностика, средства и системы автоматизации» (Москва, ВНИИТФА, 18-21 мая 2003 г.), 6-ом научно- техническом семинаре «Аналитика, диагностика, средства и системы автоматизации» (Москва, ВНИИТФА, 20-23 мая 2004 г.).
Основные результаты диссертации опубликованы в открытой печати в отечественных и иностранных журналах и в материалах конференций [204,205,212,224-230]
Наряду с указанными работами, автор принимал участие в разработке ГОСТ Р 52028-2003 (Приложение 1) и Санитарных норм радиационной безопасности (Приложение 2) на применение МПА.
Автор защищает: Распространение метода поверхностной активации на исследование износа керамических изделий на основе нитрида кремния и оксида циркония: - выбор радиоиндикатора и режима создания радиоактивной метки; обоснование возможности прямой активации поверхности керамики ускоренным протонным пучком на основании результатов исследования физических характеристик образцов после облучения; результаты, полученные при изучении скорости износа керамических подшипников погружных насосов.
Разработанный метод поверхностной активации при помощи имплантации радиоактивных осколков деления: выбор радиоиндикатора и режима создания радиоактивной метки; методику имплантации осколков деления в поверхность исследуемых деталей; результаты исследования скорости износа резиновых образцов ленточного транспортера зарядов электростатического ускорителя.
Современные тенденции развития метода радиоиндикаторов
Первая глава посвящена описанию основных принципов МГТА и обзору развития МГТА как в России, так и за рубежом. Проведен краткий анализ мирового опыта применения МПА в науке и технике, а также указаны тенденции его развития на современном этапе. Здесь же рассмотрены существующие методы создания радиоактивных меток, не связанные с прямым воздействием ускоренного пучка на исследуемую поверхность.
Вторая глава посвящена исследованию и применению метода поверхностной активации к износоустойчивым керамическим материалам. В ней описана установка по облучению протонами керамических подшипников на основе нитрида кремния и оксида циркония, рассмотрена процедура построения тарировочной кривой распределения радионуклидов в поверхности деталей, приведены кривые зависимости величины износа поверхности подшипников от времени. Проведен, также, анализ изменения физических свойств керамики (микротвердости, сопротивления на излом, фазового состава, стехиометрии) в зависимости от флюенса облучения протонным пучком. Для решения этой задачи применялись: измерения на микротвердометре, рентгено-флоуресцентный и рентгено-фазовый анализ, метод сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) с применением локального микрорентген осп ектрального анализа (МРСА), а также ИК анализ.
В третьей главе описан разработанный метод активации поверхности осколками вынужденного деления и приведен пример его применения для изучения износа органических материалов. Здесь изложены принципы метода и описана установка на базе электростатического ускорителя ЭГ-2,5 по имплантации радиоактивных осколков U в исследуемые органические поверхности. На основе указанной установки проведены исследования по износу резиновых образцов ленточного транспортера зарядов электростатического ускорителя.
Новизна работы состоит в распространении метода поверхностной активации ускоренным ионным пучком на новый класс материалов -керамику и в разработке нового метода создания поверхностного радиоиндикатора для органических материалов путем имплантации осколков вынужденного деления.
Практическая значимость работы определяется высокой востребованностью методов контроля и диагностики износа поверхности деталей изготовленных из новых прогрессивных материалов. Разработанные по инициативе и с участием автора ГОСТ Р 52028-2003 и «Санитарные правила» обеспечивают возможность широкого внедрения метода поверхностной активации в практику.
Личный вклад автора состоял в непосредственной разработке методик, представленных в диссертационной работе, их обосновании и участии в практической реализации. Материалы, представленные в диссертации докладывались автором на: XII Международной конференции по электростатическим ускорителям (Обнинск, 25-28 ноября 1997 г.), Международной конференции "Энергодиагностика и мониторинг износа оборудования", (Москва, 12-16 октября 1998 г.), Всероссийской конференции "50 лет производства и применении изотопов в России", (Обнинск, 20-22 октября 1998 г.), Региональной научно-практической конференции, посвященной Дню науки. (Обнинск, 16 апреля 1998 г.), XIII Международной конференции по электростатическим ускорителям. (Обнинск, 25-29 мая 1999 года), 6-ой Европейской конференции по использованию ускорителей в прикладных исследованиях и технологиях (ECAART-6, Дрезден, Германия, 26-30 июля 1999 г.), Научно-практической конференции "Проблемы развития атомной энергетики на Дону", (г. Ростов -на -Дону, НИИ физики РГУ, 28-29 февраля 2000 г.), XIV Международной конференции по электростатическим ускорителям и пучковым технологиям. (Обнинск, 6-9 июня 2001 года), 2-ом Международном трибологическом конгрессе (Вена 03-07 сентября 2001 г.), 5-ом научно- техническом семинаре «Аналитика, диагностика, средства и системы автоматизации» (Москва, ВНИИТФА, 18-21 мая 2003 г.), 6-ом научно- техническом семинаре «Аналитика, диагностика, средства и системы автоматизации» (Москва, ВНИИТФА, 20-23 мая 2004 г.). Основные результаты диссертации опубликованы в открытой печати в отечественных и иностранных журналах и в материалах конференций [204,205,212,224-230] Наряду с указанными работами, автор принимал участие в разработке ГОСТ Р 52028-2003 (Приложение 1) и Санитарных норм радиационной безопасности (Приложение 2) на применение МПА. Автор защищает: Распространение метода поверхностной активации на исследование износа керамических изделий на основе нитрида кремния и оксида циркония: - выбор радиоиндикатора и режима создания радиоактивной метки; - обоснование возможности прямой активации поверхности керамики ускоренным протонным пучком на основании результатов исследования физических характеристик образцов после облучения; - результаты, полученные при изучении скорости износа керамических подшипников погружных насосов. Разработанный метод поверхностной активации при помощи имплантации радиоактивных осколков деления: - выбор радиоиндикатора и режима создания радиоактивной метки; - методику имплантации осколков деления в поверхность исследуемых деталей; - результаты исследования скорости износа резиновых образцов ленточного транспортера зарядов электростатического ускорителя.
Проведение активации керамических втулок и образцов
Схематически процесс измерения показан на рисунке 2, Процесс измерения поддается полной автоматизации. Управление системой измерения может производится как с локальной измерительной станции, так и удаленно (рис. 3), Соответствующее программное обеспечение для удаленного измерения износа было разработано в процессе выполнения настоящей работы.
Методика позволяет выполнять бесконтактное непрерывное измерение износа изделия в реальных условиях работы. Она позволяет получить важную информацию о динамике износа и связать ее с различными режимами работы оборудования. Получаемая в реальном масштабе времени износ
Измерения в рамках МП А обеспечивают исключительно высокую точность. МП А позволяет в ряде случаев регистрировать износ поверхности на уровне 0.01 мкм. В отличие от других трибологических методов МПА дает возможность выбрать для контроля хорошо определенную область на поверхности исследуемой детали. Таким образом, мониторинг износа отдельной детали может осуществляться независимо от состояния и условий работы всех остальных частей механизма. В пределах одного механизма поведение сразу нескольких деталей может изучаться одновременно. Типичный пример — одновременное измерение износа поверхности цилиндра двигателя внутреннего сгорания и поршневого кольца. МП А позволяет контролировать износ деталей со сложной геометрией. Кроме того эта методика обеспечивает непосредственный контроль за поведением деталей сложных механизмов, в которых прямой доступ к этим деталям невозможен. Важнейшей особенностью МПА является локальность метки, обуславливающая ряд его достоинств. Во-первых, вследствие того, что удельная активность при таком способе активации высока, ее полная ее активность может быть достаточно малой, не превышающей санитарных норм, которые позволяют работать с облученным изделием как с неактивным. Таким образом, можно вести уверенный дистанционный контроль разрушения при малой величине активности изделия. Во-вторых, малая величина активности и дистанционный характер регистрации позволяет вести оперативный контроль износа или коррозии в любых производственных условиях без остановки технологического процесса и разборки установки или механизма. В-третьих, природа и локальный характер меток предоставляют большие возможности как для выбора площади контролируемого участка поверхности, так и для регулировки толщины радиоактивного слоя и, тем самым чувствительности контроля. И, наконец, возможность создания нескольких радионуклидов в метке и регулировки их распределения по глубине позволяет вести контроль не только равномерного, но и локального процесса разрушения поверхности. Характеристики метки (и тем самым режима облучения), должны оптимальным образом соответствовать поставленной задаче: радионуклидный состав должен быть предельно простым для надежной радиометрии в производственных условиях, толщина радиоактивного слоя должна быть сопоставимой с ожидаемой величиной снятого слоя, распределение активности по глубине материала должно быть точно известным для перевода уменьшения интенсивности счета в характеристики разрешения. Активация большинства химических элементов и основных конструкционных материалов ускоренными заряженными частицами хорошо изучена [3-5]. Основные образующиеся радионуклиды по своей радиотоксичности принадлежат к группе В и активность, ниже которой можно работать без специального оформления и особых мер защиты, составляет 10 мкКи [6]. Для большинства практических задач этого вполне достаточно. 1.2. Физические основы метода радиоиндикаторов Метод радиоиндикаторов предполагает использование некоторых физических величин, параметров и характеристик ядерных реакций, которые происходят в процессе облучения поверхности исследуемого материала. Эти характеристики определяют существенным образом процесс активации материала или имплантации в него радионуклидов. В процессе активации в облученном участке поверхности материала в результате ядерных реакций образуются различные радиоактивные изотопы, каждый со своими характеристиками распада и со своим распределением по глубине. Количественные соотношения между образующимися радиоактивными изотопами определяются выходами соответствующих ядерных реакций. Глубина активации по каждому радиоактивному изотопу зависит как от полного пробега данных заряженных частиц в материале исследуемого вещества (т.е. от энергии частиц), так и от порога соответствующих ядерных реакций. Распределение активности изотопа по глубине определяется ходом функции возбуждения ядерных реакций, приводящих к его образованию и энергией активирующих частиц. И, наконец, спад полной активности данного изотопа при уносе вещества с облученной поверхности определяется зависимостью выхода этого изотопа от энергии частиц, так как последняя уменьшается по мере торможения частиц в веществе.
При выборе режима облучения заряженными частицами в методе радиоиндикаторов важную роль играет пробег активирующих частиц, который должен превышать предполагаемую величину износа исследуемой поверхности. Зависимость пробега частиц в данном материале от их энергии определяется удельными ионизационными потерями энергии dE/dx. Для нерелятивистских скоростей тяжелых заряженных частиц была предложена формула Бете-Блоха:
Исследование влияния облучения на физические свойства керамики
Основные направления работ и технические объекты - это двигатели внутреннего сгорания [109,110], роликовые [111] и шарикоподшипники [112], подшипники скольжения, [113], а также смазочные [114] и моторные масла [115-118].
Работы в Восточной Германии проводились на циклотроне и тандем ном электростатическом ускорителе в Россендорфе [119-121]. Первые исследования были связаны с железнодорожным транспортом. Изучался износ деталей локомотивного дизеля и пары колесо-рельс. В 1985 г. в Лейпциге состоялось рабочее совещание по применению радиоизотопов и радиационной технологии в промышленности, где был заслушан ряд докладов с применением МПА. В 1987 г. опубликована работа по определению износа компрессов холодильных аппаратов [122], ее особенность является малая глубина активации дейтронами с энергией 3,5 МэВ (15мкм) и измерение мягкого у - излучения радионуклида Со. Точность нанесения метки проверялась с помощью авторадиографии.
Деятельность английской школы TLA началась в конце 60-х гг. в физическом отделе университета Бирмингема под руководством проф. Фремлина на 150 см-циклотроне в Наффильде. Работы развивались по следующим направлениям: исследование активации материалов и выбор измеряемого радионуклида, разработка и создание разнообразных устройств для облучения [123], получение градуировочных кривых методом истирания эталонов и практическое использование для излучения износа фильер из карбида вольфрама [124-125]. Было отмечено также некоторое увеличение твердости карбида вольфрама при таком облучении [126]. Работы по исследованию износа инструмента были продолжены и далее []27,128], в том числе и международной группой ученых [129,130].
Затем в Атомном Центре в Харуэлле была организована группа под руководством Т. Конлона. Облучение образцов и изделий проводилось как на тандеме в Харуэлле, так и на циклотроне. Первая значительная методическая работа Конлона, содержавшая традиционное описание метода, появилась в 1974 г. [131]. Далее начали появляться публикации о результатах конкретных исследований TLA при изучении износа деталей станков [132], фрикционной пары кулачок-толкатель [133], эрозии стенок в камере Токамака [134,135], а также коррозии металлов в разных средах [136, 137] и др. В многочисленных отраслевых журналах и на различных конференциях появилось значительное количество обзорных публикаций Конлона [138-146] с описанием основ и достоинств TLA. Была составлена программа работ и использование метода в разных отраслях, особенно на химических и нефтеперерабатывающих заводах и нефтепроводах. Организована (как и в Германии) поставка на рынок необходимого измерительного оборудования, в том числе пригодного для работы в тяжелых промышленных условиях.
В 1981 г. практически одновременно с авторским свидетельством И.О. Константинова и А.И. Леонова [147] появилась работа, посвященная возможности многослойных меток [148]. В ней описана идея создания и использования двухслойной метки для контроля поверхности. Возможность количественных оценок не обсуждалась. Спустя три года появилась публикация этой же группы с описанием реализации этой идеи при контроле питтинга на нержавеющей стали [149]. Проведены коррозионные эксперименты в различных условиях и радиометрические результаты сравнивались с результатами визуального исследования. Полученные выводы носят лишь качественный характер: о наличии равномерного или локального разрушения, о форме локальных повреждений, о возможности подобного контроля по жесткому гамма-излучению из внутренних частей механизма или аппарата.
Наряду с облучением ускоренными ионами в Харуэлле интенсивно разрабатывались и другие варианты создания поверхностных меток, такие как внедрение радиоактивности методом ядер отдачи [150, 151] и внедрение радиоактивных продуктов деления ядер [152]. Несмотря на то, что в США этот метод известен хорошо и давно (см. например, [153-155], работ по его использованию опубликовано крайне мало. Тем не менее, метод все же применялся, причем в достаточно простом варианте в ряде экспериментальных работ по исследованию распыления материалов [156], по изучению износа и эрозии орудийных стволов [157, 158] и лопаток турбин [159].
Работы во Франции в Саклэ начались с самого конца 70-х гг. [160]. Активация изделий проводились на изохронном циклотроне CNRS вблизи Орлеана. Первая публикация информационного характера появилась в 1983 г. [161], исследования начались с деталей автомобиля: поршневых колец тормозных колодок, зубчатых передач. В дальнейшем они распространились на задачи атомной энергетики [162].
В Японии этот метод широкого применения не нашел. Однако в 1989 г. появилась работа [163], выполненная в Токийском университете на тандеме с детальным описанием TLA и перспектив его использования, в частности, для исследования узлов трения автомобильных двигателей и свойств моторных масел.
Приведенный перечень работ, безусловно, далеко не полон. Отдельные исследователи из Ирландии и Индии, Дании и Ирака участвовали в работах английской школы.
К МПА обратились и такие страны, как бывшая Югославия, Польша, Венгрия, Чехия, Румыния. Первой из них была Югославия. В начале 70-х гг. проф. Б. Ивковичем МПА использовался для изучения износа режущего инструмента (сверл, резцов, фрез). Изучалось и влияние на процесс износа смазочно-охлаждающих жидкостей [164-168].
Измерение износа резиновой ленты транспортера зарядов электростатического ускорителя
При расчетах брался химический состав резины в виде (С4Нб)п + [2К20-№20-АІ20з + 30%SiO2] +Ti02+ZnO. Число п в каучуке достигает значений от 150 000 до 500 000, Плотность материала ленты р=1.2 г/см3. Для случая, показанного на рис,29, в предположении о линейной зависимости износа от времени, скорость износа составила 0.019 ± 0.003 мкм/час.
При решении задачи сравнения износоустойчивости образцов ленты различных марок не было необходимости в точном соответствии условий стендовых испытаний реальным условиям эксплуатации ленты в ускорителе. Поэтому для ускорения испытаний скользящие контакты прижимались к поверхности ленты с значительно большим усилием, чем это имеет место в стандартном устройстве нанесения заряда, что привело к увеличению скорости износа. В результате время испытаний удалось сократить до 10 часов. При таком сравнительно коротком времени испытаний оказалось целесообразным использовать в качестве радиоиндикаторов осколки 99тТс (материнское ядро 99Мо, период полураспада 66 часов) и шТе (период полураспада 78 часов), которые по энергетическим линиям (140 кэВ и 228 кэВ соответственно) испускаемых у-квантов, выходу и периодам полураспада, наилучшим образом удовлетворяют условиям проведения эксперимента. Измеренное распределение активности по глубине образца, полученное в опыте со стопкой лавсановых пленок представлено на рис, 32.
Соответствующий излучению указанных радионуклидов участок амплитудного спектра гамма-квантов, измеренный при помощи Ge(Li) спектрометра спустя 72 часа после окончания имплантации осколков, показан нарис. 33.
Амплитудные спектры гамма — квантов образцов измерялись регулярно в течение проведения испытаний, и скорость износа, как функция времени, была получена из остаточной радиоактивности при помощи калибровочной кривой. Поправка на распад внедренных радионуклидов была сделана при пересчете убыли активности в величину износа. Всего было испытано четыре различные марки ленты. На Рис. 34 показаны зависимости абсолютной величины износа для наиболее и наименее износоустойчивых образцов от времени, полученные усреднением результатов измерений убыли активности радиоиндикаторов 99тТс и 132Те. Предполагалось, что после начального периода износа, который был произвольно выбран длительностью 2 часа, зависимость величины износа от времени, должна быть линейной.
Соответствующие прямые линии, построенные методом наименьших квадратов имеют наклон 1.92+0.08 мкм/час и 2.84±0.23 мкм/час, соответственно. Подобным способом было оценено различие в износостойкости для всех исследованных образцов. Разработанный метод и пример его применения для исследования износа поверхности резиновых образцов опубликован в работе [224]. Имплантация осколков вынужденного деления оказалась удобным инструментом для создания тонких радиоактивных меток вблизи поверхности образцов, которые не могут быть активированы прямым ускоренным пучком ионов. Обширное разнообразие радиоактивных ядер, образующихся при делении, позволяет найти нужный радиоиндикатор с подходящим периодом полураспада и энергией гамма- квантов. Разработанный метод базируется на широко распространенных электростатических ускорителях и довольно прост в реализации. Радиоактивность, наведенная в образцах при исследовании чрезвычайно мала и, поэтому испытание на износ может быть сделано без опасности для окружающей среды и обслуживающего персонала.
Анализ опубликованных работ показывает, что на сегодняшний день основной интерес в применении метода поверхностной активации (МПА) представляют работы, связанные с изучением износа и коррозии радиационно-чувствительных материалов, в частности таких, как керамика и органические соединения. Принципиальной задачей исследователей является способ создания радиоактивной метки. Если для некоторых видов керамики допустимы традиционные способы активации поверхности с помощью заряженных частиц, то для органических и композиционных материалов использование прямых пучков ускоренных ионов недопустимо в силу их разрушительного действия. В таких случаях приходится прибегать к различным видам имплантации радиоактивных ядер.
В результате выполненной работы [204,205,212,224-230] метод поверхностной активации ускоренным ионным пучком распространен на керамику на основе нитрида кремния и оксида циркония. На основе анализа состава керамики и возможных реакций, приводящих к образованию радионуклидов, подходящих для создания метки, найдены оптимальные условия для активации. Показано, что при дозах облучения, характерных для МПА, физические свойства керамики не изменяются, что делает результаты исследования износа изделий, изготовленных из изученных видов керамики, репрезентативными. Возможности МПА в применении к керамике продемонстрированы на примере изучения износа керамических подшипников погружных насосов.
