Андрей Несмеянов - Радиоактивные изотопы и их применение

Изучение износа деталей машин от трения.Движущиеся части машины при работе изнашиваются из-за трения. При смазывании трущихся частей маслом трение и износ уменьшаются.

Вспомните поездку по железной дороге. Узловая станция. Вдоль поезда проходит смазчик и заливает масло в каждое гнездо у колес вагонов, в подшипники. Многие из вас видели дым, идущий от горящих подшипников. Это бывает при плохой смазке: трение возрастает, металл сильно нагревается и масло загорается. Без смазки металл быстро изнашивается и деталь теряет прочность.

Как найти металлы, которые менее всего изнашиваются? Как найти смазки, лучше всего предохраняющие металл от износа? Метод меченых атомов дает в руки исследователей этих вопросов необходимое оружие.

Для испытания износа того или другого металла приготовляют из него платформу и ползун (брусок). В ползун вводят радиоактивный изотоп металла, а затем заставляют его двигаться по платформе. При движении атомы металлов вследствие трения переходят с одной поверхности на другую. Вместе с нерадиоактивными атомами перемещаются и радиоактивные, и это перемещение можно проследить, исследуя поверхность платформы с помощью специального счетчика или радиографии. В последнем случае после проведения опыта по трению на платформу накладывают фотопластинку и, выдержав определенное время, проявляют ее. Чем больше металла перенесено на платформу, тем сильнее почернеет фотопластинка. Испытания проводятся в отсутствии смазки, с различными сортами смазывающих материалов и при различных нагрузках на ползун.

Эти испытания дают важный материал для выбора металлов и смазок. Испытания трудно провести без помощи меченых атомов, так как при трении в условиях испытания переносятся столь ничтожные количества вещества, что они не могут быть обнаружены никакими другими методами.

С помощью меченых атомов можно испытывать качество не только куска металла или сплава, но и готовых деталей машин.

Например, для испытания автомобильного двигателя на его поршень надевают кольцо, облученное нейтронами, в котором образовалось радиоактивное железо. Двигатель пускают в ход. При этом частички металла, отрывающиеся от кольца, попадают в масло, которым смазывается машина. Масло приходит в соприкосновение со счетчиком, с помощью которого легко определить количество радиоактивного железа, по последнему судят об износе поршневых колец (рис. 22). Здесь же можно установить, как влияет качество топлива на износ поршневых колец. Если топливо содержит в своем составе большое количество серы, то износ деталей резко увеличивается.

Путем облучения режущих инструментов нейтронами можно получить в них ряд радиоактивных изотопов. Употребление таких режущих инструментов позволяет определить их износ по радиоактивности стружек, на которые радиоактивные элементы попадают в результате износа во время работы. Точность такого метода испытания в несколько раз выше стандартной, а время испытания в 25 раз меньше.

Описанный способ прост, быстр и, безусловно, имеет большие перспективы при испытании материалов и машин.

Двигатель внутреннего сгорания обслуживает электростанцию, его поршни ведут непрерывную работу, передавая движение на маховик. Но как узнать, не останавливая машины, не пора ли менять поршень или поршневые кольца, не пришли ли они в негодность в результате износа? Для этой цели можно использовать радиоактивные элементы. Они смогут вовремя дать сигнал о необходимости замены изношенных деталей. В трущейся поверхности машины высверливают маленькое отверстие, в него помещают радиоактивный элемент так, чтобы наружный край его был на такой глубине, дальше которой износ деталей опасен.

На рис. 23 дана схема расположения радиоактивного элемента в трущейся детали машины. Когда износ превышает допустимую глубину, то в смазочное масло машины попадает радиоактивный изотоп, который легко может быть обнаружен в масле с помощью счетчика, вмонтированного в масляную систему.

Таким путем можно контролировать износ ответственных деталей машин, которые не поддаются непосредственному наблюдению.