Поглощение энергии излучений

Взаимодействие частиц или квантов проникающих излучений с молекулами или атомами вещества может приводить к существенным изменениям свойств материалов. Механизмы взаимодействия зависят от вида и энергии излучения, от состава и атомного строения вещества. Следствием этих взаимодействий являются: ионизация атомов и диссоциация молекул, образование радикалов, образование точечных, линейных и объёмных структурных дефектов (смещения, вакансии, дислокации, вакансионные и газовые поры), образование фаз в объеме и по границам зерен.

Основным результатом взаимодействия сильно заряженных частиц (высокоэнергетические ионы, альфа - частицы) с веществом является его ионизация. Нейтроны (нейтральные частицы) высоких энергий вызывают смещения атомов кристаллической решётки, а нейтроны тепловых энергий могут поглощаться ядрами вещества с последующим их радиоактивным распадом, сопровождаемым излучением β - частиц и жесткого гамма-излучения. В подобных случаях в веществе происходят так называемые трансмутации, т.е. атомные превращения, приводящие к изменению состава вещества и его свойств. Кванты гамма и рентгеновского излучений при прохождении вещества предают свою энергию электронным оболочкам атомов и отдельным оболочечным электронам по механизмам фотоэффекта, Комптон - эффекта и эффекта образования электрон-позитронных пар (в зависимости от кинетической энергии квантов).

Последствия интенсивного облучения для разных материалов различны. Наиболее радиационностойкими являются металлы и сплавы, а наиболее существенные изменения в них обусловлены интенсивным дефектообразованием при облучении. Высокой радиационной стойкостью обладают оксидные керамики и минералы. Однако в них под воздействием излучений могут иметь место обратимые, но существенные изменения свойств (в основном электрических и электроизоляционных), связанные с интенсивной ионизацией атомов. Полимерные материалы наименее радиационностойкие.

Полупроводниковые материалы обладают высокой чувствительностью к примесям и структурным дефектам, а характеристики элементов устройств, главным образом электронных, в которых они применяются, радикально меняются как под действием облучения, так и при малейших изменениях состава или структуры.

По скорости протекания принято делить все приводящие к отказам процессы на три группы:

1. Быстропротекающие процессы имеют периодичность изменения, составляющую малую долю продолжительности рабочего цикла объекта и малую периодичность (большую частоту) изменения. К таким процессам относят:

- вибрация деталей и узлов;

- колебания сил трения в подвижных сопряжениях;

- колебания уровня рабочих нагрузок и другие процессы, искажающие рабочий цикл объекта.

2. Процессы средней скорости имеют периодичность, сравнимую с длительностью рабочего цикла объекта. Они приводят к монотонному изменению его выходных параметров. К ним относят:

- суточные изменения температуры;

- изменения влажности окружающего воздуха;

- изнашивание наиболее нагруженных элементов;

3. Медленные процессы имеют периодичность, сравнимую с длительностью межремонтного периода. К ним относят:

- процессы изнашивания деталей подвижных сопряжений;

- перераспределение внутренних напряжений в деталях вследствие процесса старения материалов;

- ползучесть материалов;

- процессы коррозии;

- загрязнение трущихся поверхностей деталей.

Обычными методами устранения последствий медленных процессов являются периодические ремонты и технические обслуживания.

Повреждение – это событие, приводящее к нарушению исправного состояния при сохранении работоспособного, а дефект – это любое отдельное несоответствие требованиям, т.е. фактически – результат повреждения, который может оказаться причиной отказа.

Повреждения, вызываемые обсуждавшимися выше воздействиями, подразделяют на:

1. Допустимые повреждения, возникающие при нормальных условиях эксплуатации. Полностью устранить этот вид повреждений невозможно, но можно замедлить их проявление.

2. Недопустимые повреждения, возникающие вследствие наличия дефектов или случайных неконтролируемых внешних причин, непосредственно не связанных с техническим состоянием рассматриваемого объекта (аварии, стихийные бедствия и т.п.).

Дефекты могут возникать на разных стадиях существования объекта и по этому признаку они делятся на три группы:

1. Дефекты (ошибки) проектирования:

- недостаточную защищённость узлов трения;

- наличие концентраторов напряжений на деталях;

- неправильный расчет несущей способности деталей;

- неправильный выбор материалов;

- неправильное определение предполагаемого уровня эксплуатационных нагрузок и т. п.;

2. Дефекты изготовления (производственные):

- дефекты заготовок (пористость, усадочные раковины, неметаллические включения и т.п.);

- дефекты механической обработки (задиры, заусенцы и т.п.);

- дефекты сварки (трещины, остаточные напряжения, термические повреждения основного материала и т.п.);

- дефекты термообработки (перегрев, закалочные трещины, поводка, коробление, обезуглероживание поверхностного слоя);

- дефекты сборки (повреждения поверхностей, задиры, перекосы, внесение абразива и т. п.).

3. Дефекты эксплуатации:

- нарушение условий применения;

- невыполнение требования необходимой и достаточной диагностики;

- неправильное техническое обслуживание и ремонт;

- наличие перегрузок и непредвиденных нагрузок;

- применение некачественных эксплуатационных и расходных материалов.

Невыполнение требуемого объема ремонта технических устройств является причиной более четверти отказов от их общего количества.

На выявление скрытых дефектов тратится много времени, отведенного для выполнения ремонтных операций. Отсутствие необходимого оборудования приводят к низкой распознаваемости скрытых дефектов. Именно поэтому совершенствование систем диагностики оборудования в рабочем режиме существенно повышает его надежность при эксплуатации.

Достижение требуемой надежности технического устройства обеспечивается на всех стадиях и процессах ЖЦ: при разработке (конструкторское обеспечение), изготовлении (технологическое обеспечение), эксплуатации (эксплуатационное обеспечение) и утилизации. На всех стадиях важны социальные и эргатические аспекты обеспечения надежности: создание здоровой психологической обстановки в коллективе, повышение ответственности за выполненную работу, повышение квалификации специалистов, повышение моральной и материальной заинтересованности в правильности выполнения работы, правильное распределение функций между людьми и техническими средствами, оптимальность интенсивности и ритмичности, построение рабочих мест в соответствии с требованиями эргономики и др.