Радиационные технологии: взгляд из России
advertisement
Радиационные технологии: взгляд из России МОСКВА 2015 2015 оБЗор ассоЦиаЦии «радтех» при поддерЖке оао «рвк» 12345 5 РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ ВВЕДЕНИЕ В РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 4 УСКОРИТЕЛИ В МИРЕ 6 ОБЛУЧЕНИЕ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ 12 ДОСМОТРОВЫЕ КОМПЛЕКСЫ 24 НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ 30 МОДИФИКАЦИЯ МАТЕРИАЛОВ 36 ДРУГИЕ ПРИМЕНЕНИЯ 50 РОССИЙСКИЕ КОМПАНИИ НА РЫНКЕ УСКОРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЙ 54 введение в радиаЦионнЫе технологии В настоящее время радиационные технологии являются неотъемлемой частью повседневной жизни. Многие люди даже не догадываются, насколько часто они сталкиваются с продуктами и товарами, созданными с применением радиационных технологий. Это и тропические фрукты, и автомобильная покрышка, и чип в мобильном телефоне, и лопатка авиационной турбины в составе самолета. Все эти продукты объединяет одно: все они прошли обработку на ускорителе. Поток частиц (или ионизирующее излучение), который генерируется ускорителем или источником ионов, обеспечил уничтожение насекомых-вредителей в манго, «склеивание» полимеров 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 научного сектора в промышленный была пищевая промышленность. Обработка продуктов позволила уничтожать болезнетворные микроорганизмы, насекомых-вредителей, тем самым делая продукты, потребляемые ежедневно, более безопасными для здоровья человека (мясо, зерно, морепродукты и др.). Далее ускорители стали осно- 7 РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ вой для досмотровых систем, которые позволяют обнаруживать в багаже и грузах оружие, взрывчатые и наркотические вещества, делящиеся материалы. Данные системы получили распространение в таможенных и пограничных пунктах, морских портах, аэропортах, а также на железнодорожных узлах. С помощью радиационной полимеризации были получены новые материалы для кабельной и шинной промышленностей. Полимерная изоляция является более термостойкой, трубопроводы подходят для перекачки агрессивных и горячих жидкостей, шины обладают более высокой износостойкостью. Проникающая способность потока частиц также позволяет просканировать металлические детали авиационных и ракетных двигателей, автомобиля и обнаружить даже небольшие трещины или неточности сварных соединений, не разрушая изделия. В настоящее время на базе ускорителей создаются новые комплексы для послойного построения структуры деталей из металла под воздействием пучка электронов. Электронно-лучевые технологии аддитивного производства постепенно внедряются для производства металлических изделий нового поколения в авиакосмической, авто- мобильной и медицинской промышленностях. по мере совершенствования производственных технологий в данных отраслях доля данных технологий будет возрастать. Таким образом, промышленные ускорители продолжают отвечать современным вызовам, обеспечивая высокое качество повседневной жизни и оставаясь безопасными для окружающей среды. В данном обзоре приведены описания ключевых областей применения промышленных ускорителей, а также информация о продуктах и услугах российских производителей данного оборудования. Радиационные технологии — одно из немногих перспективных с технологической и рыночной точек зрения направлений, где у России существуют значительные международные референции и научно-технологический потенциал ВВЕДЕНИЕ В РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 8 ускорители в Мире Рисунок 1. Распределение установленных в мире промышленных ускорителей (единиц) по областям применений 11 000 7 500 3 000 2 000 2 000 1 500 Источник: Доклад “Current and future industrial applications of accelerators”, Robert W Hamm (R&M Technical Enterprises, California, USA), October 4, 2013, NA-PAC-13, Pasadena, California По оценкам экспертов за последние 60 лет во всем мире было введено в эксплуатацию более 27 тыс. ускорителей различного промышленного назначения. При этом большая часть из них приходится на ионную имплантацию и электронно-лучевую обработку материалов (рисунок 1). Следует отметить, что из рассматриваемых категорий промышленных ускорителей исключены внутренние устройства формирования пучка (электронно-лучевые трубки, рентгеновские трубки, системы для литографии или электронно-лучевой микро- скопии и так далее). Поскольку в среднем жизненный цикл промышленных ускорителей оценивается в 20-40 лет, то можно предположить, что в настоящее время из этого числа эксплуатируется порядка 75% (или около 20 тыс. единиц) ускорителей1. В целом, несмотря на достаточно медленное изменение технологий, скорость внедрения ускорителей в качестве промышленных инструментов 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 последних лет. Так по данным за 2010 год общая стоимость продуктов и товаров, обработанных, облученных или досмотренных с использованием пучков заряженных частиц превысила 500 млрд долларов США. В России работают 8 производителей ускорителей УСКОРИТЕЛИ В МИРЕ 10 110 1 110 120 45 12 515 1 2 15 3 2 1 4 12 1 1 1 2 1 1 1 2 5 1 14 1 1 5 2 1 2 1 2 6 4 14 1 1 1 1 1 6 R&D Источник: Данные ИЯФ со РАН, ни ТПУ, ООО «НПП «Корад», АО «НИИЭФА», ИСЭ со РАН 11 РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ УСКОРИТЕЛИ В МИРЕ 12 Рисунок 2. Распределение установленных в мире ускорителей электронов и гамма-установок > 300 > 30 > 500 >8 > 300 > 80 > 140 >7 > 18 17 4 > 1 500 Источник: IAEA, IPEN-CNEN/SP (Бразилия) Данное обстоятельство увеличило интерес к ускорительному бизнесу, в который в настоящее время вовлечено не менее 70 компаний и научно-исследовательских организаций по всему миру. Более того, по мере расширения областей применения ускорителей в различных отраслях промышленности развивающихся стран появляются новые компании-производители. Однако общее число компаний остается примерно постоянным, поскольку появление новых игроков компенсируется уходом ранее действующих компаний, прежде всего за счет слияний и поглощений с другими производителями или компаниями потребителями технологий. В настоящее время основные объемы производства промышленных ускорителей сосредоточены в Северной 13 Америке, Европе и Японии, в которых в совокупности насчитывается 53 компаний-производителей. Впрочем, в последнее время наблюдается стремительный рост количества производителей и в других регионах, в первую очередь в Китае, России, Южной Корее и Индии. При этом зачастую деятельность этих новых производителей нацелена на конкретные географические регионы или нишевые рынки. По оценкам Роберта Хамма, основанным на опубликованных статистических данных и опросах крупных производителей, на долю объемов поставок этими компаниями приходится порядка 1 000 ускорителей в год, что соответствует годовому объему рынка около 2,2 млрд долла- РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ ров США2. На сегодняшний день в России насчитывается 8 производителей ускорителей: Институт ядерной физики им Г.И. Будкера со РАН, АО «НИИЭФА им. Д.В. Ефремова», Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д.В. Скобельцына МГУ им. М.В. Ломоносова, ООО «Научно-производственное предприятие «Корад», Национальный исследовательский «Томский политехнический университет», ФГУП «НПП «Торий», ОАО «Московский радиотехнический институт Российской академии наук», НИЯУ «МИФИ». На сегодняшний день в 22 странах мира функционируют более 515 ускорителей и источников ионов, произве- денных российскими компаниями, входящими в состав Ассоциации «Радтех». Наибольшее число российских ускорителей эксплуатируется в развитых странах, таких как Великобритания, Германия, США, Франция. Наиболее востребованными на этих рынках стали системы для досмотра грузов (254 ускорителя) и неразрушающего контроля (157 ускорителей). Ускорители типа бетатрон, используемые в таких системах, отличаются малыми габаритами, просты в эксплуатации, менее энергозатратны. Проникающая способность на уровне до 300 мм по стали позволяет как обнаруживать запрещенные материалы (оружие, взрывчатые вещества и др.) в контейнерах и автомобилях, так и осуществлять контроль литейных деталей, сварных швов на наличие дефектов. 80 ускорителей используется для модификации материалов. Под воздействием пучка электронов происходит радиационное сшивание полимера, в результате которого изготавливают изоляцию кабелей и проводов, термоусаживаемые трубки, упаковочные пленки, резину для покрышек и др. Наибольшее количество российских ускорителей для данного сектора эксплуатируется в Китае, Южной Корее, Индии. Около 10 российских ускорителей применяется для стерилизации медицинских изделий и обработки пищевых и сельскохозяйственных продуктов. Обработка электронами и гамма-излучением позволяют уничтожить болезнетворные организмы, насекомых-вредителей, тем самым продлить сроки хранения продуктов. Для этих целей российские ускорители функционируют в Китае, Вьетнаме, Южной Корее, Казахстане и др. Наряду с ускорителями для облучения продуктов питания, растительного сырья, а также стерилизации медицинских изделий используются гамма-установки, в которых ионизирующее излучение генерируется гамма-источниками, преимущественно на основе кобальта-60. В соответствии со статистическими данными МАГАТЭ в настоящее время в мире насчитывается более 300 гамма-установок и более 1500 ускорителей, используемых в основном для обработки продуктов питания и стерилизации (рисунок 2). Наибольшее количество ускорителей установлено в США (более 500 единиц) и в Японии (более 300). Также ускорители численно преобладают и в странах БРИКС. Исключение составляет Индия, в которой число гамма-установок превышает количество ускорителей (17 против 4). Остальные области применения, такие как очистка дымовых газов и сточных вод, обработка руд, ионная имплантация, производство радиоизотопов, исследования и разработки насчитывают около 5 ускорителей по отдельности. 500 млрд $ в год составляет общая стоимость продуктов и товаров, созданных с использованием ускорителей 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 УСКОРИТЕЛИ В МИРЕ 14 оБлучение продуктов питаниЯ Мировой рынок продуктов питания, включая выращивание, хранение, переработку, доставку и реализацию конечному потребителю, является одним из наиболее динамично развивающихся рынков в мире. По данным Pegasus Agritech общий объем глобального рынка сельскохозяйственной индустрии и пищевой промышленности в 2012 г. составил 4,2 трлн долларов, при прогнозе роста 4,4% в период до 2017 г. Интенсификации процессов технологических изменений в пищевой и сельскохозяйственной промышленности способствует рост численности населения на фоне изменения структуры потребления. Так в развивающихся странах с ростом благосостояния населения увеличился объем потребляемых продуктов питания, а также изменилась структура потребления — возросла доля животного белка (мясная и молочная продукция). в развитых странах меняются требования к качеству продукции (условия выращивания, состав, упаковка) и также меняется структура потребления за счет включения в рацион все новых видов продуктов, не подлежащих длительному хранению (тропические фрукты, грибы, рыба, морепродукты). в частности, европейский рынок экзотических фруктов (тамаринд, личи, маракуйя и др.) в количественном отношении вырос на 22% в период с 2009-2013 гг. в 2012 году его объем составил 85 миллионов евро. Увеличение масштабов производства, удлинение логистического плеча и распространение крупноформатной торговли и логистических центров накладывает новые требования на упаковку и обработку пищевых продуктов. Реализация продуктов через крупные торговые сети требует значительного увеличения сроков хранения: например, для тропических фруктов с единиц дней до недель, месяца и больше. Аналогично — для охлажденной рыбной и мясной продукции; дальние перевозки накладывают высокие требования на обработку фруктов и овощей. в настоящее время существует широкая линейка способов обработки продуктов для их стерилизации, дезинфекции и увеличения срока хранения. Одними из таких технологий являются облучения специально упакованных продуктов потоком электронов или с помощью источника гамма-излучения. В своем развитии рЫнок радиаЦионной обработки сельскохозяйственной и ПиЩевой ПродукЦии ПроШел несколько основнЫх ЭтаПов: 1 I этап 1905-1950-е гг. на этом этапе формировалась исследовательская и научная база мирного применения атома. Основным заказчиком на этом этапе выступало государство. 1960-е гг. характеризовались поиском конструктивных решений и созданием первых экспериментальных образцов радиационного оборудования. Нарабатывался первый опыт его практического применения, а также разрабатывались первые методики облучения. облучение пестициды ОБЛУЧЕНИЕ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ 16 проБлеМа 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 1,3 От желудочно-кишечных заболеваний, передаваемых через продукты питания и воду, ежегодно умирают примерно 2,2 миллиона человек, включая 1,9 миллиона детей 30% − ежегодный процент роста числа людей, пострадавших от пищевого отравления в промышленно развитых странах 17 РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ миллиардов тонн в год или 30% всего произведенного объема продовольствия − так оцениваются мировые потери пищевых продуктов Повсеместно распространяются аллергические реакции и патологии, заболевания, связанные с низким уровнем гигиены и с нарушением метаболических процессов инноваЦионное реШение Ускоренные 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, 25 40% на Безопасность: уменьшает распространение опасных кишечных инфекций, уничтожая патогенные организмы Экология: уменьшает зависимость от использования химических пестицидов и консервантов Экономия: продлевает срок хранения, упрощает технологические процессы, логистику и дает увеличение выхода целевого продукта ОБЛУЧЕНИЕ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ 18 Рисунок 3. Число случаев заболеваний, связанных с пищевыми отравлениями (% от общего числа населения) Таблица 1. Области применения облучения продуктов питания ПРЕИМУЩЕСТВА ОБРАБОТКИ Задержка прорастания ДОЗА кГр ОБЪЕКТЫ ОБРАБОТКИ ГОД ОДОБРЕНИЯ 0,05 — 0,15 Картофель, лук, корнеплоды и др. 1964 (только картофель), 1986 0,15 — 0,5 Зерновые, сушеные овощи и фрукты и др. 1963 (только зерно и мука), 1986 Замедление процессов созревания 0,5 — 3,0 Свежие фрукты и овощи 1986 Удлинение сроков хранения 1,0 — 3,0 Ягоды, фрукты, овощи 1986 Подавление развития патогенных микроорганизмов 1,0 — 7,0 Свежее сырье, мясо, птица, рыба и полуфабрикаты 1990 (птица), 1997 (мясо) Деконтаминация добавок и ингредиентов Специи, ферментные препараты и др. 1983, 1986 10 − 30 Дезинсекция (уничтожение насекомых) II этап 1960-1980-е гг. с середины 1960-х гг. произошла первая волна коммерциализации: на рынок были выведены новые технологические решения — оборудование, прошедшее клинические испытания. на уровне национальных регуляторов были начаты процессы сертификации облученной продукции, утверждались нормы облучения. Получили одобрение Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) и были признаны успешными программы по изучению воз- 19 действия облучения на сельскохозяйственную продукцию. в 1980-е годы также закончился процесс формирования основы новой технологической платформы ускорительной техники: была заложены основания цифровой визуализации процедур облучения; были успешно реализованы программы изучения воздействия ионизирующего излучения на живые системы и др. В 1964 году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) выдало разрешение на про- РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ 15% 18% 26% 18% 8% 8% Источник: Grain, Global report “Food safety for whom?”, 2011 Источник: An Economic Analysis of Electron Accelerators and Cobalt-60 for Irradiating Food, Rosanna Mentzer Morrison, 1989, стр. 2 2 40% 28% дажу на американском рынке облученного картофеля, пшеницы и муки. В 1981 году Международный экспертный комитет опубликовал заключения о безопасности пищевых продуктов, подвергшихся облучению в 10 кГр (кДж/кг). В 1983 году Международная комиссия ФАО/ВОЗ утвердила свод пищевых международных стандартов и правил для облучения продуктов питания в пределах до 10 кГр. В течение 1983-1990 гг. были утверждены национальные стандарты (США, Канада, Франция и др.), заключены соглашения о радиационной обработке специй, фруктов, мяса, а также применения облучения для стерилизации насекомых. В 1988 году ФАО, ВОЗ, МАГАТЭ и ВТО заключили Международное торговое соглашение о торговле продуктами питания, прошедшими радиационную обработку. 3 III этап 1990-наст.вр. Третий этап открывается взрывным ростом основных рынков применения всех радиационных технологий, в том числе технологий обработки пищевых продуктов. в этот период рез- ко возросли вложения в инфраструктуру, были созданы коммерческие центры стерилизации, существенно расширился перечень продуктов, подлежащих радиационной обработке. на этом этапе развития рынка снижается участие государства и возрастает роль коммерческих компаний потребителей. В 1993 году Американская медицинская ассоциация (АМА) вынесла заключение о безопасности и сохранении питательных свойств облученных продуктов и напитков. В 1997 году после серии массовых отравлений мясными продуктами Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США разре- шает применение облучения к охлажденному и замороженному мясу, чтобы увеличить срок его хранения и уменьшить число болезнетворных микроорганизмов. В 2006 году было опубликовано постановление Департамента сельского хозяйства США (USDA-APHIS) о применении радиационной обработки для тропических фруктов, экспортируемых в США из Индии, Мексики, Пакистана, Южной Африки, Таиланда и Вьетнама с целью недопущения распространения насекомых-вредителей. Рост рынка радиационной обработки сельскохозяйственной и пищевой продукции обусловлен следующими факторами. ОБЛУЧЕНИЕ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ 20 Рисунок 4. Мировые потери продукции на всех этапах производства 45% к технологиям борьбы с вредителями, обработки и хранения сельскохозяйственной продукции, а также со слабо развитой логистикой. 45% 30% 30% 20% 20% 20% Источник: Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН, 2013 Рост рЫнков Потребления Рынок радиационной обработки продуктов питания растет за счет роста ключевых рынков-потребителей: рынка семян, рынка технологий перевозки и хранения продуктов, рынка борьбы с вредителями и рынка упаковки. БольШое число ПиЩевЫх отравлений По данным Всемирной организации здравоохранения 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. Основными источниками пищевых инфекций являются такие бактерии, 21 как сальмонелла (источником заражения могут стать яйца, мясо домашней птицы и др.), листерия (источником заражения могут стать непастеризованные молочные продукты и полуфабрикаты), холерный вибрион (источником заражения может стать вода, рис, овощи и различные виды морепродуктов). Кроме того, опасность для здоровья человека представляют норовирусы и паразиты (источником заражения могут стать сырые или недостаточно термически обработанные продукты: мясо, овощи, фрукты). БольШие Потери ПродукЦии на всех ЭтаПах технологической ЦеПочки Согласно докладу Института мировых ресурсов, в ходе про- РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ изводства, хранения и потребления пищевых продуктов потери составляют около 1/3 всего производимого в мире продовольствия. При этом, в зависимости от уровня технологического развития региона, максимальные потери продукции фиксируются на разных этапах технологической цепочки. Так в развитых странах значительная часть пищевых продуктов оказывается испорченными на стадии конечного потребления, тогда как в развивающихся странах наибольшие потери фиксируются на стадии переработки. Таким образом, если в развитых странах порча еды во многом связана с избыточным потреблением, то в развивающихся странах причиной является отсутствие доступа ГлобализаЦия Потребления и Производства Продуктов Питания В развитых странах все больше людей включает в рацион новые продукты, значительная часть которых не может быть произведена сельским хозяйством этих государств. Следует отметить, что страны-лидеры по импорту тропических фруктов зачастую не являются конечными рынками продукции, и в дальнейшем фрукты реэкспортируются в другие страны. Экологичное Потребление Все больше потребителей во всем мире отказываются от употребления продукции сельского хозяйства и пищевой промышленности, изготовленной с использованием пестицидов, химических консервантов и пищевых добавок и увеличивают в рационе количество свежих овощей и фруктов. В настояЩее время в мире радиаЦионная обработка ПиЩевЫх и сельскохозяйственнЫх Продуктов Применяется По следуЮЩим наПравлениям: • • Предпосевное облучение семян с целью стимулирования всхожести (зерновые и зернобобовые, картофель, морковь, капуста и др.) и в целях повышения их урожая и улучшения качества продукции. Профилактика болезней пищевого происхождения (уничтожение болезнет- ворных микроорганизмов, таких как сальмонелла и кишечная палочка E.coli). • • • • Сохранение продуктов (уничтожение или снижение активности микроорганизмов, способствующих порче и разложению, и продление срока годности пищевых продуктов). Контроль насекомых (уничтожение или стерилизация насекомых-вредителей). Задержка прорастания и созревания плодов. Стерилизация (увеличение срока годности продуктов, которые затем могут храниться при комнатной температуре). На сегодняшний день облучение продуктов питания используется более чем в 40 странах мира. в 2010 году в Азии, Европейском Союзе, США было облучено количество: 285,2, 9,3 и 103 тыс. тонн продуктов питания, соответственно3. 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 периода наибольший рост коммерческого облучения продуктов питания продемонстрировали страны Азиатского региона. Кроме того, наблюдалась тенденция увеличения фитосанитарного облучения фруктов и сельскохозяйственной продукции, которое в 2010 году увеличилось до 18,5 тыс. тонн. Коммерческое облучение продуктов питания в Европейском Союзе резко сократилось после введения в 1998 году строгих правил по проверке и маркировке облученных продуктов питания. Так в 1998 году основной объем облученной продукции во Франции приходился на дезинфекцию трав и специй, более 20 тыс. тонн. После введения новых правил, общая доля облученных трав и специй во всех странах Европейского Союза снизилась до 3 тыс. тонн в 2005 году и до 1,47 тыс. тонн в 2010 году. Однако, несмотря на требования маркировки, объемы облучения специальных продуктов, таких как замороженные лягушачьи лапки, остались неизменным. по объему облученных продуктов в Европейском союзе лидерами являются Бельгия, Нидерланды, Франция. Облучение продуктов питания применяется более чем в 40 странах мира 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 ОБЛУЧЕНИЕ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ 22 7 279 85 5 840 146 000 >200 000 940 27 5 394 300 369 8 096 6 246 1 600 2 100 3 000 1 484 17 10 111 151 687 160 472 14 200 66 000 326 445 482 785 127 3 111 1 024 3 299 4 011 6 923 8 000 8 000 1 539 80 000 80 000 4 000 15 000 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 23 РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ ОБЛУЧЕНИЕ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ 24 Также следует отметить, что по сравнению с 2005 годом появились новые страны, в которых проводилось облучение продуктов питания, такие как Испания, Эстония и Румыния. Также было выдано разрешение на облучение на установке в Болгарии. Помимо этого в течение 2010 года Европейская комиссия одобрила 11 установок по облучению пищевых продуктов в третьих странах, включая Южную Африку, Таиланд, Турцию и Индию. США является одним из мировых лидеров по развитию программ коммерческого облучения пищевых продуктов. в 2010 году в США было облучено 103 тыс. тонн продуктов питания, включая 80 тыс. тонн пряностей, 15 тыс. тонн фруктов и овощей, а также 8 тыс. тонн мяса и птицы. по сравнению с 2005 годом наибольший рост объемов облученной продукции наблюдался в области дезинсекции овощей и фруктов (объемы увеличились на 11 тыс. тонн) в то время, как для остальных типов продуктов питания существенного изменения не произошло. При этом основной областью применения облучения являлась дезинфекция специй. Первой страной из Азиатского региона, начавшей экспорт в США в 2007 году облученных фруктов, была Индия, за которой последовали и другие страны, такие как Таиланд и Вьетнам. Пик облучения манго в Индии пришелся на 2008 год, когда было облучено 275 тонн. в последующие годы объемы постепенно уменьшались. Таиланд начал экспортировать облученных фрукты (манго и лонган) в США в 2007 году и уже через 3 года, в 2010 году, экспортировал 4 вида об- 25 лученных фруктов (мангустин — 330 тонн; лонган — 595 тонн; личи — 18 тонн и рамбутан — 8 тонн). Вьетнам начал поставки облученных фруктов в США в 2008 году. в начале это была питахайя, а затем в 2011 году и рамбутан. Именно от этих стран следует ожидать расширения ассортимента продуктов питания, прошедших фитосанитарное облучение, однако, не следует скидывать со счетов и другие страны, такие как Малайзия, Пакистан и Филиппины, которые также планируют начать экспорт облученных пищевых продуктов в США в будущем. Другим крупным поставщиком облученных продуктов питания в США является Мексика, которая в 2008 году экспортировала в США 257 тонн, а уже в 2009 году — 3 521 тонн. в 2010 году объемы экспорта облученных продуктов питания из Мексики в США составили 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 крупнейшим экспортером облученной сельскохозяйственной продукции в США. Связано это в первую очередь с близостью двух стран и наличием сухопутной границы. Первой страной, использовавшей фитосанитарное облучение с целью международного карантинного контроля, в 2004 году стала Австралия. с тех пор экспорт из Австралии в Новую Зеландию неуклонно растет и в 2010 году составил 493 тонн облученных фруктов (460 тонн манго и 33 тонны личи). Помимо продуктов питания обработка пучком электронов и гамма-излучением может РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ применяться для переработки некондиционных сельскохозяйственных продуктов (пораженные грибковыми заболеваниями зерна, отходы мукомольных комбинатов, отходы шлихтования риса и так далее) с целью получения сырья для «зеленых» химикатов. Это водорастворимые клеи для производства бумаги и картона, экологически чистые реагенты в производстве ДСП и ДВП, компоненты буровых растворов и нефтевытесняющих жидкостей, компоненты строительных смесей, антипирены (коксообразующие огнегасители), компоненты моющих средств, стимуляторы роста растений и так далее. 2005 2010 Объем облученных продуктов в странах Юго-Восточной Азии увеличился втрое ОБЛУЧЕНИЕ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ 26 досМотровЫе коМплексЫ В настоящее время основной платформой для применения радиационных технологий в области обеспечения безопасности являются досмотровые системы. 70% рынка досмотровых систем в мире в денежном выражении приходится на системы, использующие рентгеновское излучение (в натуральном выражении лидируют нерадиационные металлодетекторы). Кроме того, на рынке имеются решения на основе гамма-излучения и нейтронных технологий. При этом большинство компаний не производит ускорители самостоятельно, а закупает их у внешних производителей (за исключением компаний Smith и Nuctech). Большая часть (>60%) досмотровых систем сосредоточена в США и Западной Европе. Основными покупателями досмотровых систем являются объекты транспортной инфраструктуры, государственные организации и пограничные службы. Большинство установок с использованием радиационных технологий используется для досмотра багажа пассажиров и грузов. В Целом, ФакторЫ, влияЮЩие на развитие рЫнка обесПечения безоПасности с ПомоЩьЮ радиаЦионнЫх технологий, являЮтся благоПриятнЫми с точки зрения ПерсПективнЫх 27 РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ темПов роста рЫнка и его обЪемов: 1 идет рост глоБалЬноЙ МоБилЬности населениЯ Интенсивное экономическое развитие и рост глобализации способствовали стремительному увеличению мобильности населения. в настоящее время к традиционным факторам, определяющим рост мировой мобильности (вынужденная миграция из зон военных действий, дефицит ресурсов), добавляются новые, в частности климатические (ухудшение природной среды обитания) и социальные (трудовая миграция, свободный выбор места проживания и пр.). в последние десятилетия важным фактором, обуславливающим, в том числе, и спрос на системы безопасности, является все возрастающий поток нелегальной миграции из государств «третьего мира» в развитые страны. 2 динаМично раЗвиваетсЯ МеЖдународнаЯ торговлЯ Наиболее интенсивно развитие 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. 3 идет раЗвитие транспортноЙ систеМЫ, дополнЯеМое иЗМенениеМ характера перевоЗок Из простой инфраструктуры, обеспечивающей и поддерживающей торговлю и мобильность, транспорт превратился в значительный фактор, формирующий глобальное производство и рынки. Наиболее интенсивно в последние десятилетия развивался воздушный транспорт и высокоскоростной железнодорожный транспорт. Возрастающая нагрузка на транспортную инфраструктуру привела к созданию мультимодальных комплексов, обслуживающих Наибольшее распространение получили рентгеновские методы досмотра ДОСМОТРОВЫЕ КОМПЛЕКСЫ 28 проБлеМа Безопасность и противодействие терроризму, предотвращение распространения ядерных материалов, том числе пригодных для создания «грязной» бомбы инноваЦионное реШение Использование 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»: ГЛОБАЛЬНЫЕ ВЫЗОВЫ Задача: поиск запрещенных к перевозке веществ: взрывчатых, наркотических и других сильнодействующих, делящихся материалов, а также оружия УСЛОВИЯ Большой поток грузов: багаж в аэропортах, автомобильные и железнодорожные перевозки. Небольшие (десятки граммов) закладные элементы внутри морских и железнодорожных контейнеров, фур, вагонов 29 РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ Угроза террористических актов, рост нелегальной эмиграции, усложнение транспортной инфраструктурыконтейнеров, фур, вагонов Решения: Использование систем активного сканирования, повышение энергии пучка, использование нескольких источников излучения на разные энергии для создания объемного изображения 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 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 ДОСМОТРОВЫЕ КОМПЛЕКСЫ 30 Рисунок 5. Прогноз объема глобального рынка досмотровых систем (миллионов долларов США) до 2020 года 89 84 79 74 145 69 132 64 126 52 119 48 1050 113 40 962 106 885 55 100 815 93 752 87 693 80 645 600 562 1284 521 1224 1149 1080 1018 957 909 863 826 781 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 Источник: Homeland Security Market Research. X-ray Security Screening: Technologies, Industry and Global Market − 2014-2020, стр. 55 большое количество грузов и пассажиров. Кроме того, развитие транспортной системы, международной торговли и рост мобильности населения привели к качественным изменениям в характере перевозок. Так, в последние десятилетия резко вырос сегмент морских и авиаперевозок. в сегменте морских перевозок наиболее интенсивное развитие получили контейнерные перевозки. в период с 2000 по 2009 гг. рост рынка контейнерных перевозок составлял порядка 9% в год, после 2009 года рост замедлился до 3-5% в год. на рынке авиаперевозок наиболее быстрыми темпами растет сегмент пассажирских перевозок (порядка 4,1% в год), доля сегмента в настоящее время составляет 15% рынка авиаперевозок. 31 4 рост террористическоЙ угроЗЫ В последние десятилетия во всем мире регулярно совершаются террористические акты. Развитие новых технологий и появление множества экстремистских группировок различной направленности привели к росту численности успешных террористических актов и затруднили предотвращение террористических атак. Естественной мерой для предотвращения терактов является развитие современных систем безопасности, позволяющих обнаруживать взрывчатые вещества, оружие, делящиеся материалы. по данным Homeland Security Research Corporation (HSRC) мировой рынок досмотровых систем, включая продажи и послепро- РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ дажные доходы, в 2020 году составит 2 568 миллионов долларов США (рисунок 5). В 2011 году объем рынка составлял 1 436 миллионов долларов США. Среднегодовой темп роста составляет 7% в год4. КлЮчевЫми драйверами роста рЫнка являЮтся: • • • Рост рынка Азиатско-Тихоокеанского региона за счет развития объектов транспортной инфраструктуры и роста объемов торговли. Окончание жизненного цикла досмотровых систем предыдущего поколения. Отсутствие конкурирующих технологий. Несмотря на десятилетие масштабных вложений в исследова- 4 Homeland Security Market Research. X-ray Security Screening: Technologies, Industry and Global Market − 2014-2020, стр. 54 Рисунок 6. Прогноз объема глобального рынка досмотровых систем (миллионов долларов США) по регионам 539 100 334 590 109 344 648 119 357 713 128 787 869 961 1064 1180 1291 148 157 167 176 184 386 402 420 438 457 138 371 54 56 59 71 84 89 93 410 415 421 429 97 438 449 462 476 493 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 481 64 101 511 2020 Источник: Homeland Security Market Research. X-ray Security Screening: Technologies, Industry and Global Market − 2014-2020, стр. 57 ния и разработки, на рынке отсутствуют экономически более эффективные решения для досмотра пассажиров и грузов, чем системы на базе рентгеновского или гамма-излучения. Досмотр грузов является крупнейшим сегментом, и в 2020 году его емкость составит 1 284 миллионов долларов США. Второй по объему сегмент — досмотр багажа, объем которого в 2020 году прогнозируется на уровне 1 050 миллионов долларов США. Наибольший среднегодовой темп роста на уровне 10% демонстрирует Азиатско-Тихоокеанский 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%. чения систем — 1,17-1,33 МэВ, глубина проникновения — 63,5-229 мм. Такие системы используются в первую очередь для технического осмотра транспортных средств и неразрушающего контроля. ОсновнЫми тиПами досмотровЫх систем на базе радиаЦионнЫх технологий являЮтся: • • Рентгеновские сканеры, использующие эффект обратного рассеяния рентгеновских лучей. Особенностью таких сканеров является относительно низкая энергия излучения (50-450 кэВ). Глубина проникновения таких систем — до 38 мм. Такие сканеры используются в первую очередь для досмотра багажа пассажиров и почтовых отправлений. Сканеры с использованием гамма-излучения радиоактивных изотопов кобальта или цезия. Энергия излу- • Досмотровые комплексы на базе линейных ускорителей. Энергия излучения систем — 2-10 МэВ, глубина проникновения — 133-390 мм. Данные досмотровые комплексы используются для досмотра контейнерных грузов и технического осмотра транспортных средств. Досмотр грузов является крупнейшим сегментом рынка досмотровых систем ДОСМОТРОВЫЕ КОМПЛЕКСЫ 32 нераЗруШающиЙ контролЬ 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 рентгенография или радиография, заключающаяся в сканировании изделия рентгеновским излучением, источником которого могут выступать рентгеновские трубки, ускорители и радионуклиды. В настоящее время оборудование и методы радиографии применяются для проверки изделий в авиационной, ракетно-космической, автомобильной, химической, нефтегазовой промышленности, в области атомной, тепловой и гидроэнергетики, а также микроэлектроники. Так осуществляется контроль сварных швов, лопаток турбин, твердотельного ракетного топлива, строительных конструкций и печатных плат. 12345 В своем развитии рЫнок ПромЫШленной радиограФии ПроШел несколько основнЫх ЭтаПов: 1 I этап 1920-1950-е гг. Нарабатывается первый опыт практического применения рентгеновских 33 РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ трубок и гамма-источников для обследования сварных швов и литья, идет разработка первых методик контроля. в 1941 году было создано Американское общество неразрушающего контроля (the American Society of Nondestructive Testing, ASNT). с того момента общество занимается подготовкой специалистов, разрабатывает стандарты, а также совершенствует радиографические методы исследований. Линейные ускорители получили распространение с 50-х годов. с их помощью можно было проводить инспекцию более плотных и утолщенных изделий. Одним из первых применений был контроль боеприпасов. 2 II этап 1960-1980-е гг. Оборудование для неразрушающего контроля получает распространение в гражданских отраслях. Нарабатываются стандартизированные методики контроля. в системы неразрушающего контроля вводятся автоматизированные решения, идет интеграция с электроникой. 3 III этап 1990-2010-е гг. Созданы интегрированные системы с включением программного обеспечения для визуализации изображений и построения трехмерной картины внутренней структуры объекта. Разрабатываются новые виды детекторов. Развивается компьютерная томография. Формируются новые рыночные ниши: контроль печатных плат, микро- и нанофокусные системы для медицины и биологии, стоматологические сканеры, системы для контроля изделий из пластика и др. Рентгеновские трубки применяются до сих пор. Они эффективны для исследования малых объектов, а также для толщины стали до 10 см. Линейные ускорители с энергий 1-9 МэВ эффективны для исследования более плотных и толстостенных объектов, например, лопаток турбины, корпусов двигателей или тяжелого литья. Предел по толщине стали для данного диапазона энергий составляет до 30 см. Высокоэнергетичные ускорители (15 МэВ) используются для контроля твердого ракетного топлива, комплексных сварных конструкций, деталей для самолетов и судов как из металла, так и из композитных материалов. Предел по толщине — 45 см. ОсновнЫе тенденЦии развития ПромЫШленной радиограФии заклЮчаЮтся в следуЮЩем: • улучшение пространственного разрешения; НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ 34 проБлеМа Проблема неразрушающего контроля промышленных изделий в процессе производства или ремонта должна решаться быстро, с максимальной разрешающей способностью и безопасно для персонала 15% В настоящее время неразрушающий контроль выполняется для сложных изделий авиационной, ракетнокосмической, автомобильной техники, двигателей, ТВЭЛов, печатных плат и так далее 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 25 МКМ Это современные требования, предъявляемые к разрешающей способности, а скорость сканирования должна обеспечивать безостановочное движение изделий на конвейере 35 РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ инноваЦионное реШение Использование 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 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 НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ 36 Рисунок 7. Прогноз темпов среднегодового роста рынка по регионам Таблица 2. Проникающая способность рентгеновских трубок и линейных ускорителей ТЕХНОЛОГИЯ РЕНТГЕНОВСКИЕ ТРУБКИ 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 4,5% 8% 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 5,5% • 13% • • • • • • • уменьшение паразитного излучения с целью снижения требований к помещению; сокращение времени получения изображения; увеличение надежности; увеличение диапазона толщин материала, контролируемых с помощью одного ускорителя; использование новых видов и конфигураций детекторов; развитие интерфейсов для мониторинга и контроля параметров, например, тачскрин-дисплеи; развитие систем in-line контроля (в составе конвейера). На сегодняшний день ключевыми направлениями новых разработок в радиографии являются цифровая радиография, трехмерная (3D) и четырехмерная (4D) томографии. Первый четырехмерный сканер по принципу действия аналогичный медицинскому компьютерному томографу за- 37 явлен фирмой GE Measurement & Control Solutions. Российская компания «ПромИнтро» первой в мире разместила на одной платформе два источника излучения: рентгеновскую трубку с энергией 450 кэВ и ускоритель электронов (бетатрон производства Томского политехнического университета) с энергией 5 МэВ для плотных и толстостенных изделий. Так на одной платформе можно одинаково эффективно просвечивать и компоненты, и изделия из толстого металла целиком, имея одну систему детектирования и оцифровки. Существенное развитие систем промышленной томографии возможно только при использовании следующих современных технологических решений: новые виды сцинтилляторов и фотоумножителей, микрофокусные трубки, переход от рентгеновских трубок к ускорителям на энергию 2-5 МэВ, трехмерное сканирование и новые математические методы визуализации изображений, использование двух энергий пучка. В настоящее время в мире эксплуатируется около 1 000 ускорителей в области нераз- РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ 11 600 ЛИНЕЙНЫЕ УСКОРИТЕЛИ Энергия увеличение контрастности изображения; Рисунок 8. Объем рынка систем и услуг неразрушающего контроля в мире (миллионов долларов США) 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 эквиваленте составляло около 250 миллионов долларов США. Более портативные и компактные ускорители с энергией 1-3 МэВ в течение следующих нескольких лет также могут внести значительный вклад в общее количество эксплуатируемых установок5. Кроме того, потребность в новых ускорителях будет возрастать в результате спроса на замену выработавших свой ресурс и устаревших ускорителей. По данным Frost&Sullivan глобальный объем рынка систем и услуг неразрушающего контроля, включая не только радиографию, к 2018 году составит около 11,6 млрд долларов США (в 2013 году объем рынка составлял около 8 млрд долларов США). Среднегодовой темп роста составляет 7,5% в год. В России ускорители и ком5 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 7 900 8,5% 2013 2018 Источник: презентация Frost&Sullivan “Beyond BRIC: exploring the next game changers for the NDT industry”, 2012, стр. 5-6 плексы на их базе для промышленной радиографии разрабатывают и выпускают: Национальный исследовательский «Томский политехнический университет», Научно-исследовательский институт ядерной физики МГУ им. М.В. Ломоносова совместно с ООО «Лаборатория электронных ускорителей МГУ» и ФГУП «НПП «Торий», акционерное общество «НИИЭФА им. Д.В. Ефремова», ООО «ПромИнтро», группа компаний «ТЕСТРОН». Около 160 ускорителей российского производства эксплуатируются за рубежом. в рамках сотрудничества Томского политехнического университета с JME Ltd с середины 80-х годов в Великобританию было поставлено более 110 бетатронов. Малогабаритные бетатроны различной энергии приме- няются для контроля сварных соединений на монтажных площадках, стапелях, при ремонте котельных и энергетических установок, контроле железобетонных опор мостов и других строительных конструкций. в Китае эксплуатируется 15 ускорителей: 12 производства ТПУ и 3 производства АО «НИИЭФА». В 2007 году НИИЯФ МГУ и ФГУП «НПП «Торий» начали совместную разработку нового поколения линейных ускорителей электронов для радиографии. с 2012 года 3 ускорителя данной конфигурации было поставлено на российские предприятия атомной промышленности, на базе 2 ускорителей были созданы инспекционно-досмотровые комплексы. В настоящее время НИЯУ «МИФИ» и ООО «НПП «Корад» начали совместную разработку системы для 4D сканирования в составе конвейера. Около 160 российских ускорителей для промышленной радиографии эксплуатируется за рубежом НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ 38 МодиФикаЦиЯ Материалов В настоящее время радиационные технологии модификации материалов находят все более широкое применение в различных областях промышленности. При этом, помимо ставших традиционными технологий радиационной обработки полимеров, пластиков, резин и других материалов, а также технологий ионной имплантации, уже сегодня радиационная модификация материалов включает в себя и такие новые, революционные технологии, бурно развивающиеся во всем мире, как технологии аддитивного производства с использованием пучка электронов. 1 радиаЦионнаЯ полиМериЗаЦиЯ В настоящее время ряд отраслей промышленности, таких как кабельная промышленность, автомобильная промышленность, невозможно представить без использования радиационных технологий. Пучки электронов успешно используются для кросс-сшивки изоляции проводов, увеличения износостойкости автомобильных покрышек, сшивки вспененных полиэтиленов и так далее в результате радиационного сшивания полимера получаются изделия с повышен- 39 РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ ными эксплуатационными свойствами. Основные области применения технологий радиационной сшивки материалов в соответствии с относительными размерами рынков приведены на рисунке 9. Лидирующими областями применения являются производство проводов и кабелей, поверхностная вулканизация, а также производство термоусаживаемых пленок. 1.1 иЗолЯЦиЯ каБелеЙ Сшивка изоляции кабелей повышает температуру смягчения и плавления изоляции, что в результате предотвращает возникновение короткого замыкания в пучке проводов при эксплуатации в режиме повышенной температуры. Например, в случае проводов, расположенных в непосредственной близости от двигателя автомобиля. В кабельной промышленности для сшивки изоляции проводов возможно использование следующих технологических процессов: пероксидная сшивка, силановая сшивка, радиационная сшивка. в первых двух случаях сшивка изоляции осуществляется вследствие химических реакций, а в третьем − за счет ионизирующего воздействия электронного пучка. При этом радиационная сшивка изоляции проводов является наиболее передовой технологией, поскольку, в отличие от химических методов, не требует условий повышенной температуры и давления. Как следствие, уменьшается потребление энергии, сокращается продолжительность технологического процесса. Кроме того, технологическая линия для радиационной сшивки универсальна, то есть на одной и той же линии можно обрабатывать широкий ассортимент кабельных изделий. Дополнительно полимеры, полученные с помощью радиационной кросс-сшивки, применяются при изготовлении трубопроводов для перекачки агрессивных и горячих жидкостей, а также природного газа. 1.2 терМоусаЖиваеМЫе труБки и пленки При облучении полиэтиленовых трубок и пленок происходит кросс-сшивка материала, как в процессе облучения проводов. Благодаря образующейся сеточной структуре молекул материал приобретает свойство «памяти» формы. Если такой полимер растянуть МОДИФИКАЦИЯ МАТЕРИАЛОВ 40 Рисунок 9. Основные области применения технологий радиационной сшивки материалов 35% 35% 15% 4% 6% 5% Источник: книга Industrial Accelerators and Their Applications Edited by: Robert W Hamm (R & M Technical Enterprises, California, USA), Marianne E Hamm (R & M Technical Enterprises, California, USA), Глава 3, автор Marshall R. Cleland, стр. 114 в нагретом состоянии, зафиксировать и охладить, то он останется в растянутом состоянии. При повторном нагреве растянутый полимер усаживается и переходит в первоначальное (нерастянутое) состояние. Термоусаживаемая пленка используется для упаковки. Термоусаживаемая лента также применяется для гидроизоляции стальных трубопроводов. Она позволяет снизить вероятность образования отслоения, околошовных шатровых пазух, гофров. Лента легко обжимает трубу на участках поворота и перехода с одного диаметра на другой. 1.3 автоМоБилЬнЫе покрЫШки Сегодня в процессе производства покрышек на начальном цикле некоторые из компонентов будущей шины подвергают электронно-лучевому воздействию с низкой дозой облучения до нескольких десятков кГр. • • • • Обработка комПонентов Шин Позволяет достичь: • • 41 РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ Улучшения эксплуатационных характеристик протектора: Повышения износостойкости, увеличения сцепных свойств с дорожным • покрытием разного типа, снижения гистерезисных потерь на качение. 1.4 вспененнЫЙ полиэтилен Улучшения усталости резинокордных деталей шин (каркас, брекер). Технологии радиационной сшивки пенопластов, как правило, изготовленных из полиэтилена, используются при производстве транспортных приспособлений для бытовой техники и другой мягкой упаковки, медицинских изделий, спортивной экипировки, покрытий для спортивных площадок, а также при производстве элементов внутренней отделки автомобилей. Пенопласт получают путем введения вспенивающего агента в пластик с последующим нагревом полученной смеси до получения вспененной структуры. При этом процесс нагрева необходимо тщательно контролировать, чтобы не нарушить протекание реакции. Для сшивки исходной смеси пластика и вспе- Повышения на 10-15%. ходимости Снижения использования дорогих добавок к резиновым смесям: катализаторов вулканизации, диспергаторов, мягчителей, пластификаторов, масел и смол. Снижения доли использования дорогих синтетических и натуральных каучуков. Снижения доли брака продукции и отходов производств. нивающих агентов возможно использование термохимических реакций, однако в этом случае возникает риск преждевременной активации вспенивающего агента, который по своей природе термически нестабилен. Использование электронного пучка позволяет осуществлять данный процесс без риска активации вспенивающего агента, так как обработка пучком электронов вызывает лишь небольшое повышение температуры исходной смеси. в настоящее время электронно-лучевые технологии сшивки вспененного полиэтилена широко используются в автомобильной промышленности, при производстве элементов интерьера, например, для внутренней обшивки дверей. С начала 2000-х годов Институт ядерной физики со РАН поставил около 60 ускорите- лей в Китай, Южную Корею, Малайзию. 45 ускорителей используются в Китае для производства проводов и кабелей, термоусаживаемых труб, а также вспененного полиэтилена. в Южной Корее для тех же применений функционирует 12 ускорителей. 2 ионнаЯ иМплантаЦиЯ Ионная имплантация является одним из ключевых процессов создания полупроводящих структур и представляет собой легирование полупроводниковых пластин ионами твердотельных непроводящих веществ (фосфор, бор и др.). Базовым оборудованием для ионной имплантации являются ионно-плазменные источники, встраиваемые непосредственно в имплантеры. МОДИФИКАЦИЯ МАТЕРИАЛОВ 42 В настоящее время Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук совместно со своей спин-офф компанией ООО «Плазменные источники» разрабатывают плазменные источники нового поколения на основе молекулярных ионов фосфора, кластерных ионов бора, а также генераторы объемной плазмы чистого бора. Данные источники обеспечивают высокое качество ионного пучка за счет повышения степени ионизации плазмообразующей среды, более высокую интенсивность ионного пучка, увеличение производительности процесса, а также более долгий срок эксплуатации имплантера. 43 3 электронно-лучеваЯ сварка, реЗка, наплавка В настоящее время технологии электронно-лучевой сварки, перфорации, резки и наплавки применяются в авиационной, космической, автомобильной, химической промышленностях, энергетическом машиностроении и других отраслях. Одним из основных типов оборудования для данных технологий являются низко- и высоковольтные установки на базе электронно-лучевых пушек. по типу электронно-лучевых пушек различают пушки с термокатодом и с плазменным катодом. в электронно-лучевых пушках с термокатодом в качестве материала катода используются вольфрам или тантал, а также РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ борид лантана. Основным недостатком термокатодов является их короткий срок службы и, как следствие, необходимость частой замены. Многие производители оснащают свое оборудование специальными устройствами, позволяющими осуществлять замену катода в короткие сроки, порядка 10 минут, сохраняя при этом исходное качество пучка. Электронно-лучевые пушки с плазменным катодом, не имея накаленных деталей, дают возможность поддерживать постоянными параметры электронного пучка более простыми способами, чем термокатодные пушки. Пушки с плазменным катодом не теряют работоспособность при воздействии паров металлов, в том числе тугоплавких, и газовых выбросов из зоны сварки, имеют большой ресурс, просты в обслуживании. В России исследованиями в области электронно-лучевых пушек с плазменным катодом занимаются несколько научно-исследовательских групп и коммерческих компаний из Томска: Институт сильноточной электроники со РАН, Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, ООО «Элион», ООО «ТЭТа», ООО «Передовые Пучковые Технологии». ОсновнЫе тенденЦии развития Электронно-лучевЫх установок заклЮчаЮтся в следуЮЩем: • • • • увеличение производительности установок; повышение автоматизации процесса; повышение качества; развитие методов диагно- стики и контроля как параметров электронного пучка, так и непосредственно самого процесса обработки деталей. С помощью электронно-лучевой сварки изготавливают изделия из сталей, в том числе высоколегированных, алюминия, меди, титана и их сплавов, тугоплавких металлов и др. Кроме того, она также применяется для сварки композитных материалов с металлической матрицей. Электронно-лучевая сварка проводится как в вакууме, так и в атмосфере. Сварка в вакууме позволяет соединять за один проход металлы и сплавы толщиной от 0,1 мм до 400 мм, обеспечивает максимальную степень чистоты и высокие физико-механические свойства соединения, характеризуется незначительными линейными и угловыми деформациями свариваемых изделий. Сварка в атмосфере идеально подходит для массового производства за счет сокращения времени сварки, характеризуется меньшими требованиями к точности подготовки деталей под сварку. Однако она пригодна только для материалов, не вступающих в реакцию с кислородом или защитным газом в процессе сварки. Электронно-лучевая сварка в атмосфере используется в автомобильной промышленности, краностроении, судостроении. Электронно-лучевая перфорация является одним из эффективных методов для высокоточной микроперфорации различных деталей. Она пригодна почти для всех металлических материалов и керамики, не зависит от твердости, отражающей способности, МОДИФИКАЦИЯ МАТЕРИАЛОВ 44 Рисунок 10. Динамика роста продаж установок (единиц) для металлических аддитивных технологий 600 500 400 300 200 100 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 0 Источник: Wohlers Report 2015 особенностей легирования или теплопроводности обрабатываемого материала. Позволяет получать отверстия различной формы (круглые, овальные, продольные и др.). с помощью электронно-лучевой перфорации изготавливают лопасти газотурбинных установок, диски центробежной машины для производства стекловолокна, смесители для силовых установок, фильтрующие элементы для пищевой, текстильной, химической и целлюлозной промышленности. Электронно-лучевая резка характеризуется более низкой степенью растрескивания по сравнению с термической резкой. Данную резку также можно последовательно совмещать с электронно-лучевой сваркой в атмосфере. Оба процесса можно выполнять на одном оборудования, что 45 повышает эффективность и производительность обработки. Электронно-лучевые технологии также применяются для модификации поверхности на базе закалки и наплавки электронным пучком. Закалка электронным пучком используется для модификации поверхностей как с твердой, так и с жидкой фазой. Она повышает износостойкость и упрочняет материал. Наплавка на поверхность металлов твердых материалов или слоя другого металла увеличивает износостойкость, а также коррозионную стойкость. Данные технологии используются для изготовления медицинских изделий, авиакосмических и автомобильных деталей. Дополнительно электронный пучок применяется для структурирования поверхностей РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ для соединения металлов с полимерами, композитами, для очистки поверхностного слоя от примесей и сглаживания поверхности за счет плавления. Около 60 российских ускорителей используется для модификации материалов за рубежом 12345 4 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 больше и больше внимания. Согласно определению американской организации ASTM International (American Society for Testing and Materials), разрабатывающей стандарты для материалов, продуктов, систем и услуг, под аддитивными технологиями подразумевается: «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 аддитивные технологии представляют собой полноценную замену традиционным, «вычитающим» технологиям производства. Как это часто бывает, каждая из технологий обладает своими преимуществами и недостатками. Например, аддитивные технологии подходят для производства объектов сложной геометрии с высокой точностью построения. на текущем этапе развития они наиболее эффективны для производства партий малого и среднего объемов. Дополнительно использование минимального количества инструментов, а также сокращение продолжительности этапа проектирования позволяют ускорить вывод издеAdditive Manufacturing Technologies,, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2012, www.astm.org лий на рынок. Традиционные технологии подходят для производства объектов типовой геометрии, крупногабаритных деталей. Используется более широкий спектр исходных материалов в отличие от аддитивных технологий. Каждая из технологий должна применяться именно в тех производственных процессах, для которых она наиболее эффективна и экономически выгодна. Основными факторами, влияющими на дальнейшее увеличение спроса на аддитивные технологии, являются: ОПтимизаЦия технологического ПроЦесса Использование аддитивных технологий может значительно сократить время разработки прототипа и уменьшить сроки начала массового про- МОДИФИКАЦИЯ МАТЕРИАЛОВ 46 Перечень базовых производственных процессов для аддитивного производства Vat photopolymerization Фотополимеризация в емкости — в качестве исходного материала используется жидкий фотополимер, находящийся в емкости, в которой с помощью оптически активированной полимеризации под воздействием лазерного или УФ-излучения формируется требуемый объект 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 Binder jetting Разбрызгивание связующего вещества — исходный материал выборочно соединяется с помощью жидкого связующего вещества (например, клей), впрыскиваемого в зону построения. Для придания различных цветов в связующий материал могут быть добавлены красящие вещества Рисунок 11. Объем рынка металлических аддитивных технологий, миллионов евро Рисунок 12. Области применения металлических аддитивных технологий 6% 19 13% 27 - 16% 31 18% 85 20% 27%- Источник: Arcam annual report 2014, Codex Partners Material extrusion В ы д а вл и в а н и е материала — вместо построения объекта через подогреваемый экструдер слой за слоем выдавливается термопластичный материал Powder bed fusion Плавление материала в заранее сформированном слое. Частицы исходного материала (пластик или металл) в виде порошка, нанесенного в виде тонкого слоя, селективно соединяют (спекают) с помощью теплового источника (лазер, пучок электронов, нагревательный элемент). Затем на обработанный слой наносят следующий слой. При этом необработанный материал выступает в роли поддерживающей структуры, которая удаляется по окончании процесса Sheet lamination Соединение листовых материалов — в качестве исходного материала используется листовой материал в виде полимерной пленки, металлической фольги, листов бумаги и т. д. Тонкие листы материала соединяются вместе с помощью различных методов (например, клей, ультразвуковая сварка), а затем лишний металл удаляют с помощью лазерной резки или фрезерованием Directed energy deposition Прямой подвод энергии непосредственно в место построения — исходный материал (металл) в виде порошка или проволоки и энергия для его сплавления подводятся одновременно в место построения изделия Источники: ASTM F2792-12a, Standard Terminology for Additive Manufacturing Technologies, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2012. Довбыш В.М., Забеднов П.В., Зленко М.А. Аддитивные технологии и изделия из металла 47 РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ изводства. в отличие от традиционных производственных процессов аддитивные технологии характеризуются низким уровнем отходов производства, а также требуют меньшего количества вспомогательного технологического оборудования. Гибкость Производства Адитивные технологии позволяют создавать малые партии продукции по запросу. Они также позволяют быстро вносить изменения в продукцию в соответствии с запросом конечного потребителя. В настоящее время аддитивные технологии находят все большее применение как при производстве промышленных, так и потребительских товаров. Функциональные прототипы и конечные продукты, созданные с использованием аддитивных технологий мож- но найти в таких отраслях, как медицина, авиакосмическая, автомобильная, оборонная, энергетическая промышленности и других. При этом в аддитивном производстве могут использоваться различные материалы, включая пластмассы, металлы, керамику и композитные материалы. Для удовлетворения разнообразных потребностей производителей уже сегодня на рынке доступны промышленные установки для аддитивных технологий стоимостью от 10 тыс. долл. США до 1 миллионов долларов США и более7. При этом на сегодняшний день существует по крайней мере 14 различных суб-технологий аддитивного производства, основанных на указанных выше процессах, каждая 7 The 3D opportunity primer: The basics of additive manufacturing, Deloitte University Press, 2013 из которых используется в зависимости от типа исходного материала и параметров детали, которую необходимо получить. в настоящее время все большое внимание уделяется использованию аддитивных технологий при создании деталей из металлов и сплавов. Именно металлические аддитивные технологии представляют основной интерес с точки зрения радиационных технологий модификации материалов, поскольку одним из возможных способов построения детали из металла является использование пучка электронов. и хотя большая часть компаний-производителей оборудования для металлических аддитивных технологий использует в своих установках лазер в качестве источника энергии, тем не менее, существует несколько крупных игроков, развиваю- МОДИФИКАЦИЯ МАТЕРИАЛОВ 48 Рисунок 14. Сценарий роста объема рынка металлических аддитивных технологий Рисунок 13. География поставок установок для металлических аддитивных технологий на примере Arcam AB 1,5 1 0,5 0 57% 26% 17% 50% 2013 14% 36% 2014 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 Источник: Arcam annual report, 2014 Источник: Arcam annual report, 2014 щих направление аддитивных технологий, основанных на использовании пучка электронов — Arcam AB (Швеция) и Sciaky, Inc. (США). При этом первая компания развивает технологию селективного синтеза (Electron Beam Melting, EBM, электронно-лучевое плавление), а вторая − разрабатывает технологию прямого осаждения материала (Electron Beam Additive Manufacturing, EBAM, электронно-лучевая технология аддитивного производства). По данным организации Wohlers Associates, Inc. в 2014 году было продано 543 установок для металлических аддитивных технологий, что по сравнению с 351 установками, реализованными в 2013 году, показывает рост на 54,7%. Кроме того, в 2012 году было продано 199 установок, и темп роста в предше- 49 ствующем периоде 2012-2013 годов был еще более высоким — 76% (рисунок 10). Такие компании, как Airbus, General Electric, и Lima Corporate используют подобные установки для производства сложных металлических деталей для нового поколения авиакосмической и медицинской продукции. Согласно данным за 2012 год8 объем рынка металлических аддитивных технологий составлял примерно 162 миллионов евро, что соответствует примерно 10% объема всего рынка аддитивных технологий. При этом практически половина объема ранка металлических аддитивных технологий размером в 85 миллионов евро приходилась на установки, а оставшаяся часть — на услуги сервиса, 8 Codex Partners РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ услуги контрактного производства и металлические порошки. Основными потребителями металлических аддитивных технологий все еще являются авиакосмическая промышленность и медицина (рисунок 12). Также значительная часть приходится и на сервисные центры, оказывающие услуги контрактного производства. Потенциальное увеличение объема рынка металлических аддитивных технологий в частности, и всего рынка аддитивных технологий в целом следует связывать с сектором автомобильной промышленности. Компания Arcam AB за период с 2001 по 2014 год реализовала 190 установок на основе технологии электронно-лучевого плавления. Первый существенный скачок в объеме продаж произошел в 2012 году, когда было продано 24 установки по сравнению с 14 установками в 2011 году. Второй скачок произошел в 2014 году, когда было продано 42 установки. Рост продаж по сравнению с 2013 годом составил 55%. В 2013 году было поставлено 27 установок. Большая часть из них была размещена в странах Европейского союза. на втором месте — США. в 2014 году значительно выросла доля поставок в страны Азии — около 15 установок. Компания Sciaky, Inc. не раскрывает данные об объеме продаж своих установок на основе электронно-лучевой технологии аддитивного производства. Однако по данным Wohlers Report 2015 данная компания в 2014 году поставила 3 установки. В целом следует ожидать дальнейшего увеличения спроса на металлические аддитивные технологии. Так в компании Arcam AB прогнозируют два сценария роста объемов рынка данных технологий (рисунок 14). в соответствии с первым сценарием ожидается ежегодный рост в 18%, и тогда в 2021 году объем рынка составит 1,1 миллиардов долларов США. Второй сценарий более оптимистичный: 30% ежегодного роста и, как следствие, объем рынка в 2021 году составит 2,3 миллиардов долларов США. При этом, сопоставляя данные о количестве проданных установок всех типов для металлических аддитивных технологий в 2014 году (543 единиц) с количеством установок, поставленных компанией Arcam AB и Sciaky, Inc. — 45 единиц в том же 2014 году, можно сказать, что в настоящий момент электронно-луче- вые аддитивные технологии занимают около 10% объемов рынка продаж установок для металлических аддитивных технологий. Электроннолучевые технологии занимают около 10% рынка металлических аддитивных технологий МОДИФИКАЦИЯ МАТЕРИАЛОВ 50 ТЕХНОЛОГИЯ 51 ПРОЦЕСС 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 склеивание 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 созданиеобъекта методом ультразвукового соединения Sheet lamination LASER METAL DEPOSITION (LMD) — лазерное напыление металла Directed energy deposition ELECTRON BEAM ADDITIVE MANUFACTURING (EBAM) — электронно-лучевая технология аддитивного производства Directed energy deposition РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ ПОЛИМЕРЫ МЕТАЛЛЫ КЕРАМИКА КОМПОЗИТЫ МОДИФИКАЦИЯ МАТЕРИАЛОВ 52 другие приМенениЯ 1 стерилиЗаЦиЯ МедиЦинских иЗделиЙ В настоящее время электронно-лучевая и гамма-стерилизация стали золотым стандартом для обработки как больших партий недорогих одноразовых изделий медицинского назначения, так и отдельных продуктов с высокой стоимостью, например, кардиоторакальных устройств. к одноразовым изделиям медицинского назначения относятся шприцы, перевязочный материал, резиновые перчатки, одноразовая одежда и белье из нетканых материалов, системы переливания крови, гинекологические и урологические инструменты. Использование данных изделий снижает объем внутрибольничных инфекций на 40%, уменьшает случаи инвалидности, а также оптимизирует затраты на оперативное вмешательство в целом. Для стерилизации медицинских изделий также применяются обработка паром, газом (оксид этилена), жидкими химикатами и др. Однако химикаты в случае утечек могут оказывать негативное воздействие на персонал и окружающую среду. Кроме того, наблюдается тенденция по введению запрета на некоторые виды химикатов. 53 РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ Электронно-лучевая стерилизаЦия имеет следуЮЩие ПреимуЩества: • • • • самая высокая надежность по показателю уровня обеспечения стерильности — 10-6; экологически чистый процесс; высокая производительность (время обработки одной коробки составляет несколько секунд); наиболее полно проработанный комплекс нормативно-технической документации. Ассортимент изделий медицинского назначения, подвергаемых радиационной стерилизации, составляет более 80 видов и более 250 ассортиментных наименований. Стерилизацию медицинских изделий можно проводить как в отдельных сервисных центрах облучения, так и непосредственно при изготовлении изделий, если ускоритель встроен в конвейерную линию. По данным Industry Experts объем глобального рынка стерилизации медицинских изделий к 2020 году составит около 5,8 миллиардов долларов США (рисунок 15). в 2014 году объем рынка составлял около 3 миллиардов долларов США. Среднегодовой темп роста составляет 10,6% в год. 2 оБраБотка строителЬнЫх Материалов В строительной отрасли электронно-лучевая обработка используется для получения полимеросодержащих композитных материалов и изделий, в первую очередь бетонополимерных, а также фосфогипсополимерных, древесно-полимерных и иных композиционных материалов. В результате радиационной модификации прочностные характеристики бетона повышаются в 2-3 раза, водонепроницаемость — на 4-5%, а также повышается износостойкость бетона и изделий из него в экстремальных условиях (низкие или высокие температуры, сейсмические воздействия, химические воздействия). Стоимость радиационно-модифицированного полимеросодержащего бетона при этом повышается ориентировочно в 3 раза. Полимерные бетоны применяются для строительства водозаборных сооружений, насосных станций, линий электропередач, т.е. на данный момент используются преимущественно на специфическом узком рынке строительства крупных промышленных объектов, где требуются материалы с особыми свойствами. ДРУГИЕ ПРИМЕНЕНИЯ 54 Рисунок 15. Объем глобального рынка стерилизации медицинских изделий по регионам, миллионов долларов США Рисунок 16. ТОП-10 стран по производству бетона (2014), тыс. тонн в год 1400 1200 1000 800 600 400 200 875,98 803,50 746,02 582,17 1658,38 2014 1551,37 1462,88 1177,87 0 2020 Источник: Industry Experts: Sterilization Technologies — A Global Market Overview, 2015, стр. 90 Источник: USGS Mineral Programme Report Основными факторами, влияющими на рынок полимеросодержащих строительных материалов, являются: композитных строительных материалов (за счёт стоимости материалов, в особенности для композитов на углеродных волокнах, а также за счёт стоимости и недостаточно высокой скорости процессинга изготовления изделий из композиционных матери- динаМика раЗвитиЯ «ЗелЁнЫх» стандартов Они могут являться основанием для использования более дорогостоящих решений в части строительных материалов. В целом рынок зелёных технологий в Европейском Союзе можно считать сложившимся. по данным опроса McGrawHill Construction (2014) порядка 50% строительных компаний ожидают повышения доли «экологически нейтральных» материалов и технологий до 60% уже в 2015-2016 гг. Для сравнения в 2008 году про «зеленое» строительство 55 упоминали 13% компаний, а долю соответствующих материалов и технологий оценивали в 28%. Этот фактор тесно связан с программами поддержки 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 сооружений по стандартам LEED и BREEAM. тельных материалов и конструкций. К числу подобных проектов относятся освоение Арктики, разработка шельфовых месторождений газа и нефти, создание оффшорных ветроэлектростанций и пр. Кроме того, реализации крупных инфраструктурных проектов способствуют начало нового инвестиционного цикла в инфраструктуры, а также постоянно растущий объём задач по реконструкции и модернизации уже существующих инфраструктурных объектов. реалиЗаЦиЯ крупнЫх инФраструктурнЫх проектов динаМика стоиМости проиЗводства спеЦиалиЗированнЫх строЙМатериалов Они требуют применения специализированных строи- Высокая себестоимость производства полимеросодержащих РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ алов) существенно ограничивает возможности по распространению соответствующих технических и технологических решений. Например, по данным опроса PwC9 76% руководителей строительных и девелоперских компаний рассматривают рост стоимости стройматериалов в качестве одной из основных проблем, с которыми сталкивается строительный бизнес. Стоимость стройматериалов составляет до 70% от стоимости готового здания. в настоящее время объём мирового потребления специализированных бетонов, в т.ч. полимербетона, не превышает 0,7-1% от общего потребления бетона, т.е. находится на уровне не более 30 млн тонн в год. Для сравнения — объем мирового потребления «конвенционального» бетона в 2014 году составил около 4 млрд тонн. Лидерами в области производства бетона являются Китай, Индия и США (рисунок 16). К 2020 году объем глобального рынка стерилизации медицинских изделий составит около 5,8 млрд $ Среднегодовой темп роста — 10,6% в год 9 PWC, «Fit for the future 17th Annual Global CEO Survey: Key findings in the engineering and construction industry», 2014 ДРУГИЕ ПРИМЕНЕНИЯ 56 рОССИЙСКИЕ КОМПАНИИ НА РЫНКЕ УСКОРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЙ УСЛОВНОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ Облучение пищевых и сельскохозяйственных продуктов (зерно, корнеплоды, 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, ракетного топлива, строительных конструкций, печатных плат и др. Модификация материалов для изготовления изоляции кабелей, термоусаживаемых трубок, пленок, манжет, вспененного полиэтилена, автомобильных покрышек и др. Ионная имплантация полупроводников для микроэлектроники Аддитивные технологии (электронно-лучевое плавление, электронно-лучевая резка, сварка, наплавка металла) для изготовления металлических деталей авиационных турбин, автомобильных двигателей, медицинских имплантатов и др. 12345 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 ускорителей Производство радионуклидов для получения радиофармпрепаратов, используемых для ПЭТ-диагностики Очистка дымовых газов и сточных вод (выделение диоксида серы и оксидов азота из выхлопных газов, удаление загрязняющих летучих соединений, дезинфекция и предочистка воды) Обработка руд для повышения выхода продукта Облучение биосырья для производства кормов, биопрепаратов, «зеленых» химикатов, биотоплива 57 РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ РОССИЙСКИЕ КОМПАНИИ НА РЫНКЕ УСКОРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЙ 58 ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ ИМЕНИ Г.И. БУДКЕРА СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ООО НАУЧНОПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ КОРАД 45 17 5 5 4 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 75 5 4 Список продуктов Список услуг • • • • • 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 • • • • 2 86 Расчет радиационной защиты ускорителя 59 Список услуг • • • • 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) Монтаж и пусконаладка ускорителей Обучение персонала Регулярное сервисное обслуживание установленных ускорителей Адрес: 630090, г. Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, д. 11 Контактное лицо: Брязгин Александр Альбертович, заведующий лабораторией Телефон: +7 (383) 329 4391 Email: A.A.Bryazgin@inp.nsk.su Сайт: www.inp.nsk.su РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ 2 1 Список продуктов Изготовление и доставка ускорителей Контактная информация • • • • • 1 • • • • Расчет и конструирование необходимых производственных помещений, включая радиационную защиту Изготовление и доставка ускорителей Монтаж и пусконаладка ускорителя и конвейера Обучение персонала Регулярное сервисное обслуживание установленных ускорителей Контактная информация • • • • • 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 Email: corad.pro@gmail.com Сайт: www.corad.pro РОССИЙСКИЕ КОМПАНИИ НА РЫНКЕ УСКОРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЙ 60 АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО НАУЧНО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И АВТОМАТИЗАЦИИ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО НИИЭФА ИМ. Д.В. ЕФРЕМОВА 6 6 2 1 1 1 1 1 1 6 3 2 1 3 1 1 Список услуг • • • • • Линейные ускорители (энергия 3-15 МэВ) Сверхпроводниковые магнитные системы Вакуумно-технологическое оборудование, вакуумные испытательные установки • • • 20 Изготовление и доставка ускорителей 61 4 1 1 7 Список продуктов Список услуг • • • • 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) • • • Обучение персонала Регулярное сервисное обслуживание установленных ускорителей Адрес: 1996641, г. Санкт-Петербург, Металлострой, дорога на Металлострой, 3 Контактное лицо: Строкач Андрей Павлович, директор НПК «ЛУЦ» Телефон: + 7 (812) 464 4464 Email: directorluts@luts.niiefa.spb.su Сайт: www.niiefa.spb.su РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ 3 Монтаж и пусконаладка ускорителей Контактная информация • • • • • 1 1 3 Список продуктов Циклотроны (энергия 12-30 МэВ) для производства радиоизотопов 1 Расчет и конструирование необходимых производственных помещений, включая радиационную защиту Изготовление и доставка гамма-установок и инфраструктурных решений Монтаж и пусконаладка Обучение персонала Регулярное сервисное обслуживание гаммаустановок Контактная информация • • • • • Адрес: 115230, г. Москва, Варшавское шоссе, д. 46 Контактное лицо: Егоркин Александр Вячеславович, директор отделения Телефон: +7 (495) 730 8010 доб. 203 Email: egorkin@niitfa.ru Сайт: www.niitfa.ru РОССИЙСКИЕ КОМПАНИИ НА РЫНКЕ УСКОРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЙ 62 ООО ЦЕНТР АТОММЕД ООО РОНИК ЯДЕРНЫЕ И МЕДИЦИНСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ 2 2 1 Список продуктов Список услуг • • • Список продуктов Список услуг • • Радиационные установки «под ключ» на базе гамма-источников и ускорителей • • • • 63 Дозиметрическое оборудование Монтаж и пусконаладка Контактная информация Обучение персонала • • • • • Адрес: 115230, г. Москва, Варшавское шоссе, д.46 Контактное лицо: Кузнецов Александр Альбертович, генеральный директор Телефон: +7 (495) 232 0345 Email: AAKuznetsov@atommedcenter.ru Сайт: www.atommedcenter.ru РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ • • • • Расчет и конструирование необходимых производственных помещений, включая радиационную защиту Контактная информация • • • • • Радиационные установки «под ключ» на базе ускорителей и гаммаисточников Пакет услуг по проектированию помещений, монтажу, эксплуатации и обслуживанию поставляемого оборудования, в том числе: Регулярное сервисное обслуживание 1 2 3 1 Пакет услуг по проектированию помещений, монтажу, эксплуатации и обслуживанию поставляемого оборудования, в том числе: Расчет и конструирование необходимых производственных помещений, включая радиационную защиту Монтаж и пусконаладка Обучение персонала Регулярное сервисное обслуживание Адрес: 141985, г. Дубна, ул. Московская д.2 Контактное лицо: Басов Сергей Васильевич, исполнительный директор Телефон: + 7 (495) 972 0485 Email: ronikat@mail.ru, Ronik@dubna.ru Сайт: www.ronik.ru РОССИЙСКИЕ КОМПАНИИ НА РЫНКЕ УСКОРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЙ 64 ООО ТЕКЛЕОР НАУЧНОИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ ИМ. Д.В. СКОБЕЛЬЦЫНА МГУ ИМ. М.В. ЛОМОНОСОВА Список продуктов Список услуг • • • • • • Линейные ускорители электронов для инспекционнодосмотровых комплексов Линейные ускорители электронов для радиографии Линейные ускорители электронов непрерывного действия для технологических процессов Импульсные линейные ускорители электронов для стерилизации Рециркуляционные ускорители электронов • • • • Монтаж и пусконаладка ускорителей Обучение персонала Регулярное сервисное обслуживание установленных ускорителей 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 Список услуг • • Изготовление и доставка ускорителей 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. Контактная информация Контактная информация • • • • • 65 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 Email: sbudnik@tecleor.com Сайт: www.tecleor.com РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ • • • • • 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 Email: shved@depni.sinp.msu.ru Сайт: www.sinp.msu.ru РОССИЙСКИЕ КОМПАНИИ НА РЫНКЕ УСКОРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЙ 66 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 220 120 24 14 14 6 2 1 1 248 154 Список продуктов Список услуг • • • • • • НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ МИФИ Бетатроны (энергия 2.5-10 МэВ, потребляемая мощность 1 — 4 кВт) Компоненты ускорителей 2 • • • 402 Список продуктов Список услуг • • Изготовление и доставка ускорителей Ускорители электронов и ионов, а также их комплектующие • • • Монтаж и пусконаладка ускорителей Обучение персонала Регулярное сервисное обслуживание установленных ускорителей 67 Адрес: 634028 г. Томск, ул. Савиных, 7 Контактное лицо: Суржиков Анатолий Петрович, зам. директора Института неразрушающего контроля ТПУ Телефон: +7 (3822) 424158 Email: surzhikov@tpu.ru Сайт: www.tpu.ru РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ 20 20 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 Выполнено более 20 совместных проектов в рамках крупных международных проектов по созданию ускорительных комплексов Контактная информация • • 3 15 Контактная информация • • • • • Адрес: 115409, г. Москва, Каширское шоссе, 31 Контактное лицо: Полозов Сергей Маркович, доцент кафедры электрофизических установок Телефон: +7 (495) 788 5699, доб. 9940 Email: SMPolozov@mephi.ru Сайт: www.mephi.ru, эфу.рф РОССИЙСКИЕ КОМПАНИИ НА РЫНКЕ УСКОРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЙ 68 ИНСТИТУТ СИЛЬНОТОЧНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК 3 3 2 1 5 4 ООО ПЕРЕДОВЫЕ ПУЧКОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Список продуктов • 9 Установка на основе пушки с плазменным анодом для вневакуумной электронно-лучевой резки, сварки и наплавки металла Список услуг Список продуктов Список услуг • • • • 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 Обучение персонала 69 Адрес: 634055 г. Томск, проспект Академический, 2/3 Контактное лицо: Окс Ефим Михайлович, заведующий лабораторией плазменных источников Телефон: +7 (3822) 491776 Email: oks@opee.hcei.tsc.ru Сайт: www.hcei.tsc.ru РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ Изготовление и доставка установок Монтаж и пусконаладка Обучение персонала Сервисное обслуживание Сервисное обслуживание Контактная информация • • • • • • • • • Контактная информация • • • • Адрес: 634050, г. Томск, проспект Развития 3 Контактное лицо: Алексеенко Виталий Павлович, генеральный директор Телефон: +7 (3822) 488576 Email: development@sygma-tomsk.ru РОССИЙСКИЕ КОМПАНИИ НА РЫНКЕ УСКОРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЙ 70 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 Татьяна Дизайн буклета: Кондратенко Елена Все права на материалы буклета принадлежат Ассоциации «Радтех». Копирование и воспроизведение материалов буклета допускается только с согласия правообладателя 12345 КОНТАКТНАЯ ИНФОРМАЦИЯ 142191, город Троицк, город Москва, улица Промышленная, дом 1-А Михеева Ирина Михайловна Директор Ассоциации «Радтех» E-mail: prort2012@gmail.com Телефон: +7 906 033 9676 Сайт www.radtechnology.ru 73 РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ВЗГЛЯД ИЗ РОССИИ
