Лучевая «закалка»

С тех пор, как электронный пучок был выпущен «на волю», перед технологами открылась масса поразительных возможностей. Радиационные технологии обещают нам поистине революционные перемены в самых разных областях производства. Процесс уже идет, и, судя по всему, скоро он начнет развиваться со стремительной скоростью.

Мы уже писали об использовании ускорителей для обеззараживания продуктов питания и стерилизации медицинских изделий. Однако это далеко не единственная сфера применения радиационных технологий. Промышленные ускорители в наши дни подобны чудодейственному алхимическому тиглю, в которых средневековые искатели философского камня пытались преобразовать «падшую» материю. Ученые, работающие сегодня с лабораторными ускорителями, иногда приходят в изумление, фиксируя появление новых потрясающих свойств у известных материалов, подвергшихся воздействию электронного пучка. Чем не философский камень, в самом деле?

Вот конкретный пример. По словам сотрудника Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН Сергея Фадеева, для электрических кабелей, прошедших радиационную обработку, температура эксплуатации повышается до 150 градусов, тогда как для обычных кабелей эта температура в два раза ниже. При этом сечение проводов становится достаточным для того, чтобы увеличить электрическую нагрузку. Кстати, в Японии таким путем увеличивают сроки эксплуатации автомобильных шин, параллельно добиваясь снижения их массы. Облучению подвергаются практически все шины, производимые в этой стране. Япония, поясняет Сергей Фадеев, весьма бедна ресурсами, поэтому такая процедура для нее весьма актуальна (чего не скажешь о Европе и США).

Еще один показательный пример. Сегодня в ряде стран промышленные ускорители используются для производства вспененного полиэтилена. Это прекрасный тепло- и звукоизоляционный материал, востребованный в современном строительстве. Десять миллиметров такого материала соответствуют по теплоизоляционным характеристикам 150 миллиметрам кирпичной кладки. При этом он в разы дешевле эффективных утеплителей на основе каменной ваты. К сожалению, в нашей стране такой материал выпускает не более пяти предприятий.

Отмечу, что проблема эффективной теплоизоляции не столь проста, как кажется на первый взгляд. Применяемые здесь материалы оставляют желать лучшего, особенно когда это касается суровых сибирских условий. Например, пенополистирол вызывает большие вопросы с точки зрения безопасности для здоровья. Поэтому его использование в ограждающих конструкциях считается дурным знаком для потребителей. К тому же он непрочен и недолговечен. Различные минераловатные утеплители также вызывают много вопросов. Например, они требуют обязательной пароизоляции изнутри здания и специальных мер защиты снаружи.

Опыт использования таких материалов в Сибири отчетливо показал их недолговечность, особенно в тех случаях, когда монтаж конструкций велся с нарушениями или когда проектировщики слишком легкомысленно отнеслись к своему делу. По этой причине наши новостройки таят в себе «мину замедленного действия», ибо срок службы утеплителей совсем не рассчитан на долгие годы (по признанию самих проектировщиков – 15 лет максимум).

Вспененный полиэтилен лишен указанных недостатков и мог бы в этом плане существенно повысить надежность теплозащиты зданий (одновременно позволив снизить затраты). Но, как было сказано, в нашей стране радиационные технологии пока еще не нашли широкого применения.

Несмотря на это, научно-конструкторская мысль в нашей стране находит интересные решения при разработке ускорителей и предлагает новые варианты их использования в промышленности. Так, ректор Новосибирского государственного технического университета Анатолий Батаев представил на VI Международном технологическом форуме «Технопром-2018» технологические возможности ускорителя серии ЭЛВ, в котором используется сфокусированный электронный пучок. Одна из сфер применения такого устройства – закалка металлических конструкций. Конкретно речь идет о закалке боковой поверхности головки рельсов. По словам Анатолия Батаева, более десяти лет назад была попытка установить 120 метров облученного рельса на Западно-Сибирской железнодорожной магистрали в районе Иркутска (там отмечаются самые большие износы полотна). Тестовые испытания показали увеличение прочности рельсов в три раза!

Еще один способ применения сфокусированных пучков – это наплавка различных порошковых смесей с целью модификации поверхностей материалов. Речь может идти о повышении износостойкости, о снижении коэффициента трения и т.д. НГТУ совместно с ИЯФ СО РАН уже выполнил несколько таких работ. Согласно полученным результатом, стойкость материалов, обработанных подобным образом, возрастает в разы. Иногда в десять раз и даже более того! Как отметил Анатолий Батаев, нет другого альтернативного источника нагрева, который позволял бы с такой эффективностью обрабатывать поверхностные слои. Причем такие «двуслойные» материалы без проблем подвергаются вальцовке, благодаря чему из них можно делать различные емкости. В качестве наглядного примера был показан макет коррозионностойкого реактора, который уже был испытан в лабораторных условиях. По мнению Анатолия Батаева, одним из перспективных применений сфокусированного пучка является технология наплавки коррозионностойкого слоя на титановые листы с последующим изготовлением из них изделий для применения в химической в нефтехимической отраслях, а также в атомной отрасли для переработки отработанного ядерного топлива.

В том же направлении работает сейчас Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН, экспериментируя с ускорителями при создании материалов.

Как выразился по этому поводу директор Института, академик Николай Ляхов, «электронный пучок, выведенный в атмосферу, является идеальным источником энергии. Здесь стопроцентная эффективность! Тем более что сами ускорители имеют громадный КПД. Я думаю, что таких условий для проведения химических процессов надо еще поискать. И вряд ли удастся найти».

По мнению ученого, внедрение радиационных технологий сулит немалую экономию энергии для промышленности. Например, производство цемента не потребует в будущем огромных печей, где осуществляется нагрев до очень высоких температур. По большому счету, считает Николай Ляхов, ускорители несут нам настоящую революцию в технологиях. Осталось только выяснить, насколько готовы к таким революционным переменам наши промышленники.

Олег Носков