СПОСОБ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАЩИТНЫХ ЭКРАНОВ ИЗ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ
METHOD FOR ASSESSING EFFICIENCY OF PROTECTIVE SCREENS FROM COMPOSITE MATERIALS

Изобретение относится к способу оценки эффективности защитных экранов путем воздействия на материал рентгеновским излучением и может быть использовано для изучения влияния анизотропии свойств композитного материала на его чувствительность к рентгеновскому излучению и определения допустимых доз облучения.
Известен способ определения разъемной плотности горной породы в составе горной массы, включающий облучение исследуемой горной массы потоком гамма-квантов источника излучения, направленного вертикально вверх по продольной оси конвейера, регистрацию потоков гамма-излучения и определение объемной плотности с учетом интенсивностей потоков гамма-излучения [патент РФ №2492454 от 10.09.2013].
Недостатком известного способа является то, что он не позволяет определить допустимую дозу облучения для использования материала в качестве защитного.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ определения количественного состава композиционных материалов [патент РФ №2436074 от 10.12.2011], включающий в себя последовательное облучение потоком проникающего излучения от двух источников рентгеновского излучения композиционного материала, регистрацию датчиками интенсивности излучения, прошедшего через композиционный материал и определение количественного содержания одного из компонентов по ослаблению прошедшего через композиционный материал излучения. Данный способ принят в качестве прототипа.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого способа, - облучение пакета композитного материала, состоящего, по крайней мере, из нескольких слоев, потоком рентгеновского излучения.
Недостатком способа-прототипа является то, что он не позволяет определить допустимую дозу облучения для использования материала в качестве защитного от ионизирующего излучения.
Задачей настоящего изобретения является контроль допустимых доз облучения и возможность подбора более эффективных защитных экранов из композитных материалов от ионизирующего излучения.
Решение этой задачи является актуальным в связи с увеличением применения композитных материалов в изделиях ракетно-космической техники и необходимостью изучения влияния радиации на свойства композитов и позволит оценить адгезионную прочность материала, на основании которой определяется минимальная сила, при которой происходит разрушение образца, и тем самым оценить его эффективность как радиационно-защитного материала. Данный способ предлагает использовать метод ультраструйной диагностики, основанный на изучении профиля гидрокаверны, полученного на образце из композитного материала с помощью гидроабразивной струи.
Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе, включающий облучение пакета композитного материала, состоящего, по крайней мере, из нескольких слоев, потоком рентгеновского излучения, согласно изобретению, после проведения облучения пакета композитных материалов рентгеновским излучением разбирают пакет на слои, подвергают ультраструйному воздействию каждый слой пакета, регистрируют зависимости интенсивности образования гидрокаверн в зависимости от удаления слоя от источника излучения, по глубине которых оценивают эффективность защитных экранов.
Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа состоят в том, после проведения облучения пакета композитных материалов рентгеновским излучением разбирают пакет на слои; подвергают ультраструйному воздействию каждый слой пакета; регистрируют зависимости интенсивности образования гидрокаверн в зависимости от удаления слоя от источника излучения, по глубине которых оценивают эффективность защитных экранов.
В предлагаемом способе осуществляют определение адгезионных свойств после воздействия рентгеновского излучения путем ультраструйной диагностики каждого образца из пакета композитных материалов после его разбора и последующим подбором, в зависимости от величины гидрокаверны, состава защитных экранов из композитных материалов с улучшенными характеристиками. Таким образом, после облучения рентгеновским излучением проводится ультраструйная диагностика и проверка на микроскопе полученных профилей гидрокаверн, по величине которых можно быстро определить состояние защитного экрана при различных дозах облучения и заменить на более эффективные.
На чертеже показана схема осуществления способа.
Способ оценки эффективности защитных экранов осуществляют следующим образом.
Из образцов композитных материалов собирают пакет, состоящий из 1-4 слоев, которые помещают в рентгеновскую камеру и подвергают длительному воздействию рентгеновского излучения. Далее пакет извлекают и разбирают на образцы для резки на гидроабразивном станке. Изучают структуру полученных швов с помощью микроскопа и на основе графической зависимости интенсивности образования гидрокаверн от глубины нахождения образца в пакете составляют выводы об эффективности защитных экранов при удалении от источника излучения.
Пример конкретного выполнения
Для проведения исследований был собран пакет из композитного материала (углепластик), состоящий из 4 образцов материала толщиной 2 мм каждый. Характеристики изучаемых композитов представлены в таблице 1.
Пакет состоит из 1-4 слоев, которые помещали в рентгеновскую камеру и подвергали длительному воздействию рентгеновского излучения (Х-ray) в аппарате рентгеновской томографии XT Н 450, разработанной компанией Nikon Metrology. Далее пакет извлекался и разбирался на образцы для резки на гидроабразивном станке в точке на верхней поверхности образца и точке на нижней поверхности образца для получения больших стататистических данных. Изучалась структура полученных гидрокаверн на лазерном профилометре и на основе графической зависимости интенсивности образования гидрокаверн от глубины нахождения образца в пакете составлялись выводы об эффективности защитных экранов при удалении от источника излучения. Диагностика производилась на станке для гидроабразивной резки Mach 3 1313b от компании Flow (США) при следующих параметрах: давление Р=130 МПа, скорость подачи V=7500 (6000+25%) мм/мин. В таблице 2 приведены усредненные данные глубины каверны, полученные с помощью цифрового микроскопа Keyence VHX-6000 компании Keyence (Япония) по результатам 2-х измерений каждого слоя пакета.
Полученные экспериментальные данные наглядно демонстрируют возможность заключения выводов об эффективности защитных экранов, т.к. при увеличении толщины пакета уменьшается глубина каверны, образованной струей жидкости.
Таким образом, заявляемый способ, используя метод ультраструйной диагностики, основанный на изучении профиля гидрокаверны, полученного на образце из композиционного материала с помощью гидроабразивной струи, в отличие от стандартных механических способов изучения адгезионной прочности материала, позволяет проводить оценку радиационной стойкости композитных материалов и подбирать соответствующие слои пакета с наибольшей эффективной защитой от ионизирующего излучения.