Радиационные технологии: взгляд из России

2

12345

РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ

2015ВВЕДЕНИЕ В РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

УСКОРИТЕЛИ В МИРЕ

ОБЛУЧЕНИЕ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ

ДОСМОТРОВЫЕ КОМПЛЕКСЫ

НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ

МОДИФИКАЦИЯ МАТЕРИАЛОВ

ДРУГИЕ ПРИМЕНЕНИЯ

РОССИЙСКИЕ КОМПАНИИ НА РЫНКЕ УСКОРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЙ

4

6

12

24

30

36

50

54

оБЗор ассоЦиаЦии «радтех» при поддерЖке оао «рвк»

4 5РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ ВВЕДЕНИЕ В РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

В настоящее время радиаци-онные технологии являются неотъемлемой частью повсед-невной жизни. Многие люди даже не догадываются, на-сколько часто они сталкивают-ся с продуктами и товарами, созданными с применением радиационных технологий. Это и тропические фрукты, и автомобильная покрышка, и чип в мобильном телефоне, и лопатка авиационной турби-ны в составе самолета. Все эти продукты объединяет одно: все они прошли обработку на ускорителе. Поток частиц (или ионизирующее излуче-ние), который генерируется ускорителем или источником ионов, обеспечил уничтоже-ние насекомых-вредителей в манго, «склеивание» поли-меров в резиновом материале для покрышки, сформировал новый полупроводниковый слой в материале для чипа, обеспечил проверку лопатки турбины на наличие трещин. Одной из первых областей трансфера ускорителей из на-учного сектора в промыш-ленный была пищевая про-мышленность. Обработка продуктов позволила уничто-жать болезнетворные микро-организмы, насекомых-вре-дителей, тем самым делая продукты, потребляемые еже-дневно, более безопасными для здоровья человека (мясо, зерно, морепродукты и др.).Далее ускорители стали осно-

вой для досмотровых систем, которые позволяют обнару-живать в багаже и грузах ору-жие, взрывчатые и наркоти-ческие вещества, делящиеся материалы. Данные системы получили распространение в таможенных и пограничных пунктах, морских портах, аэро-портах, а также на железнодо-рожных узлах.С помощью радиационной по-лимеризации были получены новые материалы для кабель-ной и шинной промышленно-стей. Полимерная изоляция является более термостойкой, трубопроводы подходят для перекачки агрессивных и го-рячих жидкостей, шины обла-дают более высокой износо-стойкостью. Проникающая способность потока частиц также позволя-ет просканировать металли-ческие детали авиационных и ракетных двигателей, авто-мобиля и обнаружить даже небольшие трещины или не-точности сварных соедине-ний, не разрушая изделия. В настоящее время на базе ускорителей создаются но-вые комплексы для послой-ного построения структуры деталей из металла под воз-действием пучка электронов. Электронно-лучевые техно-логии аддитивного производ-ства постепенно внедряются для производства металличе-ских изделий нового поколе-ния в авиакосмической, авто-

мобильной и медицинской промышленностях. По мере совершенствования производ-ственных технологий в дан-ных отраслях доля данных технологий будет возрастать. Таким образом, промышлен-ные ускорители продолжают отвечать современным вызо-вам, обеспечивая высокое ка-чество повседневной жизни и оставаясь безопасными для окружающей среды.В данном обзоре приведены описания ключевых областей применения промышленных ускорителей, а также инфор-мация о продуктах и услугах российских производителей данного оборудования.

введениев радиаЦионнЫетехнологии

Радиацион-

ные технологии

— одно из немно-

гих перспективных

с технологической

и рыночной точек

зрения направ-

лений, где у Рос-

сии существуют

значительные

международные

референции и на-

учно-технологиче-

ский потенциал

7УСКОРИТЕЛИ В МИРЕ

Рисунок 1. Распределение установленных в мире промышленных ускорителей (единиц) по областям при-менений

По оценкам экспертов за по-следние 60 лет во всем мире было введено в эксплуатацию более 27 тыс. ускорителей различного промышленного назначения. При этом боль-шая часть из них приходит-ся на ионную имплантацию и электронно-лучевую об-работку материалов (рису-нок 1). Следует отметить, что из рассматриваемых катего-рий промышленных ускори-телей исключены внутренние устройства формирования пучка (электронно-лучевые трубки, рентгеновские трубки, системы для литографии или электронно-лучевой микро-

скопии и так далее). Посколь-ку в среднем жизненный цикл промышленных ускорите-лей оценивается в 20-40 лет, то можно предположить, что в настоящее время из этого числа эксплуатируется поряд-ка 75% (или около 20 тыс. еди-ниц) ускорителей1. В целом, несмотря на доста-точно медленное изменение технологий, скорость внедре-ния ускорителей в качестве промышленных инструмен-тов обработки неуклонно воз-

1 Книга “Industrial Accelerators and Their Applications” edited by Robert W. Hamm and Marianne E. Hamm (R&M Technical Enterprises, California, USA), 2012, стр. 1

растает на протяжении по-следних лет. Так, по данным за 2010 год общая стоимость продуктов и товаров, обрабо-танных, облученных или до-смотренных с использовани-ем пучков заряженных частиц превысила 500 млрд долларов США.

ускорителив Мире

Источник: Доклад “Current and future industrial applications of accelerators”, Robert W Hamm (R&M Technical Enter-prises, California, USA), October 4, 2013, NA-PAC-13, Pasadena, California

В России работают 8

производителей ускорителей

11 000

7 500

3 000

2 000

2 000

1 500

8 9РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ УСКОРИТЕЛИ В МИРЕ

Источник: Данные ИЯФ со РАН, ни ТПУ, ООО «НПП «Корад», АО «НИИЭФА», ИСЭ СО РАН

R&D

515

14 14 1 6

1

145 12 15 3 2

4 12 1 1

1 5 14

1

1 2

1

21

1

1201

2 1 2

1 6

2

1

1

5

2

110110 110110

1

1

10 11РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ УСКОРИТЕЛИ В МИРЕ

денных российскими компа-ниями, входящими в состав Ассоциации «Радтех». Наибольшее число российских ускорителей эксплуатируется в развитых странах, таких как Великобритания, Германия, США, Франция. Наиболее вос-требованными на этих рынках стали системы для досмотра грузов (254 ускорителя) и не-разрушающего контроля (157 ускорителей). Ускорители типа бетатрон, используемые в таких системах, отличаются малыми габаритами, просты в эксплуатации, менее энер-гозатратны. Проникающая способность на уровне до 300 мм по стали позволяет как об-наруживать запрещенные ма-териалы (оружие, взрывчатые вещества и др.) в контейнерах и автомобилях, так и осущест-влять контроль литейных де-талей, сварных швов на нали-чие дефектов. 80 ускорителей используется для модификации материа-лов. Под воздействием пучка электронов происходит радиа-ционное сшивание полимера, в результате которого изго-тавливают изоляцию кабелей и проводов, термоусажива-емые трубки, упаковочные пленки, резину для покрышек и др. Наибольшее количество

российских ускорителей для данного сектора эксплуати-руется в Китае, Южной Корее, Индии.Около 10 российских ускорите-лей применяется для стерили-зации медицинских изделий и обработки пищевых и сель-скохозяйственных продуктов. Обработка электронами и гам-ма-излучением позволяют уничтожить болезнетворные организмы, насекомых-вреди-телей, тем самым продлить сроки хранения продуктов. Для этих целей российские ускорители функционируют в Китае, Вьетнаме, Южной Ко-рее, Казахстане и др.Наряду с ускорителями для облучения продуктов питания, растительного сырья, а также стерилизации медицинских изделий используются гам-ма-установки, в которых ио-низирующее излучение гене-рируется гамма-источниками, преимущественно на основе кобальта-60. В соответствии со статисти-ческими данными МАГАТЭ в настоящее время в мире насчитывается более 300 гам-ма-установок и более 1500 ускорителей, используемых в основном для обработки продуктов питания и стерили-зации (рисунок 2). Наибольшее

количество ускорителей уста-новлено в США (более 500 еди-ниц) и в Японии (более 300). Также ускорители числен-но преобладают и в странах БРИКС. Исключение состав-ляет Индия, в которой число гамма-установок превышает количество ускорителей (17 против 4).Остальные области приме-нения, такие как очистка ды-мовых газов и сточных вод, обработка руд, ионная им-плантация, производство ра-диоизотопов, исследования и разработки насчитывают около 5 ускорителей по от-дельности.

Данное обстоятельство уве-личило интерес к ускори-тельному бизнесу, в который в настоящее время вовлечено не менее 70 компаний и на-учно-исследовательских орга-низаций по всему миру. Более того, по мере расширения об-ластей применения ускорите-лей в различных отраслях про-мышленности развивающихся стран появляются новые ком-пании-производители. Однако общее число компаний оста-ется примерно постоянным, поскольку появление новых игроков компенсируется ухо-дом ранее действующих ком-паний, прежде всего за счет слияний и поглощений с дру-гими производителями или компаниями потребителями технологий.В настоящее время основ-ные объемы производства промышленных ускорителей сосредоточены в Северной

Америке, Европе и Японии, в которых в совокупности насчитывается 53 компани-и-производителя. Впрочем, в последнее время наблюда-ется стремительный рост ко-личества производителей и в других регионах, в первую очередь в Китае, России, Юж-ной Корее и Индии. При этом зачастую деятельность этих новых производителей наце-лена на конкретные географи-ческие регионы или нишевые рынки. По оценкам Роберта Хамма, основанным на опубликован-ных статистических данных и опросах крупных произво-дителей, на долю объемов поставок этими компаниями приходится порядка 1 000 ускорителей в год, что соот-ветствует годовому объему рынка около 2,2 млрд долла-

ров США2.На сегодняшний день в России насчитывается 8 производи-телей ускорителей: Институт ядерной физики им Г.И. Буд-кера со РАН, АО «НИИЭФА им. Д.В. Ефремова», Научно-ис-следовательский институт ядерной физики им. Д.В. Ско-бельцына МГУ им. М.В. Ло-моносова, ООО «Научно-про-изводственное предприятие «Корад», Национальный ис-следовательский «Томский по-литехнический университет», ФГУП «НПП «Торий», ОАО «Московский радиотехниче-ский институт Российской ака-демии наук», НИЯУ «МИФИ».На сегодняшний день в 22 странах мира функциони-руют более 515 ускорителей и источников ионов, произве-

2 Книга “Industrial Accelerators and Their Applications” edited by Robert W. Hamm and Marianne E. Hamm (R&M Technical Enterprises, California, USA), 2012, стр. 3

Рисунок 2. Распределение установленных в мире ускорителей электронов и гамма-установок

Источник: IAEA, IPEN-CNEN/SP (Бразилия)

> 300 > 1 500

> 30 > 500

> 8 > 300

> 80 > 140

> 7 > 18

17 4

в год составляет

общая стоимость продуктов и товаров,

созданных с ис-пользованием

ускорителей

500млрд $

13ОБЛУЧЕНИЕ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ

Мировой рынок продуктов пи-тания, включая выращивание, хранение, переработку, достав-ку и реализацию конечному потребителю, является одним из наиболее динамично разви-вающихся рынков в мире.По данным Pegasus Agritech общий объем глобального рынка сельскохозяйственной индустрии и пищевой про-мышленности в 2012 г. Со-ставил 4,2 трлн долларов, при прогнозе роста 4,4% в период до 2017 г.Интенсификации процессов технологических изменений в пищевой и сельскохозяй-ственной промышленности способствует рост численно-сти населения на фоне изме-нения структуры потребления. Так в развивающихся странах с ростом благосостояния на-селения увеличился объем потребляемых продуктов пи-тания, а также изменилась структура потребления — воз-росла доля животного белка (мясная и молочная продук-ция). В развитых странах ме-няются требования к качеству продукции (условия выращи-вания, состав, упаковка) и так-же меняется структура по-требления за счет включения в рацион все новых видов про-дуктов, не подлежащих дли-тельному хранению (тропи-ческие фрукты, грибы, рыба, морепродукты). В частности, европейский рынок экзотиче-ских фруктов (тамаринд, личи,

маракуйя и др.) в количествен-ном отношении вырос на 22% в период с 2009-2013 гг. В 2012 году его объем составил 85 миллионов евро.Увеличение масштабов про-изводства, удлинение логи-стического плеча и распро-странение крупноформатной торговли и логистических центров накладывает новые требования на упаковку и об-работку пищевых продуктов. Реализация продуктов через крупные торговые сети тре-бует значительного увеличе-ния сроков хранения: напри-мер, для тропических фруктов с единиц дней до недель, ме-сяца и больше. Аналогично — для охлажденной рыбной и мясной продукции; даль-ние перевозки накладывают высокие требования на об-работку фруктов и овощей. В настоящее время существу-ет широкая линейка способов обработки продуктов для их стерилизации, дезинфекции и увеличения срока хранения. Одними из таких технологий являются облучения специ-ально упакованных продуктов потоком электронов или с по-мощью источника гамма-из-лучения.

В своем развитии рЫнок радиаЦионной обработ-ки сельскохозяйственной и ПиЩевой ПродукЦии Про-Шел несколько основнЫх ЭтаПов:

I этап

1905-1950-е гг. На этом этапе формировалась исследова-тельская и научная база мир-ного применения атома. Ос-новным заказчиком на этом этапе выступало государство. 1960-е гг. характеризовались поиском конструктивных ре-шений и созданием первых экспериментальных образцов радиационного оборудования. Нарабатывался первый опыт его практического примене-ния, а также разрабатывались первые методики облучения.

облучение

пестициды

оБлучениепродуктовпитаниЯ

1

14 РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ

проБлеМа

1,3миллиардов тонн в год или 30% всего произведенного

объема продовольствия − так оцениваются мировые потери

пищевых продуктов

30%− ежегодный процент роста числа людей, пострадавших

от пищевого отравления в промышленно развитых

странах

От желудочно-кишечных заболеваний, передаваемых

через продукты питания и воду, ежегодно умирают

примерно 2,2 миллиона человек, включая 1,9

миллиона детей

Повсеместно распространяются аллергические реакции

и патологии, заболевания, связанные с низким уровнем

гигиены и с нарушением метаболических

процессов

Повсеместно распространяются

По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) от отравления пищевыми продуктами и водой ежегодно умирает 2 млн человек. Примечательно, что статистика пищевых отравлений остается стабильно высокой как для развивающихся, так и для развитых стран


инноваЦионное реШениеУскоренные электроны и гамма-излучение обладают способностью расщеплять ДНК вредоносных микроорганизмов, а также их спор, что дает следующие возможности:

снижает потери продуктов, вызванные насекомыми, бактериями и плесенью,

на 25�40%

Экология: уменьшает зависимость от использования

химических пестицидов и консервантов

Безопасность:уменьшает распространение

опасных кишечных инфекций, уничтожая патогенные организмы

Безопасность:

Экономия: продлевает срок хранения, упрощает

технологические процессы, логистику и дает увеличение

выхода целевого продукта

16 17РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ

II этап

1960-1980-е гг. С середины 1960-х гг. произошла первая волна коммерциализации: на рынок были выведены но-вые технологические реше-ния — оборудование, прошед-шее клинические испытания. На уровне национальных ре-гуляторов были начаты про-цессы сертификации облучен-ной продукции, утверждались нормы облучения. Получили одобрение Всемирной органи-зации здравоохранения (ВОЗ) и были признаны успешными программы по изучению воз-

действия облучения на сель-скохозяйственную продукцию. В 1980-е годы также закончил-ся процесс формирования ос-новы новой технологической платформы ускорительной техники: были заложены ос-нования цифровой визуали-зации процедур облучения; были успешно реализованы программы изучения воздей-ствия ионизирующего излуче-ния на живые системы и др. В 1964 году Управление по са-нитарному надзору за каче-ством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) выдало разрешение на про-

дажу на американском рынке облученного картофеля, пше-ницы и муки.В 1981 году Международный экспертный комитет опубли-ковал заключения о безопас-ности пищевых продуктов, подвергшихся облучению в 10 кГр (кДж/кг).В 1983 году Международная комиссия ФАО/ВОЗ утвердила свод пищевых международ-ных стандартов и правил для облучения продуктов питания в пределах до 10 кГр.В течение 1983-1990 гг. были утверждены национальные стандарты (США, Канада,

2


8%

15%18% 18%

26%28%

8%

40%

Рисунок 3. Число случаев заболеваний, связанных с пищевыми отравлениями (% от общего числа насе-ления)

Источник: Grain, Global report “Food safety for whom?”, 2011

Франция и др.), заключены соглашения о радиационной обработке специй, фруктов, мяса, а также применения об-лучения для стерилизации на-секомых.В 1988 году ФАО, ВОЗ, МАГАТЭ и ВТО заключили Междуна-родное торговое соглашение о торговле продуктами пита-ния, прошедшими радиацион-ную обработку.

III этап

1990-наст.вр. Третий этап от-крывается взрывным ростом основных рынков примене-ния всех радиационных тех-нологий, в том числе техно-логий обработки пищевых продуктов. В этот период рез-

ко возросли вложения в ин-фраструктуру, были созданы коммерческие центры стери-лизации, существенно расши-рился перечень продуктов, подлежащих радиационной обработке. На этом этапе раз-вития рынка снижается уча-стие государства и возрастает роль коммерческих компаний потребителей.В 1993 году Американская ме-дицинская ассоциация (АМА) вынесла заключение о безо-пасности и сохранении пита-тельных свойств облученных продуктов и напитков. В 1997 году после серии мас-совых отравлений мясными продуктами Управление по са-нитарному надзору за каче-ством пищевых продуктов и медикаментов США разре-

шает применение облучения к охлажденному и заморожен-ному мясу, чтобы увеличить срок его хранения и умень-шить число болезнетворных микроорганизмов.В 2006 году было опублико-вано постановление Депар-тамента сельского хозяйства США (USDA-APHIS) о приме-нении радиационной обра-ботки для тропических фрук-тов, экспортируемых в США из Индии, Мексики, Пакиста-на, Южной Африки, Таиланда и Вьетнама с целью недопу-щения распространения насе-комых-вредителей.Рост рынка радиационной об-работки сельскохозяйствен-ной и пищевой продукции обусловлен следующими фак-торами.

Таблица 1. Области применения облучения продуктов питания

ПРЕИМУЩЕСТВА ОБРАБОТКИ

ДОЗА (кГр)

ОБЪЕКТЫ ОБРАБОТКИ

ГОД ОДОБРЕНИЯ

Задержка про-растания

0,05 — 0,15 Картофель, лук, кор-неплоды и др.

1964 (только карто-фель), 1986

Дезинсекция (уничтожение насекомых)

0,15 — 0,5 Зерновые, сушеные овощи и фрукты и др.

1963 (только зерно и мука), 1986

Замедление про-цессов созревания

0,5 — 3,0 Свежие фрукты и овощи

1986

Удлинение сроков хранения

1,0 — 3,0 Ягоды, фрукты, овощи

1986

Подавление раз-вития патогенных микроорганизмов

1,0 — 7,0 Свежее сырье, мясо, птица, рыба и полу-фабрикаты

1990 (птица), 1997 (мясо)

Деконтаминация добавок и ингре-диентов

10 − 30Специи, фермент-ные препараты и др.

1983, 1986

Источник: An Economic Analysis of Electron Accelerators and Cobalt-60 for Irradiating Food, Rosanna Mentzer Morri-son, 1989, стр. 2

3


к технологиям борьбы с вре-дителями, обработки и хра-нения сельскохозяйственной продукции, а также со слабо развитой логистикой.

ГлобализаЦия Потребле-ния и Производства Про-дуктов ПитанияВ развитых странах все больше людей включает в рацион но-вые продукты, значительная часть которых не может быть произведена сельским хозяй-ством этих государств. Следу-ет отметить, что страны-лиде-ры по импорту тропических фруктов зачастую не являются конечными рынками продук-ции, и в дальнейшем фрукты реэкспортируются в другие страны.

Экологичное ПотреблениеВсе больше потребителей во всем мире отказываются от употребления продукции сельского хозяйства и пище-вой промышленности, изго-товленной с использованием пестицидов, химических кон-сервантов и пищевых доба-вок и увеличивают в рационе количество свежих овощей и фруктов.

В настояЩее время в мире радиаЦионная обработка ПиЩевЫх и сельскохозяй-ственнЫх Продуктов При-меняется По следуЮЩим наПравлениям:

• Предпосевное облучение семян с целью стимулиро-вания всхожести (зерновые и зернобобовые, картофель, морковь, капуста и др.) и в целях повышения их уро-жая и улучшения качества продукции.

• Профилактика болезней пищевого происхождения (уничтожение болезнет-

ворных микроорганизмов, таких как сальмонелла и кишечная палочка E.coli).

• Сохранение продуктов (уничтожение или сниже-ние активности микро-организмов, способствую-щих порче и разложению, и продление срока годно-сти пищевых продуктов).

• Контроль насекомых (уничтожение или стери-лизация насекомых-вреди-телей).

• Задержка прорастания и созревания плодов.

• Стерилизация (увеличение срока годности продук-тов, которые затем могут храниться при комнатной температуре).

На сегодняшний день облу-чение продуктов питания используется более чем в 40 странах мира. В 2010 году в Азии, Европейском Союзе, США было облучено количе-ство: 285,2, 9,3 и 103 тыс. тонн продуктов питания, соответ-ственно3. По сравнению с 2005 годом количество облученных продуктов увеличилось на 100 тыс. тонн в Азии и на 10 тыс. тонн в США, в то время как в ЕС уменьшилось на 6 тыс. тонн.В течение пятилетнего перио-да наибольший рост коммер-ческого облучения продуктов питания продемонстрировали страны Азиатского региона. Кроме того, наблюдалась тен-денция увеличения фитоса-нитарного облучения фруктов и сельскохозяйственной про-дукции, которое в 2010 году увеличилось до 18,5 тыс. тонн.

3 Tamikazu Kume, Setsuko Todoriki. Food Irradiation in Asia, the European Union and the United States: A Status Update. Radioisotopes Journal, Vol.62, No.5, May 2013, 291-299

Коммерческое облучение про-дуктов питания в Европей-ском Союзе резко сократилось после введения в 1998 году строгих правил по провер-ке и маркировке облученных продуктов питания. Так в 1998 году основной объем облучен-ной продукции во Франции приходился на дезинфекцию трав и специй, бо-лее 20 тыс. тонн. После введения новых правил, общая доля об-лученных трав и специй во всех странах Европей-ского Союза сни-зилась до 3 тыс. тонн в 2005 году и до 1,47 тыс. тонн в 2010 году. Однако, несмотря на тре-бования маркировки, объемы облучения специальных про-дуктов, таких как заморожен-ные лягушачьи лапки, оста-лись неизменным. По объему облученных продуктов в Евро-пейском союзе лидерами яв-ляются Бельгия, Нидерланды, Франция.

Рост рЫнков Потребления Рынок радиационной обработ-ки продуктов питания растет за счет роста ключевых рын-ков-потребителей: рынка се-мян, рынка технологий пере-возки и хранения продуктов, рынка борьбы с вредителями и рынка упаковки.

БольШое число ПиЩевЫх отравленийПо данным Всемирной ор-ганизации здравоохранения от отравления пищевыми продуктами и водой ежегодно умирает 2 млн человек. При-мечательно, что статистика пищевых отравлений оста-ется стабильно высокой как для развивающихся, так и для развитых стран. Основными источниками пищевых инфек-ций являются такие бактерии,

как сальмонелла (источником заражения могут стать яйца, мясо домашней птицы и др.), листерия (источником зараже-ния могут стать непастеризо-ванные молочные продукты и полуфабрикаты), холерный вибрион (источником зара-жения может стать вода, рис, овощи и различные виды морепродуктов). Кроме того, опасность для здоровья чело-века представляют норовиру-сы и паразиты (источником заражения могут стать сырые или недостаточно термически обработанные продукты: мясо, овощи, фрукты).

БольШие Потери Продук-Ции на всех ЭтаПах техно-логической ЦеПочкиСогласно докладу Института мировых ресурсов, в ходе про-

изводства, хранения и потре-бления пищевых продуктов потери составляют около 1/3 всего производимого в мире продовольствия. При этом, в зависимости от уровня тех-нологического развития ре-гиона, максимальные поте-ри продукции фиксируются на разных этапах технологиче-ской цепочки. Так, в развитых странах значительная часть пищевых продуктов оказыва-ется испорченными на ста-дии конечного потребления, тогда как в развивающихся странах наибольшие потери фиксируются на стадии пере-работки. Таким образом, если в развитых странах порча еды во многом связана с избыточ-ным потреблением, то в разви-вающихся странах причиной является отсутствие доступа


Облучение продуктов питания

применяется более чем

странах мира

Рисунок 4. Мировые потери продукции на всех этапах производства

Источник: Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН, 2013

30% 30%

20% 20% 20%

45%45%

в 40


Источник: Tamikazu Kume, Setsuko Todoriki. Food Irradiation in Asia, the European Union and the United States: A Status Update. Radioisotopes Journal, Vol.62, No.5, May 2013, 291-299


80 000 80 000 4 000 15 000 8 000 8 000

3 000 1 484

482 785

4 011 6 923

14 200 66 000

326 445

146 000 >200 000

940

1 600 2 100

5 394 300

8 096 6 246

687 160

85 27

3 111 1 024

7 279 5 840

17

111 151

369

3 299 1 539

472 127

10


Также следует отметить, что по сравнению с 2005 годом по-явились новые страны, в кото-рых проводилось облучение продуктов питания, такие как Испания, Эстония и Румыния. Также было выдано разре-шение на облучение на уста-новке в Болгарии. Помимо этого в течение 2010 года Ев-ропейская комиссия одобрила 11 установок по облучению пищевых продуктов в третьих странах, включая Южную Аф-рику, Таиланд, Турцию и Ин-дию.США является одним из ми-ровых лидеров по развитию программ коммерческого об-лучения пищевых продуктов. В 2010 году в США было облу-чено 103 тыс. тонн продуктов питания, включая 80 тыс. тонн пряностей, 15 тыс. тонн фрук-тов и овощей, а также 8 тыс. тонн мяса и птицы. По сравне-нию с 2005 годом наибольший рост объемов облученной про-дукции наблюдался в области дезинсекции овощей и фрук-тов (объемы увеличились на 11 тыс. тонн). В то время, как для остальных типов про-дуктов питания существенно-го изменения не произошло. При этом основной областью применения облучения явля-лась дезинфекция специй.Первой страной из Азиатско-го региона, начавшей экспорт в США в 2007 году облученных фруктов, была Индия, за кото-рой последовали и другие стра-ны, такие как Таиланд и Вьет-нам. Пик облучения манго в Индии пришелся на 2008 год, когда было облучено 275 тонн. В последующие годы объемы постепенно уменьша-лись. Таиланд начал экспор-тировать облученных фрукты (манго и лонган) в США в 2007 году и уже через 3 года, в 2010 году, экспортировал 4 вида об-

лученных фруктов (мангустин — 330 тонн; лонган — 595 тонн; личи — 18 тонн и рамбу-тан — 8 тонн). Вьетнам начал поставки облученных фрук-тов в США в 2008 году. В на-чале это была питахайя, а за-тем в 2011 году и рамбутан. Именно от этих стран следует ожидать расширения ассор-тимента продуктов питания, прошедших фитосанитарное облучение, однако, не следует скидывать со счетов и другие страны, такие как Малайзия, Пакистан и Филиппины, кото-рые также планируют начать экспорт облученных пищевых продуктов в США в будущем. Другим крупным поставщи-ком облученных продуктов питания в США является Мек-сика, которая в 2008 году экс-портировала в США 257 тонн, а уже в 2009 году — 3 521 тонн. В 2010 году объемы экспорта облученных продуктов пи-тания из Мексики в США со-ставили 10 318 тонн, в том числе 9 121 тонна гуавы, 600 тонн сладкого лайма, 239 тонн манго, 101 тонна грейпфрута и 257 тонн перца. В настоящее время Мексика является круп-нейшим экспортером облу-ченной сельскохозяйственной продукции в США. Связано это в первую очередь с близостью двух стран и наличием сухо-путной границы.Первой страной, использовав-шей фитосанитарное облуче-ние с целью международно-го карантинного контроля, в 2004 году стала Австралия. С тех пор экспорт из Австра-лии в Новую Зеландию неу-клонно растет и в 2010 году составил 493 тонн облучен-ных фруктов (460 тонн манго и 33 тонны личи).Помимо продуктов питания обработка пучком электронов и гамма-излучением может

применяться для переработ-ки некондиционных сель-скохозяйственных продуктов (пораженные грибковыми заболеваниями зерна, отходы мукомольных комбинатов, от-ходы шлихтования риса и так далее) с целью получения сырья для «зеленых» хими-катов. Это водорастворимые клеи для производства бума-ги и картона, экологически чистые реагенты в производ-стве ДСП и ДВП, компонен-ты буровых растворов и не-фтевытесняющих жидкостей, компоненты строительных смесей, антипирены (коксо-образующие огнегасители), компоненты моющих средств, стимуляторы роста растений и так далее.


Объем облученных продуктов в странах

Юго-Восточной Азии

увеличился втрое

2005�2010


В настоящее время основной платформой для применения радиационных технологий в области обеспечения без-опасности являются досмо-тровые системы. 70% рынка досмотровых систем в мире в денежном выражении приходится на системы, ис-пользующие рентгеновское излучение (в натуральном выражении лидируют неради-ационные металлодетекторы). Кроме того, на рынке имеются решения на основе гамма-из-лучения и нейтронных тех-нологий. При этом большин-ство компаний не производит ускорители самостоятельно, а закупает их у внешних про-изводителей (за исключением компаний Smith и Nuctech). Большая часть (>60%) досмо-тровых систем сосредоточена в США и Западной Европе.Основными покупателями до-смотровых систем являются объекты транспортной инфра-структуры, государственные организации и пограничные службы. Большинство устано-вок с использованием радиа-ционных технологий исполь-зуется для досмотра багажа пассажиров и грузов.

В Целом, ФакторЫ, влия-ЮЩие на развитие рЫнка обесПечения безоПасности с ПомоЩьЮ радиаЦион-нЫх технологий, являЮт-ся благоПриятнЫми с точ-ки зрения ПерсПективнЫх

темПов роста рЫнка и его обЪемов:

идет рост глоБалЬноЙ МоБилЬности населениЯ

Интенсивное экономическое развитие и рост глобализации способствовали стремительно-му увеличению мобильности населения. В настоящее время к традиционным факторам, определяющим рост мировой мобильности (вынужденная миграция из зон военных действий, дефицит ресурсов), добавляются новые, в частно-сти климатические (ухудше-ние природной среды обита-ния) и социальные (трудовая миграция, свободный выбор места проживания и пр.). В по-следние десятилетия важным фактором, обуславливающим, в том числе, и спрос на си-стемы безопасности, является все возрастающий поток не-легальной миграции из госу-дарств «третьего мира» в раз-витые страны.

динаМично раЗвиваетсЯ МеЖдународ-наЯ торговлЯ

Наиболее интенсивно разви-тие международной торговли шло во второй половине 20-го

века. По данным Всемирной торговой организации, с 1970 года по 2010 год стоимость мирового экспорта выросла в 48 раз.

идет раЗвитие транспортноЙ систеМЫ, дополнЯеМое иЗМенениеМ характера перевоЗок

Из простой инфраструктуры, обеспечивающей и поддержи-вающей торговлю и мобиль-ность, транспорт превратил-ся в значительный фактор, формирующий глобальное производство и рынки. Наибо-лее интенсивно в последние десятилетия развивался воз-душный транспорт и высоко-скоростной железнодорожный транспорт. Возрастающая на-грузка на транспортную ин-фраструктуру привела к соз-данию мультимодальных комплексов, обслуживающих


досМотровЫе коМплексЫ

Наибольшее распростране-ние получили рентгеновские

методы досмотра

1

2

3


проБлеМа

ГЛОБАЛЬНЫЕ ВЫЗОВЫ

Угроза террористических актов, рост нелегальной эмиграции,

усложнение транспортной инфраструктуры

Задача: поиск запрещенных к перевозке веществ:

взрывчатых, наркотических и других сильнодействующих,

делящихся материалов, а также оружия

Решения: Использование систем активного

сканирования, повышение энергии пучка, использование

нескольких источников излучения на разные энергии

для создания объемного изображения

Безопасность и противодействие терроризму, предотвращение распространения ядерных материалов, том числе пригодных для создания «грязной» бомбы

Решения: Использование


инноваЦионное реШениеИспользование досмотровых систем на основе ускорителей электронов, что позволяет за меньшее время сканировать крупные грузовые контейнеры, системы получения трехмерных изображений дают возможность работы системы не только в режиме «есть/нет», но и «где лежит»:

Качество: гарантия обнаружения взрывчатых

веществ в объеме 50 г и менее, оружия, делящихся материалов

Экономия: уменьшает время досмотра в аэропорту

или на международном пограничном переходе

Безопасность: уменьшает риск терактов

на транспорте, предотвращает незаконный оборот делящихся

материалов, борется с наркотрафиком

Экология: при соблюдении норм проектирования, строительства

и эксплуатации абсолютно безопасно для персонала

и населения

УСЛОВИЯБольшой поток грузов: багаж в аэропортах, автомобильные

и железнодорожные перевозки.Небольшие (десятки граммов) закладные элементы внутри морских и железнодорожных

контейнеров, фур, вагонов


ния и разработки, на рынке отсутствуют экономически более эффективные реше-ния для досмотра пассажи-ров и грузов, чем системы на базе рентгеновского или гамма-излучения.

Досмотр грузов является круп-нейшим сегментом, и в 2020 году его емкость составит 1 284 миллионов долларов США. Второй по объему сег-мент — досмотр багажа, объ-ем которого в 2020 году про-гнозируется на уровне 1 050 миллионов долларов США. Наибольший среднегодовой темп роста на уровне 10% де-монстрирует Азиатско-Тихо-океанский регион, на втором месте Латинская Америка — 8%, на третьем — Африка и Ближний Восток — 6,5%. В страновом разрезе лидером по темпам роста с показателем 16,3%, является Китай, на вто-

ром месте Индия — 10,7%, далее следуют Индонезия — 8,1%, Бразилия — 5,6%.

ОсновнЫми тиПами до-смотровЫх систем на базе радиаЦионнЫх технологий являЮтся:

• Рентгеновские сканеры, ис-пользующие эффект обрат-ного рассеяния рентгенов-ских лучей. Особенностью таких сканеров является относительно низкая энер-гия излучения (50-450 кэВ). Глубина проникновения таких систем — до 38 мм. Такие сканеры использу-ются в первую очередь для досмотра багажа пассажи-ров и почтовых отправле-ний.

• Сканеры с использованием гамма-излучения радиоак-тивных изотопов кобальта или цезия. Энергия излу-

чения систем — 1,17-1,33 МэВ, глубина проникнове-ния — 63,5-229 мм. Такие системы используются в первую очередь для тех-нического осмотра транс-портных средств и нераз-рушающего контроля.

• Досмотровые комплексы на базе линейных уско-рителей. Энергия излуче-ния систем — 2-10 МэВ, глубина проникновения — 133-390 мм. Данные досмотровые комплексы используются для досмо-тра контейнерных грузов и технического осмотра транспортных средств.

большое количество грузов и пассажиров.Кроме того, развитие транс-портной системы, междуна-родной торговли и рост мо-бильности населения привели к качественным изменениям в характере перевозок. Так, в последние десятилетия рез-ко вырос сегмент морских и авиаперевозок. В сегменте морских перевозок наиболее интенсивное развитие полу-чили контейнерные перевоз-ки. В период с 2000 по 2009 гг. рост рынка контейнерных перевозок составлял поряд-ка 9% в год, после 2009 года рост замедлился до 3-5% в год. На рынке авиаперевозок наи-более быстрыми темпами рас-тет сегмент пассажирских пе-ревозок (порядка 4,1% в год), доля сегмента в настоящее время составляет 15% рынка авиаперевозок.

рост терро-ристическоЙ угроЗЫ

В последние десятилетия во всем мире регулярно со-вершаются террористические акты. Развитие новых техно-логий и появление множества экстремистских группировок различной направленности привели к росту численности успешных террористических актов и затруднили предот-вращение террористических атак. Естественной мерой для предотвращения терактов яв-ляется развитие современных систем безопасности, позволя-ющих обнаруживать взрывча-тые вещества, оружие, деля-щиеся материалы. По данным Homeland Security Research Corporation (HSRC) мировой рынок досмотровых систем, включая продажи и послепро-

дажные доходы, в 2020 году составит 2 568 миллионов долларов США (рисунок 5). В 2011 году объем рынка со-ставлял 1 436 миллионов долларов США. Среднегодо-вой темп роста составляет 7% в год4.

КлЮчевЫми драйверами роста рЫнка являЮтся:

• Рост рынка Азиатско-Тихо-океанского региона за счет развития объектов транс-портной инфраструктуры и роста объемов торговли.

• Окончание жизненного цикла досмотровых систем предыдущего поколения.

• Отсутствие конкурирую-щих технологий. Несмотря на десятилетие масштаб-ных вложений в исследова-

4 Homeland Security Market Research. X-ray Security Screening: Technologies, Industry and Global Market — 2014-2020, стр. 54

Рисунок 5. Прогноз объема глобального рынка досмотровых систем (миллионов долларов США) до 2020 года

4


Рисунок 6. Прогноз объема глобального рынка досмотровых систем (миллионов долларов США) по регионам

Досмотр грузов является крупней-

шим сегментом рынка досмотровых систем

2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020

1284

1050

145

5540

4852

6469

7479

8489

781 826 863 909 957 1018 1080 1149 1224521562

600645

693752

815885

962

8087

93100

106113

119126

132

410 415 421 429 438 449 462 476 493 511

2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020

54 56 5964

71 84 89 93 97 101

334 344 357371

386 402 420 438 457 481

100 109 119 128 138 148 157 167 176 184

539 590 648 713 787 869 961 1064 1180 1291

Источник: Homeland Security Market Research. X-ray Security Screening: Technologies, Industry and Global Market − 2014-2020, стр. 55

Источник: Homeland Security Market Research. X-ray Security Screening: Technologies, Industry and Global Market − 2014-2020, стр. 57

30 31

12345


Неразрушающий контроль относится к видам проверки материалов и оборудования, методы которых не изменяют структуру, свойства и рабочие характеристики исследуемого объекта. Одной из ключевых технологий неразрушающего контроля является рентгено-графия или радиография, за-ключающаяся в сканировании изделия рентгеновским излу-чением, источником которого могут выступать рентгенов-ские трубки, ускорители и ра-дионуклиды.В настоящее время оборудо-вание и методы радиографии применяются для проверки изделий в авиационной, ра-кетно-космической, автомо-бильной, химической, нефте-газовой промышленности, в области атомной, тепловой и гидроэнергетики, а также микроэлектроники. Так осу-ществляется контроль свар-ных швов, лопаток турбин, твердотельного ракетного топлива, строительных кон-струкций и печатных плат.

В своем развитии рЫнок ПромЫШленной радиогра-Фии ПроШел несколько ос-новнЫх ЭтаПов:

I этап

1920-1950-е гг. Нарабатывает-ся первый опыт практическо-го применения рентгеновских

трубок и гамма-источников для обследования сварных швов и литья, идет разработ-ка первых методик контро-ля. В 1941 году было созда-но Американское общество неразрушающего контро-ля (the American Society of Nondestructive Testing, ASNT). С того момента общество занимается подготовкой специалистов, разрабатыва-ет стандарты, а также совер-шенствует радиографические методы исследований. Ли-нейные ускорители получили распространение с 50-х годов. С их помощью можно было проводить инспекцию более плотных и утолщенных изде-лий. Одним из первых приме-нений был контроль боепри-пасов.

II этап

1960-1980-е гг. Оборудование для неразрушающего контро-ля получает распространение в гражданских отраслях. На-рабатываются стандартизиро-ванные методики контроля. В системы неразрушающего контроля вводятся автомати-зированные решения, идет интеграция с электроникой.

III этап

1990-2010-е гг. Созданы инте-грированные системы с вклю-чением программного обе-

спечения для визуализации изображений и построения трехмерной картины вну-тренней структуры объекта. Разрабатываются новые виды детекторов. Развивается ком-пьютерная томография. Фор-мируются новые рыночные ниши: контроль печатных плат, микро- и нанофокусные системы для медицины и био-логии, стоматологические ска-неры, системы для контроля изделий из пластика и др. Рентгеновские трубки приме-няются до сих пор. Они эф-фективны для исследования малых объектов, а также для толщины стали до 10 см. Ли-нейные ускорители с энергий 1-9 МэВ эффективны для ис-следования более плотных и толстостенных объектов, например, лопаток турбины, корпусов двигателей или тя-желого литья. Предел по тол-щине стали для данного ди-апазона энергий составляет до 30 см. Высокоэнергетичные ускорители (15 МэВ) исполь-зуются для контроля твердого ракетного топлива, комплекс-ных сварных конструкций, де-талей для самолетов и судов как из металла, так и из ком-позитных материалов. Предел по толщине — 45 см.

ОсновнЫе тенденЦии раз-вития ПромЫШленной ра-диограФии заклЮчаЮтся в следуЮЩем:

• улучшение пространствен-


нераЗруШающиЙконтролЬ

2

13


проБлеМа

15%в год — на такой процент растет

количество изделий, которые необходимо контролировать. Они отличаются размером

(от инжектора автомобильного двигателя

до блока турбины), материалом (от пластиков

до сталей), формой

В настоящее время неразрушающий контроль выполняется для сложных

изделий авиационной, ракетно-космической, автомобильной техники, двигателей, ТВЭЛов,

печатных плат и так далее

Проблема неразрушающего контроля промышленных изделий в процессе производства или ремонта должна решаться быстро, с максимальной разрешающей способностью и безопасно для персонала

В настоящее время неразрушающий

25 МКМЭто современные требования,

предъявляемые к разрешающей способности, а скорость сканирования должна

обеспечивать безостановочное движение изделий

на конвейере


инноваЦионное реШениеИспользование современных компактных ускорителей электронов в сочетании с детекторами излучения последних поколений и системами восстановления трехмерных изображений позволяет за меньшее время сканировать более габаритные толстостенные металлические изделия:

Безопасность: дефектоскопия проводится

с использованием локальной защиты, что делает ее полностью

безопасной для персонала

Безопасность:

Качество: разрешение современных промышленных

томографов может быть лучше 25 мкм, а толщина контролируемых изделий

— несколько десятков мм.Высокая гибкость систем под требования и возможности

потребителя

Экономия: время дефектовки изделия уменьшается в 2-5 раз по сравнению с визуальными

или ультразвуковыми методами, не требуется разрушения

контрольных образцов, контролю могут быть подвергнуты все

изделия серии


ного разрешения;

• увеличение контрастности изображения;

• уменьшение паразитного излучения с целью сниже-ния требований к помеще-нию;

• сокращение времени полу-чения изображения;

• увеличение надежности;

• увеличение диапазона тол-щин материала, контроли-руемых с помощью одного ускорителя;

• использование новых ви-дов и конфигураций детек-торов;

• развитие интерфейсов для мониторинга и контроля параметров, например, тачскрин-дисплеи;

• развитие систем in-line контроля (в составе кон-вейера).

На сегодняшний день ключе-выми направлениями новых разработок в радиографии яв-ляются цифровая радиогра-фия, трехмерная (3D) и четы-рехмерная (4D) томографии. Первый четырехмерный ска-нер по принципу действия

аналогичный медицинскому компьютерному томографу за-явлен фирмой GE Measurement & Control Solutions. Российская компания «Про-мИнтро» первой в мире разме-стила на одной платформе два источника излучения: рентге-новскую трубку с энергией 450 кэВ и ускоритель электронов (бетатрон производства Том-ского политехнического уни-верситета) с энергией 5 МэВ для плотных и толстостен-ных изделий. Так, на одной платформе можно одинако-во эффективно просвечивать и компоненты, и изделия из толстого металла целиком, имея одну систему детектиро-вания и оцифровки.Существенное развитие си-стем промышленной томо-графии возможно только при использовании следующих со-временных технологических решений: новые виды сцин-тилляторов и фотоумножите-лей, микрофокусные трубки, переход от рентгеновских тру-бок к ускорителям с энергией 2-5МэВ, трехмерное скани-рование и новые математи-ческие методы визуализации изображений, использование двух энергий пучка.В настоящее время в мире

эксплуатируется около 1 000 ускорителей в области нераз-рушающего контроля. Срок эксплуатации ускорителей для радиографии составляет от 10 до 20 лет. Рынок ускорителей электронов с энергией 3-15 МэВ в 2010 году оценивался на уровне 200-300 ускорителей в год, что в денежном эквива-ленте составляло около 250 миллионов долларов США. Бо-лее портативные и компакт-ные ускорители с энергией 1-3 МэВ в течение следующих нескольких лет также могут внести значительный вклад в общее количество эксплуа-тируемых установок5. Кроме того, потребность в новых ускорителях будет возрастать в результате спроса на заме-ну выработавших свой ресурс и устаревших ускорителей. По данным Frost&Sullivan гло-бальный объем рынка систем и услуг неразрушающего кон-троля, включая не только ра-диографию, к 2018 году соста-вит около 11,6 млрд долларов США (в 2013 году объем рынка составлял около 8 млрд долла-ров США). Среднегодовой темп

5 Книга “Industrial Accelerators and Their Applications” edited by Robert W. Hamm and Marianne E. Hamm (R&M Technical Enterprises, California, USA), 2012, Глава 7, автор William A. Reed, стр. 312

роста составляет 7,5% в год.В России ускорители и ком-плексы на их базе для про-мышленной радиографии разрабатывают и выпускают: Национальный исследова-тельский «Томский политех-нический университет», На-учно -исследовательский институт ядерной физики МГУ им. М.В. Ломоносова со-вместно с ООО «Лаборатория электронных ускорителей МГУ» и ФГУП «НПП «Торий», акционерное общество «НИИ-ЭФА им. Д.В. Ефремова», ООО «ПромИнтро», группа компа-ний «ТЕСТРОН». Около 160 ускорителей рос-сийского производства эксплу-атируются за рубежом. В рам-ках сотрудничества Томского политехнического универси-тета с JME Ltd с середины 80-х годов в Великобританию было поставлено более 110 бетатро-

нов. Малогабаритные бетатро-ны различной энергии приме-няются для контроля сварных соединений на монтажных площадках, стапелях, при ре-монте котельных и энергети-ческих установок, контроле железобетонных опор мостов и других строительных кон-струкций. В Китае эксплуа-тируется 15 ускорителей: 12 производства ТПУ и 3 произ-водства АО «НИИЭФА». В 2007 году НИИЯФ МГУ и ФГУП «НПП «Торий» начали совместную разработку нового поколения линейных ускори-телей электронов для радио-графии. С 2012 года 3 ускори-теля данной конфигурации было поставлено на россий-ские предприятия атомной промышленности, на базе 2 ускорителей были созданы инспекционно-досмотровые комплексы.

В настоящее время НИЯУ «МИФИ» и ООО «НПП «Корад» начали совместную разработ-ку системы для 4D сканирова-ния в составе конвейера.

Рисунок 7. Прогноз темпов среднегодового роста рынка по регионам

Источник: презентация Frost&Sullivan “Beyond BRIC: exploring the next game changers for the NDT industry”, 2012, стр. 5-6


7 900

11 600

2013 2018

4,5%

8%

5,5%

13%

8,5%

Таблица 2. Проникающая способность рентгеновских трубок и линейных ускорителей

ТЕХНОЛОГИЯ РЕНТГЕНОВСКИЕ ТРУБКИ ЛИНЕЙНЫЕ УСКОРИТЕЛИ

Энергия 120 кэВ 250 кэВ 400 кэВ 3 МэВ 6 МэВ 9 МэВ

Толщина стали @ 10 HVL

2,5 см 6,5 см 9 см 23 см 28 см 30,5 см

Источник: Книга “Industrial Accelerators and Their Applications” edited by Robert W. Hamm and Marianne E. Hamm (R&M Technical Enterprises, California, USA), 2012, Глава 7, автор William A. Reed, стр. 311

Рисунок 8. Объем рынка систем и услуг неразрушающего контроля в мире (миллионов долларов США)

Около

российских ускорителей

для промышленной радиографии

эксплуатируется за рубежом

160

36 37РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ МОДИФИКАЦИЯ МАТЕРИАЛОВ

В настоящее время радиаци-онные технологии модифи-кации материалов находят все более широкое примене-ние в различных областях промышленности. При этом, помимо ставших традицион-ными технологий радиаци-онной обработки полимеров, пластиков, резин и других ма-териалов, а также технологий ионной имплантации, уже се-годня радиационная модифи-кация материалов включает в себя и такие новые, револю-ционные технологии, бурно развивающиеся во всем мире, как технологии аддитивного производства с использовани-ем пучка электронов.

радиаЦионнаЯ полиМериЗа-ЦиЯ

В настоящее время ряд от-раслей промышленности, таких как кабельная про-мышленность, автомобиль-ная промышленность, не-возможно представить без использования радиационных технологий. Пучки электро-нов успешно используются для кросс-сшивки изоляции проводов, увеличения изно-состойкости автомобильных покрышек, сшивки вспенен-ных полиэтиленов и так далее в результате радиационного сшивания полимера полу-чаются изделия с повышен-

ными эксплуатационными свойствами. Основные обла-сти применения технологий радиационной сшивки мате-риалов в соответствии с отно-сительными размерами рын-ков приведены на рисунке 9. Лидирующими областями применения являются произ-водство проводов и кабелей, поверхностная вулканизация, а также производство термоу-саживаемых пленок.

1.1 иЗолЯЦиЯкаБелеЙ

Сшивка изоляции кабелей по-вышает температуру смягче-ния и плавления изоляции, что в результате предотвраща-ет возникновение короткого замыкания в пучке проводов при эксплуатации в режиме повышенной температуры. Например, в случае проводов, расположенных в непосред-ственной близости от двигате-ля автомобиля.В кабельной промышленности для сшивки изоляции прово-дов возможно использование следующих технологических процессов: пероксидная сшив-ка, силановая сшивка, ради-ационная сшивка. В первых двух случаях сшивка изоляции осуществляется вследствие хи-мических реакций, а в третьем − за счет ионизирующего воз-действия электронного пуч-ка. При этом радиационная

сшивка изоляции проводов является наиболее передовой технологией, поскольку, в от-личие от химических методов, не требует условий повышен-ной температуры и давления. Как следствие, уменьшается потребление энергии, сокра-щается продолжительность технологического процесса. Кроме того, технологическая линия для радиационной сшивки универ-сальна, то есть на одной и той же линии мож-но обрабаты-вать широкий ассортимент ка-бельных изде-лий.Дополнительно полимеры, полученные с помощью ради-ационной кросс-сшивки, при-меняются при изготовлении трубопроводов для перекачки агрессивных и горячих жидко-стей, а также природного газа.

1.2 терМоусаЖивае-МЫе труБкии пленки

При облучении полиэтилено-вых трубок и пленок проис-ходит кросс-сшивка материа-ла, как в процессе облучения проводов. Благодаря образу-ющейся сеточной структуре молекул материал приобрета-ет свойство «памяти» формы. Если такой полимер растянуть

1

МодиФикаЦиЯМатериалов


1.4 вспененнЫЙ по-лиэтилен

Технологии радиационной сшивки пенопластов, как пра-вило, изготовленных из по-лиэтилена, используются при производстве транспортных приспособлений для бытовой техники и другой мягкой упа-ковки, медицинских изделий, спортивной экипировки, по-крытий для спортивных пло-щадок, а также при производ-стве элементов внутренней отделки автомобилей. Пенопласт получают путем введения вспенивающего агента в пластик с последу-ющим нагревом полученной смеси до получения вспе-ненной структуры. При этом процесс нагрева необходимо тщательно контролировать, чтобы не нарушить протека-ние реакции. Для сшивки ис-ходной смеси пластика и вспе-

нивающих агентов возможно использование термохимиче-ских реакций, однако в этом случае возникает риск преж-девременной активации вспе-нивающего агента, который по своей природе термически нестабилен. Использование электронного пучка позво-ляет осуществлять данный процесс без риска активации вспенивающего агента, так как обработка пучком электронов вызывает лишь небольшое повышение температуры ис-ходной смеси. В настоящее время электронно-лучевые технологии сшивки вспенен-ного полиэтилена широко ис-пользуются в автомобильной промышленности, при произ-водстве элементов интерьера, например, для внутренней об-шивки дверей.С начала 2000-х годов Инсти-тут ядерной физики со РАН поставил около 60 ускорите-

лей в Китай, Южную Корею, Малайзию. 45 ускорителей используются в Китае для производства проводов и кабе-лей, термоусаживаемых труб, а также вспененного полиэти-лена. В Южной Корее для тех же применений функциониру-ет 12 ускорителей.

ионнаЯ иМплантаЦиЯ

Ионная имплантация явля-ется одним из ключевых про-цессов создания полупроводя-щих структур и представляет собой легирование полупро-водниковых пластин ионами твердотельных непроводящих веществ (фосфор, бор и др.). Базовым оборудованием для ионной имплантации являют-ся ионно-плазменные источ-ники, встраиваемые непосред-ственно в имплантеры.

2

в нагретом состоянии, зафик-сировать и охладить, то он останется в растянутом состо-янии. При повторном нагреве растянутый полимер усажи-вается и переходит в первона-чальное (нерастянутое) состо-яние.Термоусаживаемая пленка ис-пользуется для упаковки. Тер-моусаживаемая лента также применяется для гидроизоля-ции стальных трубопроводов. Она позволяет снизить веро-ятность образования отслое-ния, околошовных шатровых

пазух, гофров. Лента легко обжимает трубу на участках поворота и перехода с одного диаметра на другой.

1.3 автоМоБилЬнЫепокрЫШки

Сегодня в процессе производ-ства покрышек на начальном цикле некоторые из компо-нентов будущей шины под-вергают электронно-лучевому воздействию с низкой дозой облучения до нескольких де-сятков кГр.

Обработка комПонентов Шин Позволяет достичь:

• Улучшения эксплуатацион-ных характеристик протек-тора:

• Повышения износостой-кости, увеличения сцеп-ных свойств с дорожным

покрытием разного типа, снижения гистерезисных потерь на качение.

• Улучшения усталости ре-зинокордных деталей шин (каркас, брекер).

• Повышения ходимости на 10-15%.

• Снижения использования дорогих добавок к резино-вым смесям: катализаторов вулканизации, диспергато-ров, мягчителей, пласти-фикаторов, масел и смол.

• Снижения доли использо-вания дорогих синтетиче-ских и натуральных каучу-ков.

• Снижения доли брака про-дукции и отходов произ-водств.

Рисунок 9. Основные области применения технологий радиационной сшивки материалов

Источник: книга Industrial Accelerators and Their Applications Edited by: Robert W Hamm (R & M Technical Enter-prises, California, USA), Marianne E Hamm (R & M Technical Enterprises, California, USA), Глава 3, автор Marshall R. Cleland, стр. 114


35%

35%

15%

4%

6%

5%


В настоящее время Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Россий-ской академии наук совместно со своей спин-офф компанией ООО «Плазменные источни-ки» разрабатывают плазмен-ные источники нового поколе-ния на основе молекулярных ионов фосфора, кластерных ионов бора, а также генерато-ры объемной плазмы чистого бора.Данные источники обеспечи-вают высокое качество ионно-го пучка за счет повышения степени ионизации плазмо-образующей среды, более вы-сокую интенсивность ионного пучка, увеличение производи-тельности процесса, а также более долгий срок эксплуата-ции имплантера.

электрон-но-лучеваЯсварка, реЗка,наплавка

В настоящее время технологии электронно-лучевой сварки, перфорации, резки и наплавки применяются в авиационной, космической, автомобильной, химической промышленно-стях, энергетическом машино-строении и других отраслях. Одним из основных типов оборудования для данных технологий являются низко- и высоковольтные установки на базе электронно-лучевых пушек. По типу электрон-но-лучевых пушек различа-ют пушки с термокатодом и с плазменным катодом. В элек-тронно-лучевых пушках с тер-мокатодом в качестве мате-риала катода используются вольфрам или тантал, а также

борид лантана. Основным не-достатком термокатодов явля-ется их короткий срок службы и, как следствие, необходи-мость частой замены. Многие производители оснащают свое оборудование специальными устройствами, позволяющими осуществлять замену катода в короткие сроки, порядка 10 минут, сохраняя при этом ис-ходное качество пучка. Электронно-лучевые пуш-ки с плазменным катодом, не имея накаленных деталей, дают возможность поддержи-вать постоянными параме-тры электронного пучка бо-лее простыми способами, чем термокатодные пушки. Пушки с плазменным катодом не те-ряют работоспособность при воздействии паров металлов, в том числе тугоплавких, и га-зовых выбросов из зоны свар-ки, имеют большой ресурс, просты в обслуживании.


В России исследованиями в области электронно-лучевых пушек с плазменным катодом занимаются несколько науч-но-исследовательских групп и коммерческих компаний из Томска: Институт сильно-точной электроники со РАН, Томский государственный университет систем управле-ния и радиоэлектроники, ООО «Элион», ООО «ТЭТа», ООО «Передовые Пучковые Техно-логии».

ОсновнЫе тенденЦии раз-вития Электронно-лучевЫх установок заклЮчаЮтся в следуЮЩем:

• увеличение производи-тельности установок;

• повышение автоматизации процесса;

• повышение качества;

• развитие методов диагно-

стики и контроля как пара-метров электронного пуч-ка, так и непосредственно самого процесса обработки деталей.

С помощью электронно-луче-вой сварки изготавливают из-делия из сталей, в том числе высоколегированных, алюми-ния, меди, титана и их спла-вов, тугоплавких металлов и др. Кроме того, она также применяется для сварки ком-позитных материалов с метал-лической матрицей.Электронно-лучевая свар-ка проводится как в вакуу-ме, так и в атмосфере. Сварка в вакууме позволяет соеди-нять за один проход метал-лы и сплавы толщиной от 0,1 мм до 400 мм, обеспечива-ет максимальную степень чистоты и высокие физи-ко-механические свойства соединения, характеризуется

незначительными линейны-ми и угловыми деформаци-ями свариваемых изделий. Сварка в атмосфере идеально подходит для массового про-изводства за счет сокращения времени сварки, характеризу-ется меньшими требования-ми к точности подготовки де-талей под сварку. Однако она пригодна только для материа-лов, не вступающих в реакцию с кислородом или защитным газом в процессе сварки. Элек-тронно-лучевая сварка в ат-мосфере используется в авто-мобильной промышленности, краностроении, судостроении. Электронно-лучевая перфо-рация является одним из эф-фективных методов для вы-сокоточной микроперфорации различных деталей. Она при-годна почти для всех метал-лических материалов и кера-мики, не зависит от твердости, отражающей способности,

3

42 43

12345


особенностей легирования или теплопроводности обра-батываемого материала. По-зволяет получать отверстия различной формы (круглые, овальные, продольные и др.). С помощью электронно-луче-вой перфорации изготавли-вают лопасти газотурбинных установок, диски центробеж-ной машины для производ-ства стекловолокна, смесители для силовых установок, филь-трующие элементы для пище-вой, текстильной, химической и целлюлозной промышлен-ности. Электронно-лучевая резка характеризуется более низ-кой степенью растрескивания по сравнению с термической резкой. Данную резку также можно последовательно со-вмещать с электронно-луче-вой сваркой в атмосфере. Оба процесса можно выполнять на одном оборудования, что

повышает эффективность и производительность обра-ботки. Электронно-лучевые техноло-гии также применяются для модификации поверхности на базе закалки и наплавки электронным пучком. Закал-ка электронным пучком ис-пользуется для модификации поверхностей как с твердой, так и с жидкой фазой. Она повышает износостойкость и упрочняет материал. На-плавка на поверхность метал-лов твердых материалов или слоя другого металла увели-чивает износостойкость, а так-же коррозионную стойкость. Данные технологии исполь-зуются для изготовления ме-дицинских изделий, авиакос-мических и автомобильных деталей. Дополнительно электронный пучок применяется для струк-турирования поверхностей

для соединения металлов с полимерами, композитами, для очистки поверхностного слоя от примесей и сглажива-ния поверхности за счет плав-ления.

Около

российских ускорителей используется

для модифика-ции материалов

за рубежом

60

аддитивнЫе технологии

Аддитивные технологии (в англ. терминологии additive manufacturing) или 3D-печать известны с середины 80-х годов и в настоящее время привлекают к себе все боль-ше и больше внимания. Со-гласно определению амери-канской организации ASTM International (American Society for Testing and Materials), раз-рабатывающей стандарты для материалов, продуктов, систем и услуг, под аддитив-ными технологиями подраз-умевается: «Процесс создания детали путем соединения материала, как правило, слой за слоем, согласно 3-х мерной модели, в противоположность традиционной «вычитающей» технологии производства»6.

6 ASTM F2792-12a, Standard Terminology for

В настоящее время нельзя однозначно сказать, что ад-дитивные технологии пред-ставляют собой полноценную замену традиционным, «вычи-тающим» технологиям произ-водства. Как это часто бывает, каждая из технологий обла-дает своими преимущества-ми и недостатками. Напри-мер, аддитивные технологии подходят для производства объектов сложной геометрии с высокой точностью построе-ния. На текущем этапе разви-тия они наиболее эффективны для производства партий ма-лого и среднего объемов. До-полнительно использование минимального количества инструментов, а также сокра-щение продолжительности этапа проектирования позво-ляют ускорить вывод изде-

Additive Manufacturing Technologies,, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2012, www.astm.org

лий на рынок. Традиционные технологии подходят для про-изводства объектов типовой геометрии, крупногабаритных деталей. Используется более широкий спектр исходных ма-териалов в отличие от адди-тивных технологий. Каждая из технологий должна приме-няться именно в тех производ-ственных процессах, для кото-рых она наиболее эффективна и экономически выгодна.

Основными факторами, влияющими на дальнейшее увеличение спроса на адди-тивные технологии, явля-ются:

ОПтимизаЦия технологи-ческого ПроЦессаИспользование аддитивных технологий может значитель-но сократить время разработ-ки прототипа и уменьшить сроки начала массового про-

Рисунок 10. Динамика роста продаж установок (единиц) для металлических аддитивных технологий

Источник: Wohlers Report 2015

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

0

100

200

300

400

500

600

4


45

Перечень базовых производственных процессов для аддитивного производства

Источники: ASTM F2792-12a, Standard Terminology for Additive Manufacturing Technologies, ASTM Internation-al, West Conshohocken, PA, 2012. Довбыш В.М., Забеднов П.В., Зленко М.А. Аддитивные технологии и изделия из металла

Material extrusion Выдавливание материала — вместо по-строения объекта через подогреваемый экстру-дер слой за слоем вы-давливается термопла-стичный материал

Directed energy deposition Прямой подвод энер-гии непосредственно в ме-сто построения — исходный материал (металл) в виде порошка или проволоки и энергия для его сплавления подводятся одновременно в место построения изделия

Vat photopolymerization Фотополимеризация в емкости — в качестве исходно-го материала используется жидкий фотополимер, находящийся в емкости, в которой с помощью оптически активированной поли-меризации под воздействием лазерного или УФ-излучения фор-мируется требуемый объект

Binder jettingРазбрызгивание связую-щего вещества — исход-ный материал выборочно соединяется с помощью жидкого связующего ве-щества (например, клей), впрыскиваемого в зону построения. Для прида-ния различных цветов в связующий материал могут быть добавлены красящие вещества

Material jetting «Разбрызгивание материала» или «струйные технологии» — модельный материал (обычно фотополимер), а также вторичный материал (например, воск), используемый для создания вспомогательной, поддерживающей структуры, которая удаляется по окончании процесса, подаются в зону построения через многоструйную головку. Для затвердевания фотополимера используется УФ — излучение

Powder bed fusionПлавление материала в заранее сформированном слое. Частицы исходного материала (пластик или металл) в виде порошка, нанесенного в виде тонкого слоя, селективно соединя-ют (спекают) с помощью теплового источника (лазер, пучок элек-тронов, нагревательный элемент). Затем на обработанный слой наносят следующий слой. При этом необработанный материал выступает в роли поддерживающей структуры, которая удаляет-ся по окончании процесса

Sheet lamination Соединение листовых материалов — в качестве ис-ходного материала используется листовой материал в виде полимерной пленки, металлической фольги, листов бумаги и т. д. Тонкие листы материала соединяются вместе с помо-щью различных методов (например, клей, ультразвуковая сварка), а затем лишний металл удаляют с помощью лазер-ной резки или фрезерованием

изводства. В отличие от тра-диционных производствен-ных процессов аддитивные технологии характеризуются низким уровнем отходов про-изводства, а также требуют меньшего количества вспомо-гательного технологического оборудования.

Гибкость ПроизводстваАдитивные технологии позво-ляют создавать малые партии продукции по запросу. Они также позволяют быстро вно-сить изменения в продукцию в соответствии с запросом ко-нечного потребителя.В настоящее время аддитив-ные технологии находят все большее применение как при производстве промышленных, так и потребительских това-ров. Функциональные прото-типы и конечные продукты, созданные с использованием аддитивных технологий мож-

но найти в таких отраслях, как медицина, авиакосмическая, автомобильная, оборонная, энергетическая промышлен-ности и других. При этом в ад-дитивном производстве могут использоваться различные ма-териалы, включая пластмассы, металлы, керамику и компо-зитные материалы. Для удов-летворения разнообразных потребностей производителей уже сегодня на рынке доступ-ны промышленные установки для аддитивных технологий стоимостью от 10 тыс. долл. США до 1 миллионов долла-ров США и более7. При этом на сегодняшний день существует по крайней мере 14 различных суб-техно-логий аддитивного производ-ства, основанных на указан-ных выше процессах, каждая

7 The 3D opportunity primer: The basics of additive manufacturing, Deloitte University Press, 2013

из которых используется в за-висимости от типа исходного материала и параметров дета-ли, которую необходимо полу-чить. В настоящее время все большое внимание уделяется использованию аддитивных технологий при создании де-талей из металлов и сплавов. Именно металлические ад-дитивные технологии пред-ставляют основной интерес с точки зрения радиационных технологий модификации ма-териалов, поскольку одним из возможных способов по-строения детали из металла является использование пучка электронов. И хотя большая часть компаний-производи-телей оборудования для ме-таллических аддитивных тех-нологий использует в своих установках лазер в качестве источника энергии, тем не ме-нее, существует несколько крупных игроков, развиваю-


Рисунок 11. Объем рынка металлических аддитивных технологий, миллионов евро

Источник: Arcam annual report 2014, Codex Partners

-

-

27%

20%

18%

16%

13%

6%

Рисунок 12. Области применения металлических аддитивных технологий


85

31

27

19


году, когда было продано 24 установки по сравнению с 14 установками в 2011 году. Вто-рой скачок произошел в 2014 году, когда было продано 42 установки. Рост продаж по сравнению с 2013 годом со-ставил 55%.В 2013 году было поставле-но 27 установок. Большая часть из них была размещена в странах Европейского сою-за. На втором месте — США. В 2014 году значительно вы-росла доля поставок в страны Азии — около 15 установок. Компания Sciaky, Inc. не рас-крывает данные об объеме продаж своих установок на ос-нове электронно-лучевой тех-нологии аддитивного произ-водства. Однако по данным Wohlers Report 2015 данная компания в 2014 году постави-ла 3 установки.В целом следует ожидать дальнейшего увеличения

спроса на металлические ад-дитивные технологии. Так в компании Arcam AB про-гнозируют два сценария ро-ста объемов рынка данных технологий (рисунок 14). В со-ответствии с первым сцена-рием ожидается ежегодный рост в 18%, и тогда в 2021 году объем рынка составит 1,1 миллиардов долларов США. Второй сценарий более опти-мистичный: 30% ежегодного роста и, как следствие, объ-ем рынка в 2021 году соста-вит 2,3 миллиардов долларов США. При этом, сопоставляя данные о количестве продан-ных установок всех типов для металлических аддитивных технологий в 2014 году (543 единиц) с количеством устано-вок, поставленных компанией Arcam AB и Sciaky, Inc. — 45 единиц в том же 2014 году, можно сказать, что в настоя-щий момент электронно-луче-

вые аддитивные технологии занимают около 10% объемов рынка продаж установок для металлических аддитивных технологий.

щих направление аддитив-ных технологий, основанных на использовании пучка элек-тронов — Arcam AB (Швеция) и Sciaky, Inc. (США). При этом первая компания развивает технологию селективного син-теза (Electron Beam Melting, EBM, электронно-лучевое плавление), а вторая − разра-батывает технологию прямого осаждения материала (Electron Beam Additive Manufacturing, EBAM, электронно-лучевая технология аддитивного про-изводства).По данным организации Wohlers Associates, Inc. В 2014 году было продано 543 уста-новок для металлических аддитивных технологий, что по сравнению с 351 уста-новками, реализованными в 2013 году, показывает рост на 54,7%. Кроме того, в 2012 году было продано 199 уста-новок, и темп роста в предше-

ствующем периоде 2012-2013 годов был еще более высоким — 76% (рисунок 10). Такие компании, как Airbus, General Electric, и Lima Corporate используют подоб-ные установки для производ-ства сложных металлических деталей для нового поколения авиакосмической и медицин-ской продукции. Согласно данным за 2012 год8 объем рынка металли-ческих аддитивных техноло-гий составлял примерно 162 миллионов евро, что соответ-ствует примерно 10% объема всего рынка аддитивных тех-нологий. При этом практиче-ски половина объема ранка металлических аддитивных технологий размером в 85 миллионов евро приходилась на установки, а оставшаяся часть — на услуги сервиса,

8 Codex Partners

услуги контрактного произ-водства и металлические по-рошки.Основными потребителями металлических аддитивных технологий все еще являются авиакосмическая промышлен-ность и медицина (рисунок 12). Также значительная часть приходится и на сервисные центры, оказывающие услуги контрактного производства. Потенциальное увеличение объема рынка металличе-ских аддитивных технологий в частности, и всего рынка ад-дитивных технологий в целом следует связывать с сектором автомобильной промышлен-ности.Компания Arcam AB за период с 2001 по 2014 год реализо-вала 190 установок на основе технологии электронно-лу-чевого плавления. Первый существенный скачок в объе-ме продаж произошел в 2012

Рисунок 13. География поставок установок для металлических аддитивных технологий на примере Arcam AB

Источник: Arcam annual report, 2014

Рисунок 14. Сценарий роста объема рынка металлических аддитивных технологий

Источник: Arcam annual report, 2014

0

0,5

1

1,5

2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021

2013 2014

57% 26% 17% 50% 14% 36%

Электронно-лучевые

технологии занимают около

рынка металлических

аддитивных технологий

10%



ТЕХНОЛОГИЯ ПРОЦЕСС ПОЛИМЕРЫ МЕТАЛЛЫ КЕРАМИКА КОМПОЗИТЫ

STEREOLITHOGRAPHY (SLA) — лазерная стереолитография Vat polymerization

DIGITAL LIGHT PROCESSING (DLP) — цифровая обработка светом Vat polymerization

MULTI-JET MODELING (MJM) — метод многоструйного моделирования Material jetting

FUSED DEPOSITION MODELING (FDM) — метод послойного наплавления Material extrusion

ELECTRON BEAM MELTING (EBM) — электронно-лучевое плавление Powder bed fusion

SELECTIVE LASER SINTERING (SLS) — выборочное (селективное) лазерное спекание

Powder bed fusion

SELECTIVE HEAT SINTERING (SHS) — выборочное тепловое спекание Powder bed fusion

DIRECT METAL LASER SINTERING (DMLS) — прямое лазерное спекание металлов

Powder bed fusion

POWDER BED AND INKJET HEAD PRINTING (PBIH) — послойное склеива-ние порошка методом струйной подачи связующего вещества

Binder jetting

PLASTER-BASED 3D PRINTING (PP) — 3D печать на основе клеящего вещества

Binder jetting

LAMINATED OBJECT MANUFACTURING (LOM) — изготовление объектов с использованием ламинирования

Sheet lamination

ULTRASONIC CONSOLIDATION (UC) — послойное создание объекта мето-дом ультразвукового соединения

Sheet lamination

LASER METAL DEPOSITION (LMD) — лазерное напыление металла Directed energy deposition

ELECTRON BEAM ADDITIVE MANUFACTURING (EBAM) — электронно-лу-чевая технология аддитивного производства

Directed energy deposition



1стерилиЗаЦиЯ МедиЦинских иЗделиЙ

В настоящее время электрон-но-лучевая и гамма-стери-лизация стали золотым стан-дартом для обработки как больших партий недорогих одноразовых изделий ме-дицинского назначения, так и отдельных продуктов с вы-сокой стоимостью, например, кардиоторакальных устройств. К одноразовым изделиям ме-дицинского назначения отно-сятся шприцы, перевязочный материал, резиновые перчат-ки, одноразовая одежда и бе-лье из нетканых материалов, системы переливания крови, гинекологические и уроло-гические инструменты. Ис-пользование данных изделий снижает объем внутриболь-ничных инфекций на 40%, уменьшает случаи инвалид-ности, а также оптимизирует затраты на оперативное вме-шательство в целом. Для стерилизации медицин-ских изделий также применя-ются обработка паром, газом (оксид этилена), жидкими химикатами и др. Однако хи-микаты в случае утечек могут оказывать негативное воз-действие на персонал и окру-жающую среду. Кроме того, наблюдается тенденция по введению запрета на неко-торые виды химикатов.

Электронно-лучевая стери-лизаЦия имеет следуЮЩие ПреимуЩества:

• самая высокая надежность по показателю уровня обе-спечения стерильности — 10-6;

• экологически чистый про-цесс;

• высокая производитель-ность (время обработки одной коробки составляет несколько секунд);

• наиболее полно прорабо-танный комплекс норма-тивно-технической доку-ментации.

Ассортимент изделий меди-цинского назначения, под-вергаемых радиационной сте-рилизации, составляет более 80 видов и более 250 ассор-тиментных наименований. Стерилизацию медицинских изделий можно проводить как в отдельных сервисных центрах облучения, так и не-посредственно при изготов-лении изделий, если ускори-тель встроен в конвейерную линию. По данным Industry Experts объем глобального рынка сте-рилизации медицинских изде-лий к 2020 году составит око-ло 5,8 миллиардов долларов США (рисунок 15). В 2014 году объем рынка составлял около 3 миллиардов долларов США. Среднегодовой темп роста со-ставляет 10,6% в год.

оБраБоткастроителЬнЫхМатериалов

В строительной отрасли элек-тронно-лучевая обработка используется для получения полимеросодержащих ком-позитных материалов и из-делий, в первую очередь бе-тонополимерных, а также фосфогипсополимерных, дре-весно-полимерных и иных композиционных материалов.В результате радиационной модификации прочностные характеристики бетона по-вышаются в 2-3 раза, водоне-проницаемость — на 4-5%, а также повышается износо-стойкость бетона и изделий из него в экстремальных ус-ловиях (низкие или высокие температуры, сейсмические воздействия, химические воз-действия). Стоимость радиа-ционно-модифицированного полимеросодержащего бетона при этом повышается ориен-тировочно в 3 раза. Полимер-ные бетоны применяются для строительства водозаборных сооружений, насосных стан-ций, линий электропередач, т.е. На данный момент ис-пользуются преимуществен-но на специфическом узком рынке строительства крупных промышленных объектов, где требуются материалы с особы-ми свойствами.

другиеприМенениЯ


2


Основными факторами, влияющими на рынок по-лимеросодержащих строи-тельных материалов, явля-ются:

динаМика раЗвитиЯ «ЗелЁнЫх» стандартов

Они могут являться основани-ем для использования более дорогостоящих решений в ча-сти строительных материалов.В целом рынок зелёных тех-нологий в Европейском Союзе можно считать сложившимся. По данным опроса McGraw-Hill Construction (2014) по-рядка 50% строительных ком-паний ожидают повышения доли «экологически нейтраль-ных» материалов и техноло-гий до 60% уже в 2015-2016 гг. Для сравнения в 2008 году про «зеленое» строительство

упоминали 13% компаний, а долю соответствующих ма-териалов и технологий оцени-вали в 28%. Этот фактор тесно связан с программами под-держки энергоэффективности, реализуемыми в развитых странах, в т.ч. «The Recovery Act 2010-2016, Transformation to a Clean Energy Economy», EU Recovery Plan, FP7, CIP, IEB, EBRD. Кроме того, важным фактором в части повышения спроса на полимербетоны могут выступить программы сертификации зданий и соо-ружений по стандартам LEED и BREEAM.

реалиЗаЦиЯ крупнЫх инФраструктурнЫх проектов

Они требуют применения специализированных строи-

тельных материалов и кон-струкций.К числу подобных проектов относятся освоение Арктики, разработка шельфовых ме-сторождений газа и нефти, создание оффшорных ветро-электростанций и пр. Кроме того, реализации крупных инфраструктурных проектов способствуют начало нового инвестиционного цикла в ин-фраструктуре, а также посто-янно растущий объём задач по реконструкции и модерни-зации уже существующих ин-фраструктурных объектов.

динаМика стоиМо-сти проиЗводства спеЦиалиЗирован-нЫх строЙМатериа-лов

Высокая себестоимость произ-водства полимеросодержащих

композитных строительных материалов (за счёт стоимости материалов, в особенности для композитов на углерод-ных волокнах, а также за счёт стоимости и недостаточно высокой скорости процес-синга изготовления изделий из композиционных матери-

алов) существенно ограничи-вает возможности по распро-странению соответствующих технических и технологи-ческих решений. Например, по данным опроса PwC9 76%

9 PWC, «Fit for the future 17th Annual Global CEO Survey: Key fi ndings in the engineering and construction industry», 2014

руководителей строительных и девелоперских компаний рассматривают рост стоимости стройматериалов в качестве одной из основных проблем, с которыми сталкивается стро-ительный бизнес. Стоимость стройматериалов составляет до 70% от стоимости готово-го здания. В настоящее время объём мирового потребления специализированных бето-нов, в т.ч. Полимербетона, не превышает 0,7-1% от об-щего потребления бетона, т.е. Находится на уровне не более 30 млн тонн в год. Для сравне-ния — объем мирового потре-бления «конвенционального» бетона в 2014 году составил около 4 млрд тонн. Лидерами в области производства бетона являются Китай, Индия и США (рисунок 16).

Рисунок 16. ТОП-10 стран по производству бетона (2014), тыс. тонн в год

Источник: USGS Mineral Programme Report

Рисунок 15. Объем глобального рынка стерилизации медицинских изделий по регионам, миллионов долларов США

Источник: Industry Experts: Sterilization Technologies — A Global Market Overview, 2015, стр. 90

К 2020 году объем

глобального рынка

стерилизации медицинских

изделий составит около

Среднегодо-вой темп роста — 10,6% в год

2014 2020

875,98 803,50 582,17746,02 1658,38 1551,37 1177,871462,88

5,8млрд $


0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1452

301

114 82 80 73 71 70 69 65


12345

рОССИЙСКИЕ КОМПАНИИ НА РЫНКЕ УСКОРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЙ


УСЛОВНОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Облучение пищевых и сельскохозяйственных продуктов (зерно, корнепло-ды, мясо птицы, рыба, морепродукты, свежие и сушеные фрукты и овощи, специи и др.)

Досмотр багажа и грузов для обнаружения оружия, взрывчатых веществ, делящихся материалов

Неразрушающий контроль сварных соединений, турбин, двигателей, ракет-ного топлива, строительных конструкций, печатных плат и др.

Модификация материалов для изготовления изоляции кабелей, термоуса-живаемых трубок, пленок, манжет, вспененного полиэтилена, автомобиль-ных покрышек и др.

Ионная имплантация полупроводников для микроэлектроники

Аддитивные технологии (электронно-лучевое плавление, электронно-лу-чевая резка, сварка, наплавка металла) для изготовления металлических деталей авиационных турбин, автомобильных двигателей, медицинских имплантатов и др.

Стерилизация медицинских изделий (одноразовые шприцы, перевязочный материал, резиновые перчатки, одноразовая одежда и белье из нетканых материалов, системы переливания крови и др.)

Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы на базе уско-рителей

Производство радионуклидов для получения радиофармпрепаратов, ис-пользуемых для ПЭТ-диагностики

Очистка дымовых газов и сточных вод (выделение диоксида серы и окси-дов азота из выхлопных газов, удаление загрязняющих летучих соедине-ний, дезинфекция и предочистка воды)

Обработка руд для повышения выхода продукта

Облучение биосырья для производства кормов, биопрепаратов, «зеленых» химикатов, биотоплива


ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ ИМЕНИ Г.И. БУДКЕРА СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

Список продуктов

• Ускорители типа ИЛУ (энергия 0.7-10 МэВ, максимальная мощность 20 — 100 кВт)

• Ускорители типа ЭЛВ (энергия 0.4-2.5 МэВ, максимальная мощность 25 — 500 кВт)

• Компоненты ускорителей

• Подпучковое оборудование

Список услуг

• Расчет радиационной защиты ускорителя

• Изготовление и доставка ускорителей

• Монтаж и пусконаладка ускорителей

• Обучение персонала

• Регулярное сервисное обслуживание установленных ускорителей

Контактная информация

• Адрес: 630090, г. Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, д. 11

• Контактное лицо: Брязгин Александр Альбертович, заведующий лабораторией

• Телефон: +7 (383) 329 4391

• Email: [email protected]

• Сайт: www.inp.nsk.su

5 275 4 86

5

3 1

1 1 1 1

1

1

5

445 17

ООО �НАУЧНО�ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ �КОРАД�


• Радиационные установки «под ключ» на базе линейных ускорителей электронов

• Линейные ускорители (энергия 8-10 МэВ, максимальная средняя мощность пучка электронов 15 кВт, потребляемая мощность 100 кВт)

• Инфраструктурные решения (конвейер, система автоматизированного управления и программное обеспечение, система безопасности)


• Расчет и конструирование необходимых производственных помещений, включая радиационную защиту


• Монтаж и пусконаладка ускорителя и конвейера




• Адрес: 197758, г. Санкт-Петербург, п/о Песочный, а/я №10

• Контактное лицо: Демский Михаил Игнатьевич, директор

• Телефон: +7 (812) 715 9312, +7 (931) 320 5395


• Сайт: www.corad.pro

11 2

1 1



АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО �НИИЭФА ИМ. Д.В. ЕФРЕМОВА�


• Циклотроны (энергия 12-30 МэВ) для производства радиоизотопов

• Линейные ускорители (энергия 3-15 МэВ)

• Сверхпроводниковые магнитные системы

• Вакуумно-технологическое оборудование, вакуумные испытательные установки







• Адрес: 1996641, г. Санкт-Петербург, Металлострой, дорога на Металлострой, 3

• Контактное лицо: Строкач Андрей Павлович, директор НПК «ЛУЦ»

• Телефон: + 7 (812) 464 4464


• Сайт: www.niiefa.spb.su

2

6 33

20

3

1 1 1

2

11

11 1

6 6

1

АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО �НАУЧНО�ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И АВТОМАТИЗАЦИИ�


• Радиационные установки «под ключ» на базе гамма-источников и ускорителей

• Гамма-установки (источник Кобальт-60, мощность 300 — 1000 кКи)

• Инфраструктурные решения (конвейер, подвесные устройства для объекта облучения, система автоматизированного управления и программное обеспечение, система безопасности)



• Изготовление и доставка гамма-установок и инфраструктурных решений

• Монтаж и пусконаладка


• Регулярное сервисное обслуживание гамма-установок


• Адрес: 115230, г. Москва, Варшавское шоссе, д. 46

• Контактное лицо: Егоркин Александр Вячеславович, директор отделения

• Телефон: +7 (495) 730 8010 доб. 203


• Сайт: www.niitfa.ru

43 7

11 1 11



ООО �ЦЕНТР �АТОММЕД�


• Радиационные установки «под ключ» на базе гамма-источников и ускорителей


• Пакет услуг по проектированию помещений, монтажу, эксплуатации и обслуживанию поставляемого оборудования, в том числе:




• Регулярное сервисное обслуживание


• Адрес: 115230, г. Москва, Варшавское шоссе, д.46

• Контактное лицо: Кузнецов Александр Альбертович, генеральный директор

• Телефон: +7 (495) 232 0345


• Сайт: www.atommedcenter.ru

ООО �РОНИК ЯДЕРНЫЕ И МЕДИЦИНСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ�


• Радиационные установки «под ключ» на базе ускорителей и гамма-источников

• Дозиметрическое оборудование


• Пакет услуг по проектированию помещений, монтажу, эксплуатации и обслуживанию поставляемого оборудования, в том числе:




• Регулярное сервисное обслуживание


• Адрес: 141985, г. Дубна, ул. Московская д.2

• Контактное лицо: Басов Сергей Васильевич, исполнительный директор

• Телефон: + 7 (495) 972 0485

• Email: [email protected], [email protected]

• Сайт: www.ronik.ru

11 2 3 1

22



ООО �ТЕКЛЕОР�


• Услуги сети Центров Коллективного Пользования по обработке ускоренными электронами сельскохозяйственного, лекарственного, косметического сырья и других продуктов

• Разработка экономически и технологически эффективных решений для центров облучения

• Получение новых белковых источников растительного и животного происхождения для питания, производства кормов и биопрепаратов.


• Адрес: 141707, Россия, Московская обл., г. Долгопрудный, ул. Циолковского д.2, ком. 27

• Контактное лицо: Будник Сергей Васильевич, генеральный директор

• Телефон: +7 (916) 840 4821


• Сайт: www.tecleor.com

НАУЧНО�ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ ИМ. Д.В. СКОБЕЛЬЦЫНА МГУ ИМ. М.В. ЛОМОНОСОВА


• Линейные ускорители электронов для инспекционно-досмотровых комплексов

• Линейные ускорители электронов для радиографии

• Линейные ускорители электронов непрерывного действия для технологических процессов

• Импульсные линейные ускорители электронов для стерилизации

• Рециркуляционные ускорители электронов







• Адрес: 119991, г. Москва, ГСП-1, Ленинские Горы д. 1, стр. 2

• Контактное лицо: Шведунов Василий Иванович, главный научный сотрудник

• Телефон: +7 (495) 939 2451


• Сайт: www.sinp.msu.ru

В 2013 году МГУ им. М.В. Ломоносова и ООО «Скантроник Системс» создали совместное предприятие ООО «Лаборатория электронных ускорителей МГУ» с целью разработки и выпуска ускорителей электронов на основе исследований НИИЯФ МГУ. ЛЭУ МГУ в сотрудничестве с ФГУП «НПП «Торий», ведущим предприятием России по выпуску сверхмощных электровакуумных приборов, производит «под ключ» комплексы на базе ускорителей для досмотра грузов и неразрушающего контроля



НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ �ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ�


• Бетатроны (энергия 2.5-10 МэВ, потребляемая мощность 1 — 4 кВт)

• Компоненты ускорителей







• Адрес: 634028 г. Томск, ул. Савиных, 7

• Контактное лицо: Суржиков Анатолий Петрович, зам. директора Института неразрушающего контроля ТПУ

• Телефон: +7 (3822) 424158


• Сайт: www.tpu.ru

24

214 14

16

220 120

1

154 402248


НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ �МИФИ�


• Ускорители электронов и ионов, а также их комплектующие


• Разработка и создание ускорителей электронов и ионов для научных, промышленных и специальных применений, а также их комплектующих

• Разработка компонентов систем высокочастотного питания

• Облучение материалов и изделий на ускорителях НИЯУ МИФИ

• Подготовка и переподготовка специалистов


• Адрес: 115409, г. Москва, Каширское шоссе, 31

• Контактное лицо: Полозов Сергей Маркович, доцент кафедры электрофизических установок

• Телефон: +7 (495) 788 5699, доб. 9940


• Сайт: www.mephi.ru, эфу.рф

20 20

Выполнено более 20 совместных проектов в рамках крупных международных проектов по созданию ускорительных комплексов

3152


ООО �ПЕРЕДОВЫЕ ПУЧКОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ�


• Установка на основе пушки с плазменным анодом для вневакуумной электронно-лучевой резки, сварки и наплавки металла


• Изготовление и доставка установок



• Сервисное обслуживание


• Адрес: 634050, г. Томск, проспект Развития 3

• Контактное лицо: Алексеенко Виталий Павлович, генеральный директор

• Телефон: +7 (3822) 488576



ИНСТИТУТ СИЛЬНОТОЧНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК


• Источник ионов молекулярного фосфора

• Источник ионов тяжелых борсодержащих молекул

• Генератор плазмы ионов чистого бора


• Изготовление и доставка ионно-плазменных источников, встраиваемых в имплантеры для легирования полупроводниковых структур


• Сервисное обслуживание


• Адрес: 634055 г. Томск, проспект Академический, 2/3

• Контактное лицо: Окс Ефим Михайлович, заведующий лабораторией плазменных источников

• Телефон: +7 (3822) 491776


• Сайт: www.hcei.tsc.ru

2331

45 9

68 69РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ ДЛЯ ЗАМЕТОК

Буклет подготовлен при участии следующих экспертов:

Андреева Наталия Сергеевна заместитель директора исследовательской группы «Конструирование будущего»

Брязгин Александр Альбертович заведующий лабораторией ИЯФ им. Г.И. Будкера со РАН

Будник Сергей Васильевич генеральный директор ООО «Теклеор»

Марков Николай Владимирович научный сотрудник ФГБУ «ГНЦ РФ ИТЭФ» НИЦ «Курчатовский институт»

Мильман Нина Борисовна специалист-аналитик по исследованию перспективных рынков компании «Элтех»

Михеева Ирина Михайловна директор Ассоциации «Радтех»

Молин Александр Александрович заместитель генерального директора ООО «Центр «Атоммед»

Полозов Сергей Маркович доцент кафедры электрофизических установок НИЯУ «МИФИ»

Фертман Александр Давидович директор по науке кластера ядерных технологий Фонда «Сколково»

Шведунов Василий Иванович главный научный сотрудник НИИЯФ МГУ

Корректор: Печегина ТатьянаДизайн буклета: Кондратенко Елена

Все права на материалы буклета принадлежат Ассоциации «Радтех». Копирование и воспроизведение материалов буклета допускается только с согласия правообладателя

КОНТАКТНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

142191, город Троицк, город Москва, улица Промышленная, дом 1-А

Михеева Ирина Михайловна Директор Ассоциации «Радтех»

E-mail: [email protected] Телефон: +7 906 033 9676 Сайт: www.radtechnology.ru

Радиационные технологии: взгляд из России

Technology