Двойной «форсаж»

Ученые ТПУ увеличили мощность бетатрона в два раза

УЧЕНЫЕ ЛАБОРАТОРИИ СИЛЬНОТОЧНЫХ БЕТАТРОНОВ ТПУ РАЗРАБОТАЛИ НОВУЮ МОДЕЛЬ БЕТАТРОНА SMALL SIZE ELECTRON ACCELERATOR НА ЭНЕРГИЮ 7 МЕГАЭЛЕКТРОНВОЛЬТ (SEA-7). НОВАЯ ВЕРСИЯ ПО МОЩНОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ В ДВА РАЗА ПРЕВОСХОДИТ СВОИХ ПРЕДШЕСТВЕННИКОВ, ПОТРЕБЛЯЯ ПРИ ЭТОМ ТАКОЕ ЖЕ КОЛИЧЕСТВО ЭНЕРГИИ. ПЕРВЫЕ ТРИ ТАКИХ «УСИЛЕННЫХ» БЕТАТРОНА СЕГОДНЯ УЖЕ РАБОТАЮТ НА ЛИТЕЙНЫХ ПРОИЗВОДСТВАХ В ИНДИИ, ВЕЛИКОБРИТАНИИ И ИНДОНЕЗИИ.

Бетатроны — самые маленькие на сегодняшний день ускорители частиц, образующие вторичные рентгеновские лучи. По сути их можно сравнить с Большим адронным коллайдером, только в миниатюре. Бетатроны используются сегодня в промышленности для контроля прочности сварки или литья, а также в досмотровых комплексах. Рентгеновское излучение, полученное на томских ускорителях, может «просвечивать» сталь толщиной до 40 сантиметров. Всего на сегодняшний день в Томском политехе разработаны десятки моделей бетатронов. Также ведется разработка томографов на основе бетатронов с разрешением в 150 микрон, позволяющих сканировать крупногабаритные объекты диаметром до полутора метров.

«Мини-коллайдеры» нового поколения

Новая модель бетатрона в два раза превосходит своих предшественников по мощности генерируемого рентгеновского излучения. Мощность излучения бетатрона SEA на энергию 7 мега-электронвольт (МэВ) составляет 10 рентген на метр в минуту, в то время как мощность излучения предыдущей версии бетатрона — PXB (Portable X-Ray Betatron) — 5 рентген на метр в минуту. Увеличение мощности влияет на скорость контроля изделий: чем больше мощность излучения аппарата, тем больше единиц продукции он сможет проконтролировать в течение определенного периода.

Еще одно преимущество нового — сравнительная легкость. Так, блок питания SEA-7 весит порядка 30 кг, в то время как его предшественник PXB — около 70 кг. Такая существенная, более чем в два раза, «потеря веса» делает устройство мобильнее и легче в обращении. — Три бетатрона новой модели уже работают в Индии, Великобритании и Индонезии на литейных производствах. Одно из этих предприятий занимается контролем отливок арматуры высокого давления для нефтегазопроводов. Такие производства требуют высокого внимания к качеству изделий. Если деталь выпускается с браком, ее необходимо заменить другой. Следовательно, это большие траты денег и ресурсов, ведь такие изделия, как правило, крупногабаритные. Наши бетатроны можно использовать для проверки на наличие трещин и других дефектов не только для готовых изделий, но и прямо на стадии их производства, что позволяет избежать возможности появления бракованной продукции, — рассказывает заведующий лабораторией сильноточных бетатронов (№ 42) Института неразрушающего контроля ТПУ Максим Рычков.

В дальнейшем ученые намерены создать целую линейку бетатронов нового поколения, главным преимуществом которых станет увеличение их характеристик как минимум в два раза.

— Процесс модернизации длится постоянно. Наша задача — сделать бетатроны более эффективными и удобными в использовании. Для этого мы проводим исследования, как увеличить или оптимизировать определенный параметр или характеристику, затем производится макет с соответствующими характеристиками И если в ходе экспериментов на нем получены положительные результаты, модернизация переносится уже на стадию серийного производства, — говорит Максим Рычков.

Век модернизаций

Отметим, что бетатрон — одна из самых ранних инновационных разработок томских политехников, бетатроны в ТПУ начали производить с начала 1960-х годов. — Конечно, с тех пор современные бетатроны очень видоизменились. Они стали мощнее, автономнее, мобильнее и надежнее, — отмечает ученый. — Например, в прежние времена для обслуживания бетатрона приходилось готовить еще и отдельного специалиста, который бы его обслуживал. Сейчас же все полностью автоматизировано. Готовый бетатрон представляет собой блок питания, пульт управления и излучатель. Заказчик просто нажимает кнопку «старт» и кнопку «стоп». Если возникают трудности или внештатные ситуации, в разных странах работают наши представители, которые проходят обучение в ТПУ. Они производят необходимую настройку и ремонт. Кроме этого, не стоит забывать, что бетатрон хоть и самый маленький в мире ускоритель, но все же — ускоритель. В связи с этим большое внимание сегодня уделяется безопасности его работы. И в этом направлении за долгие годы мы ушли далеко вперед. Сегодня наши бетатроны обладают высокой надежностью в использовании, а срок их работы составляет порядка 10–15 лет.

Последняя модель SEA превосходит по мощности самый первый произведенный в Томском политехе малогабаритный бетатрон примерно в 50 раз. При этом потребление энергии осталось на прежнем уровне.

Главными достоинствами современного бетатрона являются простота эксплуатации, надежность, мобильность и стоимость. — Линейные ускорители, к примеру, производят в 100 раз больше рентгеновского излучения, чем бетатрон. Однако стоят они примерно в 10 раз дороже, еще 10 % от этой стоимости необходимо на закупку расходных материалов для их работы и, ко всему прочему, линейный ускоритель потребляет гораздо большее количество электроэнергии. Поэтому, если у заказчика не крупное серийное производство, то ему гораздо выгоднее приобрести томский бетатрон, — заключает Максим Рычков.

Тысячи по всему миру

Спрос на томские бетатроны сегодня довольно-таки высок. Постоянными покупателями разработки ТПУ являются производители из Китая, США, Германии и ряда других стран. — Сегодня по всему миру используется порядка тысячи томских бетатронов. Отмечу, что сегодня Томский политех является единственным в мире разработчиком и производителем бетатронов. Заказчики используют наши разработки в промышленности для контроля прочности сварки и литья, а также в инспекционно-досмотровых комплексах (ИДК), — отмечает заведующий лабораторией малогабаритных бетатронов (№ 43) Института неразрушающего контроля ТПУ Михаил Штейн. — ИДК на основе бетатронов используются сегодня пограничными и таможенными службами в аэропортах, при досмотре крупногабаритного транспорта. С их помощью можно проверять очень крупные грузы, даже целые грузовики, и обнаруживать в них наркотики и взрывчатку. Такие комплексы установлены сегодня на границе Малайзии и Сингапура, используются пограничными службами Китая. В России четыре мобильных ИДК были установлены в аэропорту Сочи, во время проведения зимней Олимпиады 2014 года. Позже такая же система появилась в Керчи. Словом, спрос на нашу разработку устойчиво высок, и мы стараемся соответствовать тем требованиям, которые предъявляют к нам современные заказчики.

Виталина Михетко