Радіофізичні методи діагностики матеріалів і середовищ



Сторінка2/24
Дата конвертації09.03.2016
Розмір5.77 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   24

1ВСТУП

Рівень розроблення і впровадження нових технологій у наукоємні сфери промисловості характеризується не лише обсягом виробництва та асортиментом продукції, що випускається, але також показниками її якості. Висока якість забезпечується підвищеним рівнем контролю продукції, зокрема діагностикою матеріалів, з яких вона виготовлена. Трудомісткість контролю якості деяких виробів у промисловості та розроблення нових матеріалів становить 15–20 % загальних трудовитрат на їх виготовлення [12345678].

Одним зі шляхів вирішення цього завдання є використання радіофізичних методів, пов'язаних із впливом на об'єкт електромагнітних або акустичних хвиль різних діапазонів, а також сфокусованих пучків заряджених частинок. Радіофізичні методи діагностики матеріалів і середовищ є частиною більш великої галузі науки – інтроскопії, тобто внутрішньобачення, що охоплює медичну та плазмову діагностики, випромінювання підземних структур, пошук прихованих предметів і т. д.

Завдання, що можуть бути вирішені радіофізичними методами діагностики, можна звести до таких:

– дефектоскопія – виявлення несуцільностей (порожнеч) матеріалу;

– вимірювання геометричних розмірів об'єкта;

– контроль фізико-хімічних властивостей: хімічного складу, структури (структурометрія), міцності матеріалу;

– вивчення внутрішньої будови складних виробів і матеріалів (інтроскопія);

– вивчення об'єктів, структурованих у мікро- і нанорозмірних масштабах.

У ході вирішення перелічених вище завдань надзвичайно перспективним є радіохвильової метод діагностики [1, 9] унаслідок розширення застосування в різних сферах науки і техніки композиційних, пластмасових, полімерних та інших діелектричних матеріалів.

Оптичний метод діагностики [1, 5–8] – найбільш доступний і легко реалізований у видимому світлі – зараз знаходиться на етапі свого другого народження, збагачуючись досягненнями електронної техніки, появою нових джерел світла оптичного діапазону, прогресом у галузі перетворювальної техніки, поєднанням оптичних пристроїв з обчислювальною технікою через електронні блоки. Розширюється використання оптичних квантових генераторів, що працюють в інфрачервоному, видимому або ультрафіолетовому діапазоні спектра електромагнітних коливань.

Радіаційна діагностика [4–8] на сьогодні є першою за обсягом застосувань у промисловості. Напрямки її розвитку визначаються загальними тенденціями розвитку вимірювальної техніки – застосування нових первинних вимірювальних перетворювачів та індикаторів, оснащення обладнання обчислювальною технікою та мікроелектронними елементами, змінами в спеціальних блоках, характерних для цього виду діагностики.

Крім перелічених вище традиційних радіофізичних методів діагностики матеріалів, необхідно відзначити появу нетрадиційних методів, які, наприклад, базуються на резонансних явищах при аномальній прозорості металів, прояви макроскопічної квантової когерентності у взаємодії між електронами, електромагнітними та звуковими хвилями. Як наслідок, електронні резонанси та хвильові процеси в металах стали дуже ефективними під час організації методів експериментального дослідження електронного енергетичного спектра, кінетичних характеристик, нелінійних властивостей і явищ [10].

У сфері вивчення високочастотних властивостей напівпровідників можна умовно виділити такі напрямки: плазмові властивості напівпровідників; нелінійне поширення електромагнітних хвиль у напівпровідниках, резонансні явища та електромагнітні властивості феромагнітних напівпровідників і напівпровідників із надґратками.

Крім електромагнітних хвиль, ефективним способом мікродіагностики матеріалів і середовищ є акустичні методи досліджень в області ультразвукових частот (100–1000 МГц) [2, 3] і гіперзвукових частот (1011 Гц та вище) [10].

Разом із тим, незважаючи на широкі можливості перелічених вище методик того чи іншого виду діагностики, доступні для вирішення завдання за допомогою одного виду діагностики обмежені особливостями його фізичної взаємодії з досліджуваним об'єктом. Тому велике значення мають дослідження з розроблення комплексної діагностики, що базуються на органічному поєднанні методик декількох видів під час дослідження одного об'єкта. Складність реалізації цієї ідеї пояснюється необхідністю глибокого вивчення фізичної суті кожного методу і розроблення узагальненого алгоритму обробки різноманітної інформації про конкретний тип об'єкта.

Одним із перспективних напрямків у цьому плані є використання сфокусованих пучків заряджених частинок [1112], на основі яких створені високоефективні апаратурні комплекси з дослідження різних властивостей матеріалів та об'єктів структурованих у мікро- і нанорозмірних масштабах: растрові та просвічувальні електронні мікроскопи, комплекси, призначені для електронно-пучкової літографії [131415].

Проведений у цьому напрямку аналіз літературних джерел [16] показав, що досі одним із найбільш ефективних інструментів при мікроаналізі властивостей матеріалів є ядерний скануючий мікрозонд [12]. Принцип його роботи полягає в тому, що прискорений до енергій декількох мегаелектронвольтів пучок іонів фокусується на поверхні досліджуваного зразка в пляму з розмірами близько одного мікрометра.

Значна увага в сучасних працях приділяється питанням розвитку ближньопольової НВЧ-діагностики [16], що дозволяє отримати інформацію про поверхневі й приповерхневі властивості різних середовищ у мікрохвильовому масштабі. Вона базується на реєстрації частини НВЧ-випромінювання, локалізованої в ближньому полі мікрозонда, що дозволяє значно підвищити роздільну здатність і подолати дифракційну межу на заданих частотах радіохвиль.

2РОЗДІЛ 1
КЛАСИФІКАЦІЯ ТА ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДІВ ДІАГНОСТИКИ МАТЕРІАЛІВ

В основу класифікації радіофізичних методів діагностики покладені фізичні процеси взаємодії електромагнітного та акустичного полів, а також сфокусованих пучків заряджених частинок з об'єктом контролю. З точки зору фізичних явищ, на яких вони базуються, можна виділити дев'ять видів неруйнівного радіофізичного контролю: магнітний, електричний, вихрострумовий, радіохвильовий, тепловий, оптичний, радіаційний, акустичний і мікрозондовий. Кожен із видів контролю поділяється на методи щодо запропонованих нижче ознак, які характерні не лише для класичних схем діагностики [1–9], а й для мікрозондової діагностики [11–16].



Характер взаємодії поля з об'єктом. Взаємодія має бути такою, щоб контрольована ознака об'єкта змінювалася при впливі на нього поля або пучків заряджених частинок.

Первинний інформативний параметр – конкретний параметр поля (амплітуда поля, час його поширення і т. д.) або спектральний склад випромінювання, зміну якого використовують для характеристики контрольованого об'єкта.

Спосіб отримання первинної інформації – конкретний тип датчиків, що використовують для вимірювання та фіксації згаданих інформаційних параметрів.

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   24


База даних захищена авторським правом ©refs.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка