Радиофизики ТГУ разрабатывают новый подход в неразрушающем контроле. Он представляет собой комбинированный анализ излучения когерентного и некогерентного рассеянного рентгеновского излучения. Это позволит выявлять мельчайшие дефекты в новых изделиях из полимерных композитов, которые используются в авиа- и машиностроении, медицинских материалах (импланты) и других областях. Исследования проводятся при поддержке федеральной программы «Приоритет 2030».
– Россия укрепляет свой технологический суверенитет, активно развивая отечественное производство. Для него необходимы максимально точные технологии контроля, позволяющие контролировать качество выпускаемых продуктов, – говорит заведующий молодёжной лабораторией «Микроэлектроника мультиспектральной квантовой интроскопии» (ЛММКИ) ТГУ, учёный ИФПМ СО РАН Павел Космачев. – Однако, существуют материалы, микроструктуру которых очень сложно исследовать. Например, полимерные композиты, анализ которых сложен из-за их многокомпонентности, разнородности составляющих, нелинейных свойств и наличия большого количества межфазных границ. Но именно полимерные композиты очень востребованы в промышленности из-за их прочности, легкости, износостойкости и других функциональных свойств.
Обычная рентгеновская радиография работает на принципе поглощения излучения. Интенсивность луча падает, когда он проходит через материал, и по разнице в поглощении строится изображение. Полимерные композиты состоят из легких элементов, таких как углерод, водород, кислород – в матрице и армирующих волокнах, например, в углепластике. Эти элементы очень слабо поглощают рентгеновские лучи, особенно в «мягком» диапазоне энергий. Изображение получается низкоконтрастным, размытым. Границы между полимерной матрицей и углеволокном, микротрещины, дебондинг (отслоение волокон от матрицы) практически не видны.
– Это как пытаться рассмотреть детали двух прозрачных стеклянных предметов, глядя на них невооруженным глазом, – объясняет Павел Космачев. – Более перспективным, в этом случае, является комбинированный анализ когерентного и некогерентного рассеянного рентгеновского излучения. При энергиях свыше 30 кэВ некогерентное (комптоновское) рассеяние становится доминирующим механизмом рассеяния рентгеновского излучения на углеродосодержащих объектах. Таким образом, оно может обеспечить более высокое качество изображения для данной дозы.
В рамках нового проекта молодые учёные ЛММКИ, созданной на базе Центра «Перспективные технологии в микроэлектронике» ТГУ, разрабатывают комбинированный подход для исследования микроструктуры полимерных композитов.
– Комбинированный подход – это не просто использование двух видов рассеяния излучения, а их совместный анализ для взаимной коррекции и получения более глубокой информации, – говорит Павел Космачев.
Разработка учёных ТГУ позволит выявлять мельчайшие детали и неоднородности внутри полимерного композита невидимые при обычной радиографии.
В первый год проекта будут апробированы методы на основе анализа поглощенного и рассеянного рентгеновского излучения; на следующем этапе проекта – изображений, полученных в режиме фазового контраста.
Для экспериментальных исследований учёные адаптируют измерительный стенд, подготовят и исследуют экспериментальные образцы модельных объектов, в том числе полимерных композитов. Результаты своей работы учёные представят в конце 2026 года.
Источник: пресс-служба ТГУ