Ученые установили, что радиационная обработка улучшает свойства ракетного топлива
- 31.01.2020
Специалисты Института химии твердого тела и механохимии СО РАН (ИХТТМ СО РАН) и Федерального научно-производственного центра (ФНПЦ) «Алтай» провели серию экспериментов на промышленном ускорителе ИЛУ-6 по радиационно-химической модификации полимера, который выполняет функцию связующего агента между различными компонентами в твердотопливных ракетных двигателях. Исследования показали, что радиационная обработка сокращает время вулканизации (склеивания) данного полимера на 30% – такое усовершенствование технологического процесса может не только ускорить производство ракетного топлива, но и сделает его эксплуатацию более безопасной. Результаты опубликованы в журнале «Химия в интересах устойчивого развития».
При производстве ракетного топлива полимеры используются в качестве связующего вещества. «Твердотопливные ракетные двигатели почти как булочки с изюмом, – объясняет главный научный сотрудник, заведующий лабораторией ИХТТМ СО РАН, доктор химических наук Борис Толочко. – Только в качестве теста у нас полимер, а вместо изюма –взрывчатка, которая работает в качестве горючего, и другие компоненты топлива. Как жидкое тесто заливают в формы для выпечки, так и растворенный полимер заливают в специальные формы вместе с частицами взрывчатки и другим «изюмом» микроскопических размеров. Далее запускается процесс вулканизации («сшивки») полимера, который длится десятки дней. Для этого используются специальные вещества-инициаторы, и высокая температура».
По словам ученого, при изготовлении ракетного топлива, принципиально важно распределить частицы взрывчатки равномерно по всему объему материала. Однако, за время вулканизации компоненты могут расслоиться или, наоборот, осесть, в результате чего характеристики топлива резко ухудшаются.
Сотрудница ФНПЦ "Алтай" Евгения Артемова готовит образцы полимера для облучения на ускорителе ИЛУ-6 в Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (фото предоставлено Борисом Толочко)
Исследователи во главе с заведующим лабораторией ФНПЦ «Алтай», кандидатом технических наук Петром Калмыковым провели серию экспериментов по облучению образцов полимера на промышленном ускорителе ИЛУ-6 в Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН). «Воздействие излучения приводит к разрывам внутримолекулярных связей в полимере, – комментирует Борис Толочко. – Поэтому мы фактически получаем уже не молекулы, а радикалы со свободными связями, которые активно вступают в реакцию и успешно «сшиваются» («склеиваются») между собой. Ученые установили, что заранее облученные полимеры вулканизируются на 30% быстрее. Теоретически этот процесс можно ускорить еще больше. Для этого достаточно увеличить дозу облучения, что приведет к увеличению разрывов внутримолекулярных связей и увеличению концентрации радикалов.
Радиационная обработка полимеров с целью улучшения их свойств – это один из первых примеров использования радиации в промышленности: облучать автомобильную резину для ускорения вулканизации начали еще в 1920-х годах. На сегодняшний же день радиационные технологии применяются в самых разных областях производства.
«ИЯФ СО РАН уже более 40 лет занимается разработкой и производством промышленных ускорителей, - рассказывает заведующий лабораторией ИЯФ СО РАН, кандидат технических наук Александр Брязгин. – Мы производим ускорители, которые используются для проведения самых разных процессов: от облучения изоляции проводов до стерилизации медицинских изделий и пастеризации продуктов питания. Все они отличаются друг от друга только параметрами пучка, хотя и используются в настолько далеких друг от друга областях. Энергия пучка определяет глубину проникновения, ток пучка – скорость обработки, и наша задача здесь состоит только в том, чтобы эти параметры обеспечить».