Một trong những ưu tiên chính đối với kỹ thuật cơ khí hiện đại là đảm bảo hệ thống hoạt động an toàn, lâu dài khi tối đa hóa hiệu quả và chịu được các điều kiện khắc nghiệt. Điều này đặc biệt quan trọng trong môi trường chịu bức xạ, trong đó các vật liệu, tùy thuộc vào thành phần hóa học và nguyên tố của chúng, sẽ có những hạn chế nhất định. Các nhà khoa học đã tiến hành các nghiên cứu và phát triển hiệu suất và hiệu quả của các hệ thống bôi trơn chịu được bức xạ. Các cơ chế hư hỏng do bức xạ đối với chất bôi trơn dầu và mỡ đã được đánh giá qua các thí nghiệm. Họ cũng tiến hành so sánh hiệu suất của nhiều loại vật liệu và hóa chất khác nhau trong các trường bức xạ ion hóa mạnh, đữa ra tổng quan các hướng nghiên cứu trong tương lai, các cân nhắc về việc lựa chọn vật liệu, cơ sở và thí nghiệm mới nhằm thúc đẩy ứng dụng và sử dụng an toàn các vật liệu bôi trơn trong môi trường bức xạ.
Một trong những khía cạnh quan trọng nhất của kỹ thuật hiện đại là đảm bảo hệ thống hoạt động an toàn, lâu dài trong khi vẫn duy trì hiệu quả, tránh hư hỏng và bảo vệ hệ thống khỏi các điều kiện làm việc khắc nghiệt. Tổn thất bề mặt tiếp xúc cơ học phần lớn là do sự hiện diện và tương tác của các điểm nhám trên bề mặt. Thiệt hại cơ học làm tăng thêm sự xuống cấp bề mặt (như môi trường có chứa oxy, nước, muối hoặc hóa chất ăn mòn), dẫn đến hiệu suất giảm dần và tiềm ẩn khả năng hỏng hóc. Những vấn đề công nghệ này có thể được giải quyết bằng cách sử dụng chất bôi trơn ở dạng ướt như dầu mỡ gốc polyme hoặc dạng lớp phủ khô giống như sơn, chẳng hạn như than chì, molypden disulfide (MoS2) hoặc polytetrafluoroethylene (PTFE, còn gọi là Teflon). Phủ bề mặt bằng chất bôi trơn khô hoặc ướt giúp giảm mài mòn, cải thiện tính chất ma sát và khả năng chống ăn mòn tốt hơn, đồng thời giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng của các bộ phận chuyển động; tuy nhiên, vật liệu bôi trơn được biết là dễ bị hư hỏng do bức xạ hơn nhiều so với kim loại hoặc gốm sứ. Điều này gây ra vấn đề nghiêm trọng, đặc biệt là trong môi trường kỹ thuật khắc nghiệt, nơi bức xạ cao đi kèm với nhiệt độ cao hoặc tiếp xúc với oxy.
Bất chấp những khó khăn liên quan đến việc bôi trơn, kiến thức hiện tại trong lĩnh vực bức xạ chủ yếu dựa trên các báo cáo, không có hệ thống, bằng chứng và dữ liệu nghiên cứu. Các lĩnh vực ứng dụng cụ thể này phụ thuộc rất nhiều vào liều bức xạ hấp thụ. Ví dụ, trong các ứng dụng được điều khiển bằng máy gia tốc, để giảm thiểu thiệt hại do bức xạ, các vật liệu nhạy như chất bôi trơn thường được sử dụng càng xa nguồn bức xạ càng tốt, gồm cả chùm tia tán xạ. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, hạn chế về không gian hoặc các cân nhắc về thiết kế có nghĩa là chất bôi trơn phải được sử dụng trong thiết bị hoặc vị trí có bức xạ cao nhất: bao gồm các điểm tương tác, mục tiêu để tạo ra các chùm hạt thứ cấp, bộ định vị được sử dụng để định hình vật lý các chùm hạt tuần hoàn và các bãi thải được thiết kế để hấp thụ các chùm tia sau khi sử dụng. Do đó, nhu cầu cấp thiết phải hiểu và phát triển các chất bôi trơn chống bức xạ. Điều này đặc biệt khi xét đến việc sử dụng chúng trong các ngành công nghiệp và nghiên cứu như hàng không, phản ứng tổng hợp hạt nhân, phân hạch, công nghệ vũ trụ, công nghệ máy gia tốc hạt hiện tại và tương lai, y học hạt nhân và sản xuất đồng vị phóng xạ, đang trải qua sự tăng trưởng liên tục.
Do tính quan trọng và sự phát triển công nghệ liên tục, chất bôi trơn và bảo vệ bề mặt cần thiết cho các thành phần cơ học tiếp xúc với liều bức xạ ngày càng cao. Ngoài ra, mức liều thường gặp trong quá trình vẫn hành công nghệ có thể vượt quá ngưỡng ổn định của chất bôi trơn chịu bức xạ thông thường và được sử dụng trong thương mại. Do tính chất và những khó khăn thực tế của các hoạt động nghiên cứu liên quan đến việc chiếu xạ vật liệu, hầu hết các nghiên cứu đều được tiến hành trong khoảng thời gian từ những năm 1950 đến những năm 1980. Chỉ một số ít ấn phẩm gần đây là điều tra các sản phẩm thương mại, các điều kiện chiếu xạ khác nhau hoặc sự phát triển của một số đặc tính chất bôi trơn, làm nổi bật nhu cầu về các phát hiện hiện đại, tiên tiến và khám phá các vật liệu mới. Việc xác định và lựa chọn vật liệu bôi trơn có khả năng chống bức xạ được tăng cường là rất quan trọng để giảm thiểu rủi ro hỏng hóc và tác động đến sức khỏe (chẳng hạn như liều bức xạ đối với nhân viên bức xạ), giảm chi phí bảo trì và sửa chữa, đồng thời giảm thiểu tác động đến môi trường trong cả hoạt động tiêu chuẩn và tình huống tai nạn.
Trong môi trường thông thường, việc lựa chọn vật liệu bôi trơn ướt hay khô và tính chất hóa học cụ thể lý tưởng nhất là phải được quyết định bởi chức năng của máy, các đặc tính ma sát mong muốn (như CoF hoặc khả năng chống mài mòn), tính chất hóa học bề mặt (ái lực hóa học hoặc tính trơ với chất bôi trơn đã chọn), áp suất tiếp xúc và môi trường làm việc. Tuy nhiên, trong các tình huống thực tế, các sản phẩm bôi trơn thường được lựa chọn dựa trên các đặc tính chung của chúng, chẳng hạn như độ đặc khi làm việc đối với mỡ và độ nhớt động học đối với dầu lỏng. Những số lượng này có thể được đo dễ dàng và thường xuyên thông qua các thử nghiệm tiêu chuẩn và các giá trị của chúng thường được báo cáo trên các bảng dữ liệu sản phẩm. Mặc dù cách tiếp cận này không có tính cụ thể, nhưng nó cho phép các nhà thiết kế và chủ sở hữu thiết bị lựa chọn các chất bôi trơn có sẵn trên thị trường. Việc tiếp xúc với bức xạ ion hóa và khả năng dễ bị hư hỏng do bức xạ làm tăng thêm một lớp phức tạp nữa. Do tính phức tạp của thành phần hóa học của chất bôi trơn và các quá trình liên quan đến hư hỏng phân tử do bức xạ gây ra, hiệu quả và hiệu suất của chất bôi trơn thường bị suy giảm, đôi khi không đáng kể trong môi trường bức xạ. Do đó, việc xem xét khả năng chống bức xạ là vô cùng quan trọng trong thiết kế hệ thống vật liệu khi tìm cách tối đa hóa tuổi thọ, hiệu suất và các yếu tố an toàn của chúng.
Các trường bức xạ ion hóa thường có những tác động không trực quan và chưa được khám phá lên vật liệu và các đặc tính vĩ mô của chúng. Những ảnh hưởng lẫn nhau của các chất phụ gia và các sản phẩm phân hủy phóng xạ của chúng có thể dẫn đến các hiện tượng như tự phục hồi, cải thiện các đặc tính do bức xạ gây ra hoặc khả năng chịu đựng hoặc độ nhạy bức xạ. Thiết kế các vật liệu chịu bức xạ là một lĩnh vực rộng và đa ngành, đòi hỏi phải hiểu biết sâu sắc về hóa học, bức xạ, vật liệu, phép đo liều và kỹ thuật. Nhu cầu ngày càng tăng của nghiên cứu và công nghiệp đang ngày càng gây áp lực trong việc điều tra và xác định các vật liệu chịu bức xạ. Sự chú ý ngày càng lớn hơn được dành cho tính bền vững cũng làm nổi bật nhu cầu tối ưu hóa tuổi thọ của vật liệu và thiết bị đồng thời giảm thiểu tác động đến môi trường, mức tiêu thụ tài nguyên và chất thải. Cơ chế bôi trơn là hệ thống phức tạp trong đó các lĩnh vực hóa học, khoa học vật liệu và cơ học đan xen và trở nên phức tạp hơn do sự hiện diện của bức xạ. Do đó, chúng đòi hỏi một phương pháp nghiên cứu chủ động và một sự thay đổi nhẹ nhàng trong việc lập kế hoạch nghiên cứu thiệt hại do bức xạ.
Từ khóa: bức xạ;
– CMD –
