ФІЗИКО-ХІМІЧНА СЕКЦІЯ

ПІДСЕКЦІЯ ХІМІЇ

УДК 620.197.3

МІКРОБНА КОРОЗІЯ СТАЛІ ТА ЗАХИСТ ВІД НЕЇ

О. С. Бондар, аспірант

Чернігівський національний педагогічний університет ім. Т.Г.Шевченка

Керівники: канд. техн. наук, доцент кафедри харчових технологій, хімії і БЖД Челябієва В. М.,

канд. хім. наук, доцент кафедри харчових технологій, хімії і БЖД Гуменюк О. Л.

Чернігівський державний технологічний університет

Мікробноіндукована корозія (МІК) – небезпечний вид руйнування матеріалів під дією

мікроорганізмів середовища. За агресивністю дії на стальні металоконструкції найбільш небезпечними є

сульфатредукуючі бактерії (СРБ) [1-4]. СРБ розповсюджені в анаеробних зонах морських і

континентальних водойм, низькоомних агресивних ґрунтах тощо [5]. Більше 50% пошкоджень підземних

металоконструкцій, 15-20% корозивних пошкоджень морських суден зумовлено СРБ [6].

Ефективний спосіб боротьби з МІК – введення в корозивне середовище сполук, які мають біоцидну

дію. Практичне застосування даного методу вимагає витрат великої кількості біоцидів і економічно

обґрунтоване тільки у випадку використання дешевих сполук. Тому пошук речовин для захисту

металоконструкцій від мікробної корозії був проведений серед активних компонентів дешевих

протимікробних фармпрепаратів.

1-(2-Гідроксиетил)-2-метил-5-нітроімідазол (І) та 4-оксо-7-(1-піперазиніл)-6-фтор-1-етил-1,4-

дигідрохінолін-3-карбонова кислота (ІІ) – активні компоненти відомих у фармакології протимікробних

препаратів. У присутності речовини (І) експериментально отриманий високий захисний ефект від МІК,

зумовленої СРБ, – ступінь захисту Zm = 92,9%. Це, перш за все, пояснюється біоцидною активністю

речовини (І) по відношенню до СРБ (табл. 1) [7]. Речовина (ІІ) не проявила біоцідної активності до асоціацій

СРБ, і, як слідство, не виявлено захисного ефекту від МІК у її присутності, хоча при введенні речовини (ІІ)

спостерігається зменшення концентрації продукту життєдіяльності СРБ (сірководню) у 2,2 рази у порівнянні

з фоном.

Таблиця 1

Біоцидна активність речовини І

Концентрація речовини у спиртовому розчині

0,1 % 0,2 % 2,0 %

Діаметр зони пригнічення, мм

20,0±0,5 20±0,7 38±0,4

Результати експерименту пояснюються механізмом протимікробної дії досліджених речовин [8].

Механізм дії речовини ІІ полягає у біохімічному відновленні нітрогрупи імідазольного кільця

внутрішньоклітинними транспортними протеїнами анаеробних мікроорганізмів. Відновлена нітрогрупа

взаємодіє з ДНК клітин мікроорганізмів, гальмуючи синтез нуклеїнових кислот, що призводить до загибелі

бактерій. Сірководень – продукт життєдіяльності СРБ – накопичуючись у зовнішньому середовищі,

відновлює нітрогрупу речовини ІІ до того, як вона проникла в клітину, про що свідчить зменшення

концентрації H2S при введенні речовини ІІ у порівнянні з фоном, і інактивує нітрогрупу. Тому речовина ІІ

не проявляє біоцидної активності по відношенню до СРБ. Механізм протимікробної дії речовини І на

відміну від ІІ базується на пригніченні ДНК-гідрази, що призводить до дестабілізації ланцюга ДНК та

загибелі бактерій.

Таким чином, пошук інгібіторів мікробноіндукованої корозії у присутності СРБ доцільно проводити

серед активних компонентів протимікробних фармпрепаратів, механізм бактерицидної дії яких не

пов'язаний з реакціями відновлення молекул біоцидів.

Література

1. Аббасов В.М., Мамедов И.А., Абдуллаев Е.Ш. Защита стали от сероводородной коррозии с

применением бактерицидов.//Защита металлов. – 1995. – Т.31. № 2. – С.206-208.

2. Андреюк К.І., Козлова І.П., Коптєва Ж.П. та ін. Мікробна корозія підземних споруд. К.: Наук. думка,

2005. 260 с.

3. Погребова И.С., Пуриш Л.М., Козлова И.А. и др. Механизм ингибирования коррозии стали в

присутствии сульфатредуцирующих бактерий.//Фізико-хімічна механіка матеріалів. – 2001. – Т.37. № 1.

– С.57.

4. Погребова И.С., Пуриш Л.М., Козлова И.А. и др. Электрохимические и биологические аспекты

ингибирования процессов коррозии металлов в агрессивных средах.//Фізико-хімічна механіка

матеріалів. – 2000. – Т.2. № 1. – С.479-481.

5. Романенко В.И., Кузнецов С.И. Экология микроорганизмов пресных водоемов. – Л.: Наука,1974. – 194 с.

6. Защита от коррозии, старения и биоповреждений машин, оборудования и сооружений: Справочник.

Т.2/Под ред. Герасименко А.А. М.:Машиностроение, 1987. – 784 с.

7. Руководство к практическим занятиям по микробиологии./Под ред. Егорова Н.С.– М.: Изд-во МГУ,

1985. – 215с.

8. http://www.rlsnet.ru/.

УДК 620.197.3

ВПЛИВ ШЛАКУ НА КОРОЗІЙНІ ПРОЦЕСИ ЗВАРНОГО ШВА

О.С. Бублик, М.М. Воробей, студ. гр. ЗВ-081

Науковий керівник: к.т.н., доцент кафедри харчових технологій, хімії та БЖД О.О. Корольов, ст.

викладач Ф.І. Авер’янов

Чернігівський державний технологічний університет

Зварювання – технологічний процес утворення нероз’ємного з’єднання за допомогою

міжмолекулярних або міжатомних зв’язків при їх частковому (загальному) нагріві чи пластичній

деформації. Зварним з’єднанням як конструктивним елементом називається ділянка конструкції, в якій

окремі її частини з’єднанні за допомогою зварювання. Зварний шов є метал що за кристалізувався та який в

процесі зварювання знаходився в розплавленому стані [1].

Ручне дугове зварювання(РДЗ), напівавтоматичне та автоматичне зварювання під флюсом поширені

та досить продуктивні способи отримання з’єднань. В покриття електроду та в склад флюсу входить ряд

легуючих, розкислюючих та відновлюючих компонентів. Одні покращують властивості металу шва, а інші,

у вигляді шлаку, захищають його від дії навколишнього середовища. Тобто шлак, з одного боку, виконує

захисну функцію, але після зварювання його обов’язково видаляють, тому що активізується щілинна корозія

та корозія під плівкою.

До складу шлаку входять в основному оксиди та силікати [2]. Часто вони є зародками корозії.

Зазвичай шлак видаляють механічними способами. Але існує ряд випадків, коли механічне очищення не має

достатньої ефективності. Наприклад, для відповідальних з’єднань, або коли проводять контроль якості

потрібна досить велика ефективність очистки поверхні від шлаку та забруднень. Для цього використовують

механічний, електрохімічний та хімічний методи [3].

Механічний метод застосовують як допоміжний для видалення верхніх шарів продуктів шлаку або

для їх розрихлення без пошкодження основного металу або покриття. Механічний метод передбачає

видалення продуктів:

щіткою (металічною або волосяною);

гумкою (чорнильною або олівцевою);

струшуванням в вібраційних механічних ситах.

Електрохімічний метод полягає в видаленні продуктів корозії під дією постійного струму в

електроліті певного складу.

Хімічний метод полягає в хімічному розчиненні шлаку в розчинах певного складу. Для визначення

втрат металу проводять контрольне травлення на зразках, які не піддавалися корозійним випробуванням.

Одним з найефективніших та економічних методів захисту металу від руйнування під час хімічної очистки

від шлаку є застосування інгібіторів, як добавки до травильних розчинів.

Мета роботи – дослідити захист поверхні сталі при кислотній очистці поверхні від шлаку та

забруднень зварного шва при застосуванні інгібітора корозії.

Результати дослідження

Статичні вагові дослідження проводили на зразках сталі у вигляді прямокутних пластинок розміром

50 22 3 мм в кислому середовищі (0,1н НCl) при 293 К. Поверхню зразків послідовно шліфували на

дрібнозернистому папері марок Р 240 – Р 1200, промивали в проточній воді і знежирювали. Після експозиції

поверхню зразків звільняли від продуктів корозії, промивали проточною водою, висушували, знежирювали і

зважували. Швидкість корозії оцінювали за формулою: Кm = (m1 – m2)/ S ,

де: Кm – швидкість корозії, г/(м2

год); m1 – маса зразка до випробування, г ; m2 – маса зразка після

випробування, г ; S – площа поверхні зразка, м2 ; – тривалість дослідження, години.

Ефективність захисної дії інгібітора корозії оцінювали за ступенем захисту: Zm = [(Km – K m) / Km

] 100%, де Km, K m – швидкість корозії за втратою маси металу без інгібітору та з інгібітором, відповідно,

г/(м2·год).

За результатами гравіметричного методу швидкість корозії контрольних зразків в 0,1 HCl становить

1,39 г/(м2·год), що в декілька разів менше від зразків зі зварювальним швом. Зварні з’єднання активізують

корозійні процеси. При використанні інгібітора ГС1 хімічна очистка шлаку дещо сповільнюється. Після

процесу очистки зварного шва від шлаку поверхня сталі має вигляд чистої і блискучої. Ефективність

протикорозійного захисту контрольних зразків інгібітором ГС1 90%, а зразків зі зварним швом – 64%.

Отже, існує можливість хімічної очистки шлаку зварних швів з використанням інгібуючого

протикорозійного захисту сталі, що зменшує швидкість корозії в 3 рази.

Література

1. Геворкян Г.В. Основы сварочного дела. – М.: высш. Шк., 1985. – 168 с.

2. Кузьмин Б.А. Технология металлов и конструкцыонных материалов. – М.: Машиностроение, 1981. – 351

с.

3. ГОСТ 9.907-83. Единая система защиты от коррозии и старения МЕТАЛЛЫ, СПЛАВЫ, ПОКРЫТИЯ

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ методы удаления продуктов коррозии после механических испытаний.

УДК 504.064:620.193.9

ЕКОЛОГІЧНІ ПРОБЛЕМИ ГРУНТОВОЇ КОРОЗІЇ

М. В. Дідовець, ст. гр. ЗВ-101, Гаркуша М. В., ст. гр. ЗВ-101

Наукові керівники: к. т. н., доц. Костенко І. А., к. т. н., доц. Буяльська Н. П.

Одною з причин техногенного надходження металів у ґрунт, закріплення їх в гумусових горизонтах в

ґрунтовому профілі є корозія металоконструкцій [1]. Джерело забруднення в цілому визначає якість і

кількість накопичуваного продукту. Нерівномірність техногенного розповсюдження продуктів корозії

посилюється неоднорідністю геохімічної обстановки природних ландшафтах [2, 3]. Так, в Чернігівській

області, найбільш поширені поліські дерново-підзолисті ґрунти - 680 тис. га; сірі, темносірі лісові і близькі

до них чорноземи опідзолені займають 508 тис. га; чорноземи вилужені малогумусні займають 113,4 тис. га,

а малогумусні чорноземи - 272 тис. га. Ґрунти лугового, болотяного ряду, а також торф'яні ґрунти поширені

окремими масивами і разом складають площу близько 840 тис. га [4]. Хімічні елементи і їх сполуки

потрапляючи в ґрунт зазнають ряд перетворень, розсіваються або накопичуються залежно від характеру

геохімічних бар'єрів, властивих даній території. Ґрунт містить різні хімічні реагенти, вологу, володіє іонною

електропровідністю. Це робить його корозійноактивним електролітом по відношенню до підземних

металоконструкцій, що приводить до електрохімічної корозії. В окремих випадках, процес може проходити

з анодним контролем, наприклад, в рихлих і сухих ґрунтах.

Характерною для підземних металоконструкцій є корозія з утворенням глибоких виразок, що

пояснюється значною в порівнянні з іншими середовищами гетерогенністю поверхні металу унаслідок

нерівномірності її зволоження і аерації на різних ділянках об'єкту. Одним з основних чинників є структура

ґрунту, тобто розмір, форма і розташування часток, характер зв'язку між ними, що визначає умови

переміщення в ґрунті повітря і вологи. Піщані ґрунти мають порівняно невелику пористість, проте пори

великі і легко пропускають воду і гази. У таких ґрунтах кисень легко досягає поверхні заглиблених об'єктів,

що стимулює корозію, проте вода в піщаному ґрунті не затримується і це гальмує розвиток корозії. Глинисті

ґрунти мають значну пористість, з тонкими капілярними порами. Вони зберігають вологу тривалий час,

проте надходження кисню в цьому випадку ускладнюється. У болотистих і гумусових ґрунтах, із зниженим

pH, корозійна активність помітно зростає щодо нейтральних ґрунтів (pH=5...8), оскільки процес може

відбуватися з водневою деполяризацією, що знижує катодне гальмування. Агресивність ґрунту істотно

залежить від вмісту різних хімічних речовин, перш за все розчинних солей (хлоридів, сульфатів, нітратів),

які збільшують електропровідність ґрунту. Величину питомого електричного опору ґрунту часто приймають

за основний критерій її корозійної агресивності. Ця величина дійсно в більшості випадків корелює із

швидкістю корозії металів, проте не є єдиним критерієм для визначення можливих корозійних руйнувань

підземних металоконструкцій [1, 5, 6].

Для досліджень були використані зразки з маловуглецевої сталі 20, конструкційної вуглецевої сталі

08кп. Їх хімічний склад наведено [7]. Пов’язано це з тим, що ці сталі мають дуже широке застосування при

виготовленні металоконструкцій, які працюють в умовах ґрунтової корозії. Проведені випробування цих

сталей в різних типах ґрунтів. Оцінювався питомий електричний опір ґрунту, швидкість корозії сталі

визначали за глибинним показником. Вміст сполук феруму в ґрунті в безпосередній близькості від зразків

сталі визначали фотоколориметричним методом та оцінювали непрямим розрахунковим методом, через

втрату маси зразків.

Показано, що найбільша швидкість корозії спостерігається в гумусових ґрунтах, по відношенню до

інших. Відносно більш стійкою в цих умовах виявилася сталь 20 і відповідно вміст сполук феруму у ґрунті в

місці розміщення зразків був більший. Більші значення концентрацій феруму у ґрунті оцінені фотометрією, по

відношенню до масового методу, пов’язані з фоновим рівнем цих сполук у ґрунті. В переважній більшості

досліджень концентрація феруму перевищувала фонову (30-50 мг/кг) в 11-13 разів. Такі концентрації

приводить до припинення зростання кореневої системи і всієї рослини вцілому. Листя при цьому приймає

темніший відтінок. При надлишку феруму (особливо в кислих ґрунтах) відбувається ускладнення засвоєння

рослинами таких мікроелементів, як мангану, цинку, купруму, молібдену і фосфору. У ґрунтах підзолистого

типу з високим вмістом феруму при його взаємодії з сульфуром утворюються сполуки, які негативно

впливають на мікрофлору ґрунтів (бактерії і ін.), що приводить до втрати родючості ґрунтів.

Література

1. Шлугер М.А., Ажогин Ф.Ф., Ефимов Е.А. Коррозия и защита металлов.-М.: Металлургия, 1981.-216с.

2. Джигирей В. С., Сторожук В. М., Яцюк Р. А. Основи екології та охорона навколишнього природного

середовища (Екологія та охорона природи). -Львів, Афіша. 2000. - 272 с.

3. Запольський А. К. Основи екології.-К.: Вища школа, 2001. - 358с.

4. http://www.igsu.org.ua/Cernigovskaja.obl/

5. Семенова И.В., Флорианович Г.М., Хорошилов А.В. Коррозия и защита от корррозии. М.: Физматлит,

2002.- 336с.

6. Мальцева Г. Н. Коррозия и защита оборудования от коррозии. -Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2001. -

211с.

7. http://www.splav.kharkov.com/choose_type_class.php?type_id=3

УДК 620.197.3

ІНГІБІТОРНИЙ ЗАХИСТ СИСТЕМИ ВОДОПОСТАЧАННЯ

І.В. Завальна, Ю.М. Наливайко, Н.О. Гриценок, ст. гр. ЗВ-061

Чернігівський державний технологічний університет

Наукові керівники: д.т.н., професор кафедри харчових технологій, хімії та БЖД О.І. Сиза,

к.т.н., доцент кафедри харчових технологій, хімії та БЖД О.М. Савченко

Вторинне забруднення питної води за рахунок електрохімічної та мікробіологічної корозії майже завжди

має місце при використанні підземних вод. Визначальний фактор корозійної активності питної води –

карбонатно-кальцієва рівновага:

СаСО3 + Н2О + СО2 Са(НСО3)2

При зміщенні рівноваги вліво вода утворить на металевих поверхнях карбонатні відкладення. При

зміщенні вправо – карбонат кальцію розчиняється, підвищуючи корозійну активність води. Тобто, причини

інтенсифікації корозії металів у питному водопостачанні різноманітні: наявність розчиненого СО2 у м'якій

воді; негативний індекс Ланжельє деяких вод (індекс насичення карбонатом кальцію – J = pHвим – pHрів,

негативний індекс вказує на те, що вода є корозійно-активною, якщо J позитивний, то це демонструє, що у воді

існують умови для формування твердого осаду); відсутність чи мала кількість кисню; застій води в системах на

підприємствах, що експлуатуються сезонно; змішування вод різного складу; підкислення води в результаті

застосування неорганічних коагулянтів [1].

Корозійна агресивність води спричиняє підвищення рівня аварійності водопровідних мереж та є

небезпечним фактором, який негативно впливає на здоров’я людини безпосередньо. В результаті

корозійного руйнування стінок трубопроводів концентрація феруму у питній воді може перевищувати у

десятки разів лімітований рівень Держстандарту.

Зменшення вторинного забруднення питної води можливе шляхом заміни матеріалу трубопроводів на

корозійностійкі – поліетилен, нержавіючу сталь, але це потребує значних капіталовкладень. Також,

основними протикорозійними заходами є застосування інгібіторів корозії та електрохімічний захист. Так,

інгібування питної води, відповідно до санітарних норм, проводять невеликими дозами натрій

гексаметафосфату (4-5 мг/л) у розрахунку на фосфорний ангідрид [2]. Для захисту трубопроводів питної

води рекомендується силікатна обробка, яка проводиться до утворення захисного шару і періодично

потребує забезпечення його регенерування [3]. Досліджено інгібування питної води нетоксичними

відходами пивоварного виробництва, що забезпечують протикорозійний ефект до 76 % [4].

Для антикорозійної та стабілізаційної обробки води господарсько-питного водопостачання м. Чернігова

було рекомендовано хімічний препарат ―Sea Quest – Україна‖, який розроблений американською компанією

―AquaSmart‖ на основі натрій поліфосфату. Ця пропозиція викликала активне обговорення серед науковців,

керівників підприємств щодо доцільності та безпечності використання ―Sea Quest‖.

Мета роботи: дослідити можливість застосування інгібіторного захисту в системах водопостачання з

урахуванням екологічних вимог.

Результати досліджень

Результати вагових досліджень протикорозійної активності ―Sea Quest‖ та, розроблених нами, екологічно

безпечних інгібіторів корозії ФЕС, МГ-ЧДТУ, МГС та ГС у водопровідній воді на сталі 20 і Ст 3 наведені в

табл. 1.

Таблиця 1

Протикорозійна активність інгібіторів у водопровідній воді при температурі 293 К

Ін,

0,4 %

Δm, г Km, г/м2·год γm Zm, %

Ст 3 Сталь 20 Ст 3 Сталь 20 Ст3 Сталь 20 Ст 3 Сталь 20

- 0,0180 0,02190 0,02700 0,06700 - - - -

ГС 0,0020 0,00250 0,00300 0,00760 6,00 14,80 89,0 88,5

МГ-ЧДТУ 0,0001 0,00005 0,00011 0,00001 180 231 99,6 99,9

Sea Quest 0,0110 0,01270 0,00169 0,03900 1,60 1,73 38,8 42,1

ФЕС 0,0024 0,00200 0,00370 0,00610 0,76 869,36 86,7 90,9

Високий ступінь захисту забезпечують інгібітори ФЕС, МГ-ЧДТУ, та ГС – 86,7-99,9 % (табл. 1, рис. 1).

Зразки мають блискучу поверхню з ледь помітними відтінками зміни кольору. Дані інгібуючі добавки

відносяться до органічних інгібіторів, що впливають на хід анодних реакцій. Дія інгібіторів значною мірою

обумовлена тим, що вони адсорбуються на поверхні металу і утворюють плівку, що ізолює цю поверхню від

агресивного впливу середовища.

Використання інгібітора ―Sea Quest‖ для антикорозійної обробки води господарсько-питного

водопостачання малоефективне: 38,8-42,1 %, та призводить до збільшення вмісту ферума у питній воді за

рахунок утворення розчинних комплексних сполук з іржею. Інгібітор стимулює виразкову корозію.

Візуально і під мікроскопом спостерігали велику кількість дрібних виразок, вкритих продуктами корозії

сірого забарвлення (рис. 1 б), тоді як зразок після витримки у воді з інгібітором МГ-ЧДТУ має вигляд

структури шліфованої сталі (рис. 1 а).

а б

Рис. 1. Поверхня зразка Ст 3 у воді (×240): а – з Ін МГ-ЧДТУ, б – з реагентом “Sea Quest”

Досліджено ефект післядії інгібуючих добавок (табл. 2). Зразки сталі 20 витримали протягом 24 годин в

інгібованих розчинах, потім перенесли на 10 днів в чисту водопровідну воду. Результати показали, що ФЕС

не впливає на швидкість корозії, ―Sea Quest‖ стимулює пітингову та виразкову корозію. Ефект післядії

інгібітора ГС складає 25 %, а МГ-ЧДТУ – 36 %.

Таблиця 2

Ефект післядії інгібіторів у водопровідній воді

Інгібітор Дm Km, г/см2·год гm Zm, %

Без інгібітора 0,0127 0,0399 - -

ФЕС 0,0127 0,0398 - -

Sea Quest 0,0142 0,0441 - -

ГС 0,0094 0,0295 1,4 25,98

МГ-ЧДТУ 0,0082 0,0252 6,7 36

Для захисту трубопроводів питної води можна рекомендувати тимчасову обробку інгібуючими

добавками, поступово зменшуючи їх концентрацію. Після утворення захисного шару обробка може бути

припинена. Періодично потрібно забезпечувати регенерування захисного шару. Для підвищення ефекту

післядії інгібуючих добавок необхідне подальше вивчення та вдосконалення наукових розробок.

Висновки

Результати досліджень показують значну перевагу інгібіторів МГ-ЧДТУ та ГС порівняно з інгібітором

―Sea Quest‖ за ступенем захисту сталі (88,5-99,9 %) порівняно з (42,1 %) та наявністю ефекта післядії. При

цьому інгібітори МГ-ЧДТУ та ГС, отримані на основі екологічно безпечної рослинної сировини України, а

інгібітор ―Sea Quest‖ – на основі поліфосфатів, які є небезпечнішими для здоров’я людини.

Література

1. Алексеев Л.С., Беличенко Ю. П. Основные критерии для оценки коррозионной агрессивности природных

пресных вод // Энергетик. – 1978. – № 5. – С. 23-24.

2. Розенфельд И.Л. Ингибиторы коррозии. – М.: Химия, 1977. – 352 с.

3. Radnai Ferens. Toth lakabne Iljna. Ilona Tavvezetek belso Korroziovedelme // Korroz. figy – 1981. Vol. 21. – №

5. – P. 111-115.

4. Тищенко Г.П., Бурмістр М.В. Корозія і захист від корозії в харчовій промисловості. – Дніпропетровськ:

УДХТУ, 2002. – 461 с.

УДК 620.197.3

АГРЕСИВНІ КОРОЗИВНІ СЕРЕДОВИЩА В ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЯХ

С.С. Зенченко, Л.С. Козіна студ. гр. КІ-081

Науковий керівник: к.т.н. доцент кафедри харчових технологій, хімії та БЖД О.О Корольов

Чернігівський державний технологічний університет

Важливою особливістю харчових виробництв є необхідність виконання санітарно-гігієнічних вимог,

пов'язаних з охороною здоров'я споживачів. Апарати харчових виробництв мають певний реакційний

простір (робочу камеру), в якому здійснюється вплив на продукт з метою зміни його властивостей і

відбувається контакт продукту або харчового середовища з елементами машин і апаратів.

Специфічні умови харчових виробництв: корозійноактивні харчові середовища, миючі і

дезинфікуючі розчини, підвищена температура, висока швидкість руху робочих середовищ, значні перепади

тиску — визначають особливі вимоги до вибору матеріалів при конструюванні технологічного обладнання.

Мета роботи: аналіз особливостей впливу робочих середовищ харчових виробництв на термін

використання технологічного обладнання.

Результати роботи

За характером дії на продукт обладнання харчових виробництв поділяється на три групи:

● апарати для зміни физико-механічних властивостей продуктів або їх агрегатного стану під

впливом физико-механічних, біомеханічних, теплових і/або електричних процесів;

● машини, в яких продукт піддається механічній дії, що призводить до зміни його форми і розмірів

при збереженні первинних властивостей;

● транспортні машини для транспортування сировини або неупакованих продуктів.

Технологічні середовища харчових виробництв за складом і властивостями можна умовно поділити

на органічні і неорганічні. До органічних середовищ відносяться органічні карбонвмісні сполуки

рослинного і тваринного походження. До неорганічних – хімічно активні водні розчини неорганічних

кислот, лугів, солей та ін.

На апарати харчових виробництв впливають агресивні миючі і дезинфікуючі розчини: 1–2%-ний

соди каустичної, 5–10%-ний соди кальцинованої, 2%-ний сульфатної кислоти, 2%-ний хлоридної кислоти,

3%-ний нітратної кислоти, 0,2–0,5%-ний калію перманганату і ін. Найагресивнішої дії на технологічні

апарати і збірники дезинфікуючих розчинів завдають кислотні дезинфектори.

Сильними корозійноактивними середовищами є середовища хлібопекарського виробництва, до яких

відносяться сольові розчини, рідкі дріжджі і затори для їх приготування, житнє тісто, опара, тісто з

пшеничного борошна і деякі напівфабрикати. Продуктами бродіння заквасок, тіста і напівфабрикатів

хлібопекарського виробництва є: етиловий спирт, вуглекислий газ, різні органічні кислоти, головним чином

молочна і оцтова, деякі альдегіди і естери. Кислотність може змінюватися в межах рН = 6,0–4,2.

Середовища дільниці переробки буряків при виробництві цукру, як правило, нейтральні або

слабокислі (рН = 6–7, t = 14–45 °С): ставкова і річкова вода з різним вмістом твердих речовин (0,005–30 г/л)

і розчинених солей, дифузійний сік із вмістом 15%-ного водного розчину сахарози і нецукристих речовин.

До числа нецукристих речовин входить до 5 % нітрогенвмісних і безнітрогенових сполук.

У приміщеннях для очищення соку цукрового виробництва середовища за складом більш

різноманітні і мають підвищену лужність (рН = 8–14, t = 65–96 °С). Вони містять вапняне молоко,

дефекований і сатурований соки із вмістом різної кількості кальцій гідроксида, кальцій вуглекислого, сіліцій

оксиду і інших зважених частинок, що мають достатньо високі абразивні властивості.

Середовища продуктового відділення — слаболужні (рН = 8–9) із вмістом великої кількості цукрів

(25–65 %). Ці середовища можна умовно розділити на дві групи: утфелі (продукти кристалізації) і

аффинаційні маси, що містять до 40–70 % цукру, патоки і велику кількість нецукристих речовин.

Технологічні середовища виробництва вина агресивні до вуглецевих сталей. Агресивність різних

сортів вин визначається вмістом в них цукру і спирту, який значно коливається залежно від сорту вина. Так,

наприклад, столові (сухі) вина не містять цукру, а тільки 9–14об. % спирту, кріплені вина містять 8–10 %

цукру і 16–20об. % спирту, солодкі десертні вина — 8–20 % цукру і більше 13 об. % спирту, столові

напівсолодкі вина — 3–7 % цукру і 7–12 об. % спирту.

Середовища спиртового виробництва є корозійноактивними, оскільки можуть містити сухі

речовини, незброджений цукор, органічні кислоти, естери, сивушні масла, альдегіди і ін. До цих середовищ

можна віднести брагу (зернову, патокову, очеретяну), спирт-ректифікат, спирт-сирець, барду (зернову,

очеретяну, ацетонобутилову), а також горілку і різні лікери.

До середовищ кондитерського виробництва відносяться цукрові і карамелеві сиропи з добавками

лимонної і молочної кислот, патоки, фруктово-ягідні підварива, пюре і начинки, а також велика кількість

харчових есенцій і барвників, які сприяють корозії матеріалів.

Деякі види харчових середовищ мають абразивні властивості, наприклад, кетчупи, томатні пасти,

майонези, соуси. Абразивні властивості має також більшість сипких середовищ.

Високі вимоги до надійності технологічного обладнання харчових виробництв обумовлені тим, що в

більшості випадків відмови в роботі приводять до порушення технологічного процесу і втрати продукту.

Вимоги до матеріалів обладнання харчових виробництв.

Розрізняють фізичні, хімічні, технологічні, механічні, трибологічні, санітарно-гігієнічні властивості

матеріалів. У харчовому машинобудуванні особливо важливу і до певної міри специфічну роль відіграють

хімічні і санітарно-гігієнічні властивості матеріалів. Найважливішою умовою використання матеріалів в

будь-якій конструкції є їх сумісність з робочим середовищем. Технологічні процеси харчових виробництв

протікають при високих і низьких температурах, високому тиску і вакуумі, великих швидкостях потоків і

тривалому часі витримки харчових середовищ в стані спокою, зі змінами рН середовищ в широкому

діапазоні і супроводжуються іншими чинниками, що обумовлюють агресивність харчових середовищ.

Багато харчових середовищ є електролітами, тому корозія в них носить електрохімічний характер.

Хімічна природа електроліту обумовлена наявністю у складі середовищ кислот і мінеральних речовин.

Кількість і ступінь дисоціації кислот і мінеральних речовин, в основному, і визначають агресивність

середовища. На різних етапах технологічного процесу хімічні властивості середовищ змінюються, у зв'язку

з чим знижується або підвищується їх корозійна дія на поверхню апаратів.

Виготовлення збірників дезинфікуючих розчинів і трубопроводів з неіржавіючих сталей не завжди

приводить до підвищення їх корозійної стійкості.

У харчових галузях хімічній корозії піддаються тільки деякі апарати і комунікації допоміжних цехів

(холодильно-компресорних, вуглекислотних, котельних). Устаткування технологічних цехів в основному

піддається електрохімічній корозії. Залежно від агресивності середовища і умов протікання електрохімічних

процесів поширені наступні її види:

атмосферна (дія на обладнання і металоконструкції зовні будівель за наявності забруднення

повітря промисловими газами);

грунтова (руйнування підземних газопроводів, водопроводів, каналізаційних мереж,

теплотрас, мазутосховищ, металоконструкцій, підземних споруд);

електрична (вплив блукаючих струмів на метали);

кислотна (розчини нітратної, сульфатної, хлоридної кислот при дезинфекції, молочної

кислоти при підкисленні заторів і т. д.);

сольова (руйнування насосів для розсолів, трубопроводів, батарей охолоджування,

випарників, устаткування натрій-катіонних установок і т.п.);

лужна (лужні миючі і дезинфікуючі розчини особливо сильно руйнують металоконструкції

мийних машин, повітрегони систем вентиляції цехів розливу);

контактна (при контакті двох різнорідних металів, що мають різні потенціали);

біологічна (руйнування продуктопроводів, апаратури, металевих і залізобетонних

конструкцій, розташованих в грунтах).

Бетонні і залізобетонні конструкції, ємкості, збірники, фундаменти устаткування харчових

підприємств піддаються інтенсивній корозійній дії: фізичному, біологічному і фізико-хімічному.

Хімічна корозія виникає при дії органічних кислот харчових середовищ на складові частини

цементного каменя бетону і залізобетону.

Біологічна корозія є наслідком життєдіяльності мікроорганізмів на поверхні будівельних

конструкцій, змочених харчовими середовищами.

Фізико-хімічна корозія викликає руйнування будівельних конструкцій, наприклад, при теплообміні

з навколишнім середовищем, при дії рідких харчових продуктів в результаті замерзання.

Залежно від середовища, матеріали покриттів можуть бути абсолютно або відносно нестійкі,

наприклад поліхлорвінил нестійкий в житній заквасці. Стійкість захисних покриттів з різних полімерів,

визначена шляхом зміни зовнішнього вигляду і здатності до набухання, під дією деяких органічних

середовищ харчових виробництв змінюється в широких межах.

Висновки

Найважливішою умовою використання матеріалів в будь-якій конструкції є їх сумісність з робочим

середовищем. Для елементів технологічного обладнання, що контактує з харчовими середовищами або

миючими засобами, особливо важливу роль відіграє корозійна стійкість – здатність поверхонь елементів

машин і апаратів протистояти дії харчових середовищ, продуктів, миючих і дезинфікуючих розчинів з

урахуванням теплових дій, швидкостей руху робочих середовищ, значних перепадів тиску і т.д. Як правило,

це забезпечується тільки правильним вибором матеріалу. Моральний термін служби сучасного обладнання

не перевищує 5 років, фізичний термін служби при проектуванні закладається в межах 5–7 років.

Література

1. Ростовський В.С., Олійник Н.В. Прогресивні ресурсозберігаючі технології в харчовій

промисловості.– К.: Кондор, 2008. – 136 с.

2. Роменский Н.П., Супрунчук В.К., Прейс Г.А. Защита от коррозии оборудования пищевой

промышленности. – Киев: Техника, 1981. – 152 с.

3. Тищенко Г.П., Трофимович А.Н. Повышение долговечности пищевого оборудования. – М.:

Агропромиздат, 1985. – 208 с.

4. Ростовський В.С., Колісник А.В. Системи технологій харчових виробництв:– К.: Кондор, 2008. –

256с.

УДК 620.197.3

ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ РОБОЧИХ СЕРЕДОВИЩ ХАРЧОВИХ ВИРОБНИЦТВ НА КОРОЗІЙНУ

СТІЙКІСТЬ СТАЛІ

Ю.В. Квашук, аспірант

Науковий керівник: д.т.н. професор кафедри харчових технологій, хімії та БЖД О.І Сиза,

к.т.н. доцент кафедри харчових технологій, хімії та БЖД О.М. Савченко

Чернігівський державний технологічний університет

Агресивність середовищ обумовлена використанням у харчових технологіях підвищених і низьких

температур, високого тиску і вакууму, значних швидкостей потоків продукції, тривалої витримки середовищ

у стані спокою, змін рН розчинів у широкому діапазоні і багатьма іншими факторами. Значну агресивність

виявляють середовища оборотного водопостачання виробничих підприємств. В охолоджувальних водах

накопичуються солі, органічні речовини, живі мікроорганізми і при їх вмісті більш 100 мг/л циркуляційні

води стають корозійно-агресивним електролітом. Апарати харчових виробництв піддаються періодичній дії

агресивних миючих і дезинфікуючих розчинів: 2%-ної сульфатної кислоти, 2%-ної хлоридної кислоти, 3%-

ної нітратної кислоти, 0,2–0,5%-ного калію перманганату та ін. Найагресивнішу дію на технологічні апарати

і збірники дезинфікуючих розчинів надають кислотні дезинфектори. При експлуатації харчового

устаткування 80% ремонтного фонду витрачається на ліквідацію наслідків корозії металів, що складає

близько 2 % від вартості основних виробничих фондів [1-3].

Прокородовані метали змінюють свій мікрорельєф, збільшуючи невиробничі втрати цінної

продукції, а також трудові витрати на очищення, мийку і дезинфекцію машин, апаратів, агрегатів,

трубопроводів. Крім того, частки зруйнованого металу можуть потрапляти в продукцію, погіршуючи її

смакові якості і санітарно-гігієнічні характеристики.

Мета роботи – дослідити вплив робочих середовищ на сталеві поверхні технологічного і

допоміжного устаткування харчових підприємств.

Результати дослідження

Основним середовищем більшості харчових виробництв є питна вода. Існує безліч причин виходу з

ладу трубопроводів і обладнання із-за внутрішньої корозії, основною з яких є висока корозійна агресивність

води. Відомо також широке застосування кислих середовищ. Так, карбонові кислоти вживаються в харчовій

промисловості як консервуючі засоби і для додання продуктам і блюдам приємного кислуватого смаку.

Наприклад, лимонну, молочну, винну, оцтову, яблучну, сорбінову кислоти використовують при

виготовленні кондитерських виробів, безалкогольних напоїв, харчових концентратів (желе, киселі), варення,

компотів, соусів і ін. Тому в якості робочих середовищ досліджували питну воду, харчові кислоти та

хлоридну кислоту як дезинфектор.

Корозійні випробування проводили на зразках сталі 20 гравіметричним та електрохімічним (потенціостат

П-5827) методами при 291-293 К [4]. Статичні вагові дослідження проводили на зразках сталі у вигляді

прямокутних пластинок розміром 50 22 3 мм Поверхню зразків послідовно шліфували на

дрібнозернистому папері марок Р 240 – Р 1200, промивали в проточній воді і знежирювали. Після експозиції

поверхню зразків звільняли від продуктів корозії, промивали проточною водою, висушували, знежирювали і

зважували. Швидкість корозії оцінювали за формулою:

Кm = (m1 – m2)/ S ,

де: Кm – швидкість корозії, г/(м2

год); m1 – маса зразка до випробування, г ; m2 – маса зразка після

випробування, г ; S – площа поверхні зразка, м2 ; – тривалість дослідження, години.

Оцінку корозійної активності харчових кислот порівнювали з агресивною дією хлоридної кислоти,

яка використовується як дезинфікуючий розчин для апаратів харчових виробництв. За результатами

електрохімічних та гравіметричних досліджень (рис. 1, табл. 1, 2) видно, що найбільш агресивну дію має 1н

HCl, а меншу корозійну активність виявляє 1н оцтова кислота – швидкість корозії 1н HCl у 15,5 разів

більша. Лимонна і винна кислоти мають близькі значення Кm, які в 4,4 рази менші ніж у 1н HCl і у 3,5 разів

більші ніж у оцтової кислоти. Цікаві результати показала щавелева кислота: на поляризаційній кривій в

анодній області, де відбувається активне розчинення металу в результаті корозії, спостерігається

формування пасивного стану поверхні металу при Еа= -0,14 В – утворюється захисна плівка. Тому за

результатами гравіметричного методу, який дає змогу оцінити сукупну дію електрохімічної і хімічної

корозії, щавелева кислота знаходиться на другому місці після оцтової кислоти (табл. 1) як менш агресивна.

Тоді як за значеннями густини струмів корозії (ік, A/м2) з поляризаційних кривих на катоднх ділянках

спостерігається висока корозійна активність. Порівняльні результати за ік (A/м2): 1н HCl – 35,62; 1н

щавелева – 26,92; 0,1 н HCl– 15,49; 1н винна – 7,76; 1н лимонна – 6,17; 1н оцтова – 4,17.

Питна вода (за 3 доби) виявляє значно меншу корозійну агресивність порівняно з досліджуваними

розчинами кислот (за 1 добу): у 220 разів відносно 1н HCl; у 50 разів відносно лимонної і винної кислот; у

27 разів відносно щавелевої кислоти; у 14 разів відносно оцтової кислоти.

Рис. 1. Поляризаційні криві сталі 20 у розчинах кислот

Таблиця 1

Корозійна активність кислот на сталі 20

Кислота (1 доба) Δm, г

Кm,

г/(м2/год)

HCl (1 н) 0,19973 3,65004

HCl (0,1 н) 0,09665 1,92683

Лимонна (1 н) 0,0455 0,83151

Винна (1 н) 0,04508 0,82383

Щавелева (1 н) 0,0246 0,44956

Оцтова (1 н) 0,01288 0,23538

Таблиця 2

Корозійна активність води на сталі 20

H2O Δm, г Кm, г/(м2/год)

3 доби 0,00273 0,01663

8 діб 0,01685 0,03849

10 діб 0,0202 0,04705

Висновки

Досліджено вплив робочих середовищ харчових підприємств на корозійні процеси сталі 20. Найбільшу

агресивність дії має хлоридна кислота: в 15,5 разів більша за оцтову, в 8,1 разів – за щавелеву, в 4,4 рази – за

лимонну і винну кислоти.

Подальші дослідження будуть спрямовані на розробку і застосування безпечних інгібіторів для захисту

обладнання харчових підприємств від корозіїї.

Література

1. Роменский Н.П., Супрунчук В.К., Прейс Г.А. Защита от коррозии оборудования пищевой промышленности. –

Киев: Техника, 1981. – 152 с.

2. Материалы и оборудование для предприятий, перерабатывающих плоды и ягоды. Под ред. Литовченко А.М.

– Днепропетровск, 2000г. – 224с.

3. Кавецкий Г.Д. Воробьева А.В.Технологические процессы и производства (пищевая промышленность).– М.:

Колос, 2006 – 367с.

4. Фрейман Л.И., Макаров В.А., Брыксин И.Е. Потенциостатические методы в коррозионных исследованиях в

электрохимической защите. – Л.: Химия, 1972. – 240 с.

УДК 677.494.017.85

АНАЛІЗ СТАНУ ЗАБРУДНЕНОСТІ ПОВІТРЯ РОБОЧОЇ ЗОНИ АПАРАТНИКІВ ФОРМУВАННЯ

ПОЛІАМІДНИХ НИТОК

Т.В. Сіра, ст. гр. ОА-101, В.О. Шукаєва, ст. гр. ОА-101

Науковий керівник: к.т.н., асистент кафедри харчових технологій, хімії та БЖД Денисова Н.М.

Останнім часом в Україні різко загострилась і викликає серйозну стурбованість проблема професійної

захворюваності, особливо в хімічній промисловості з її підвищеним рівнем професійних захворювань органів

дихання та загальним щорічним 20% приростом їх кількості. Однією з найбільш проблемних галузей в цьому

питанні є виробництво хімічних волокон, серед яких домінують синтетичні, частка яких складає 79%, а

виробництва технічних ниток – 85 %. Серед синтетичних волокон поліамідні (поліамідні та анидні) складають

26,4% від загальної кількості світового виробництва. На території СНД, в тому числі в Україні, найбільш

розвиненим є виробництво поліамідних волокон. Їх випускає низка підприємств, серед яких ВАТ Чернігівське

„Хімволокно‖, найбільше в Європі, Харківський завод „Полімер контейнер‖, а також ряд фірм що виникли на

базі Київського та Житомирського заводів хімволокон.

Технологія виробництва поліамідних ниток включає процес формування, в якому розплавлений полімер

продавлюється крізь капіляри фільєри та охолоджується кондиційованим повітрям в обдувних шахтах. Обдувне

повітря забруднюється частками капролактаму (КЛ) та низькомолекулярними сполуками його полімеризації

(НМС), що виділяються з гарячої нитки на шляху формування. Забруднена повітряна суміш направляється у

робочу зону, з концентрацією, яка часто перевищує ГДК (ГДКкл=10мг/м3). Слід зауважити, що на виробництвах

Євросоюзу ГДКкл = 5 мг/м3 (пари, аерозоль), що встановлено внаслідок введення в дію нормативів за

Директивою 2000/39/СЕ [1]. В результаті зростає кількість захворювань органів дихання апаратників

формування - на 10-12 % кожен рік. Захворюваність на таких дільницях на 50 % вища, ніж по підприємству в

цілому.

Така ситуація обумовлена з одного боку значною кількістю шкідливих речовин в повітрі, а з іншого –

тривалістю роботи в умовах підвищених рівнів забрудненості повітря. Крім того необхідно враховувати, що

накопичення в організмі шкідливих речовин, навіть коли їх концентрація в повітрі нижче ГДК, веде до змін на

клітковому рівні та зменшенню тривалості життя на 3-7 років. До цього ж треба додати, що відходи хімічної

промисловості шкідливі та небезпечні не тільки для працюючих, але й для навколишнього середовища.

Рішення цієї проблеми відповідає пріоритетам державної політики Україні в галузі охорони праці, що

базується на принципі збереження життя і здоров'я працівників, повної відповідальності роботодавця за

створення належних, безпечних і здорових умов праці. Тому зниження рівнів забрудненості повітря на дільниці

формування поліамідних ниток є актуальною науково технічною задачею, що повністю відповідає вимогам

законодавства України.

Інженерні методи вирішення цієї проблеми передбачають використання засобів індивідуального захисту

або встановлення формувальних машин закритого типу [1]. Ці методи мають ряд недоліків. Постійне

використання засобів індивідуального захисту органів дихання працівниками веде до появи помилок та

дискомфорту в обслуговуванні машин. Наслідком цього є зниження працездатності працюючих. Основними

недоліками закритих шахт є перешкоди в обслуговуванні та управлінні технологічним процесом, неповне

видалення НМС з робочої зони (15% від їх загальної кількості відносяться з ниткою у відділення намотування),

складність очищення великих об’ємів обдувного повітря (350 – 500 м3/год замість 60 – 70 м

3/год – у відкритих

шахтах) та висока собівартість самої конструкції. Все це обмежує їх використання, тому у виробництві

багатотоннажних поліефірних та анідних (нейлон 6,6) ниток використовуються тільки відкриті шахти. Так на

території пострадянського простору існує більше 20 великих виробництв синтетичних ниток, в тому числі 15

поліамідних, що були обладнані шахтами відкритого типу. Провідні закордонні фірми випускають і

використовують конструкції формувальних машин обох типів.

Недоліки інженерних методів потребують розробки нового ефективного підходу до сумісного

впровадження удосконалених інженерних та технологічних методів, що гарантують збереження здоров’я

працюючих при забезпеченні економічної ефективності виробництва. Залучення принципово нових

технологічних методів для зменшення виділень забруднюючих речовин при формуванні поліамідних ниток є

пріоритетною науково-практичною задачею, що потребує свого негайного вирішення. Для цього необхідним є

комплексний підхід, що включає:

- зменшення викидів з обдувних шахт в робочу зону, шляхом розробки нових технологічних режимів, що

не знижують якість ниток;

- зниження рівнів забрудненості на дільниці формування шляхом підвищення ефективності роботи

існуючих систем;

- зменшення негативного впливу забруднень при перебуванні апаратників в робочій зоні та на дільниці

формування ПА ниток.

Література

1. Денисова Н.М. Зниження забрудненості повітря робочої зони при формуванні поліамідних ниток. Автореф.

дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук: спец. 05.26.01 - охорона праці / Н.М. Денисова. - К., 2010. – 20

с.

ПІДСЕКЦІЯ ФІЗИКИ

УДК 629.017

ВИДИ ДВИГУНІВ СУЧАСНИХ АВТОМОБІЛІВ

Р.Гламазда студент гр. АТ- 091

Чернігівський державний технологічний університет

Науковий керівник: ст. викладач кафедри фізики Бивалькевич М. О.

Поштовхом до створення гібридних авто стала не тільки економія пального , а більш за все проблеми

забруднення навколишнього середовища та глобального потепління. Гібридне авто – це те , яке приводиться в

рух не тільки за допомогою бензину , але і за допомогою аккумулятора. Такі автомобілі зменшують викиди

шкідливих речовин в атмосферу на 90%.Приведено обзір різних типів гібридних автомобілів,їх основних

характеристик,переваг і недоліків.

Проаналізовано можливий шкідливий вплив сильних магнітних полів сучасних гібридних авто на

здоров'я людини-водія і пасажирів.

Розглянуто вид екологічно-чистих автомобілів: це електромобілі. Такі автомобілі не набули масового

випуску з-за складності обслуговування.Приведений порівняльний аналіз бензинового і електромобіля.

Як альтернатива гібридним авто і електромобілям , були створені автомобілі на водневому паливі і на

воді. У водневих автомобілях водень не спалюється у двигуні внутрішнього згоряння , а використовується в

паливних елементах для прямого вироблення електрики. Автомобіль , який використовує воду в якості палива

представила Осаці (Японія ) компанія Genepax. Одного літра води достатньо , щоб їхати протягом годин из

швидкістю 80 кілометрів за годину. Також приведено характеристики різних двигунів , установок для

одержання водню , а також види заправочних станцій.

Приведена інформація про створений в Росії гібридний автомобіль («Е»-мобіль). Силова установка

«Е»-мобіля – це комбінований з електрогенератором роторно-лопастний двигун , який працює на бензині і

зрідженому природному газі. Електрична трансмісія з повним або з переднім приводом (по одному

безколекторному двигуну на кожну вісь) , з системою рекуперації енергії і накопичувач у вигляді

суперконденсатора ємністю 4,8 фарад.

Література

1. Вахламов В. К. Автомобили. Эксплуатационные свойства. – М.: Издательский центр ―Академия‖, 2006 г. –

240 с.

2. Гришкевич А. И. Автомобили: Теория – Мн:Выш. шк. 1986 г. – 208 с.

УДК 004.353

254.3

LCD МОНИТОРЫ – ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ

К. Кипароидзе студент гр. КІ-102

Черниговский государственный технологический университет

Научный руководитель: ст.преп. кафедры физики Журко В.П.

Монитор – это устройство, предназначенное для визуального отображения информации. В настоящее

время существуют компьютерные мониторы разнообразных форм, цветов и дизайна. Однако, основываясь на

технологиях, используемых в изготовлении компьютерных мониторов, их можно в целом разделить на два

типа. К ним относятся CRT (электронно-лучевая трубка) и LCD мониторы (Liquid Crystal Display).

В работе рассмотрены устройство и принцип действия мониторов CRT, проанализированы их

преимущества и недостатки. Но в настоящее время все больше используются LCD мониторы, которые имеют

ряд существенных преимуществ по сравнению с мониторами на базе ЭЛТ.

Рассмотрены физические основы LCD мониторов, в частности классификация жидких кристаллов и

механизм их использования для формирования изображения LCD мониторов.

Приведены рисунки и схемы, поясняющие принцип действия LCD мониторов. Детально рассмотрены

такие физические явления как поляризация света, вращение плоскости поляризации.

Полноценный монитор с ЖК-дисплеем состоит из электроники, обрабатывающей входной

видеосигнал, ЖК-матрицы, модуля подсветки, блока питания и корпуса с элементами управления. Именно

совокупность этих составляющих определяет свойства монитора в целом, хотя некоторые характеристики

важнее других.

Проанализированы важнейшие характеристики LCD мониторов, такие как разрешение, размер точки

(размер пикселя), соотношение сторон экрана(пропорциональный формат), контрастность, яркость, время

отклика, угол обзора, тип матрицы и др.

Проведен детальный анализ и дана сравнительная характеристика параметров LCD мониторов и

мониторов на ЭЛТ.

Предоставлена информация о новых разработках LCD мониторов.

Литература

1. Мухин И. А. Развитие жидкокристаллических мониторов // BROADCASTING Телевидение и

радиовещение: 1 часть — № 2(46) март 2005. С. 55-56; 2 часть — № 4(48) июнь-июль 2005. С. 71-73.

2. Мухин И. А., Украинский О. В. Способы улучшения качества телевизионного изображения,

воспроизводимого жидкокристаллическими панелями. Материалы доклада на научно-технической

конференции «Современное телевидение». Москва, март 2006.

3. Тюнин Н.А., Родин А.В. Современные мониторы. – М.:СОЛОН-ПРЕСС, 2007. – 152с.: ил.

4. Мельниченко И. FAQ по ЖК-мониторам / Д.Матвеев, Т.Янкина // Компьютерный еженедельник UP. -

2010. - № 1(453). – С. 26-27

УДК 523.6

РЕЛЬЄФНІ ОСОБЛИВОСТІ ПОВЕРХНІ ТА ФОРМА АСТЕРОЇДІВ

Каценко Т. С.

Науковий керівник: Ю.Є. Навроцький

Ліцей № 15

Дослідження фізичних властивостей астероїдів має фундаментальне значення для вирішення проблеми

походження й еволюції Сонячної системи. У зв’язку з освоєнням космосу і планованих польотів до малих

планет різко зросла потреба в інформації про фізичні характеристики астероїдів.

На даний момент в суспільстві багато уваги приділяється проблемі можливого зіткнення астероїдів

різного розміру із Землею, необхідності побудови глобальної системи спостереження та оповіщення про

небезпечні астероїди, методи протидії зіткненням.

В даній роботі було досліджено, як впливає на вигляд кривої блиску астероїда різні геологічні

утворення, а саме: гірські утворення, кратери, фотометрична неоднорідність поверхні астероїда, а також як

змінюється крива блиску від кута аспекту. Дослідження проводилися на зібраній власноруч установці. За

базову модель астероїда взяли тривісний еліпсоїд на якому моделювались ті чи інші геологічні утворення та

фотометричні неоднорідності. Для різних моделей астероїдів були отримані їх криві блиску при різних кутах

аспекту.

Після аналізу отриманих даних було встановлено з деякою ймовірністю форми таких астероїдів:

92Undina, 599Luisa, 551Ortrud, 216Kleopatra, 1602Indiana, 559Nanon, 8Flora, 6446Chruanta.

Крива блиску астероїда Вигляд астероїда

Модель 7в при куту аспекта 900

Модель 7в при куту аспекта 700

Модель 7є при куту аспекта 800

Модель 7ж при куту аспекта 800

(світла гора)

Модель 7б при куту аспекта 700

Модель 7й при куту аспекта

800(світла пляма)

УДК 621.039

539.1

АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА ЯПОНИИ

Н.А.Колганов, студ. гр. ПЭ-101

Черниговский государственный технологический университет

Научный руководитель: канд. техн. наук, ст. преп. кафедры физики Ушаков В.Г.

Проблема обеспечения энергетическими ресурсами является для Японии весьма острой. Не имея

собственных природных запасов угля, нефти, урана, Япония вынуждена импортировать почти все

потребляемые энергоресурсы, оставаясь в зависимости от других стран. Учитывая это, правительство страны

прилагает усилия, чтобы обратить в свою пользу изменения, происходящие на мировых рынках топлива и

сырья. Сегодня Япония вынуждена обеспечивать около 80% своих потребностей в энергии за счѐт импорта.

Еще в середине 50-х годов 20-го века энергетика Японии была переориентирована на использование нефти

вместо угля. Однако, мировые энергетические кризисы 70-х годов, многократное подорожание нефти привело к

оживлению поисков альтернативных энергоисточников, в особенности к использованию атомной энергии.

Атомная энергетика в меньшей степени, чем тепловая, подвержена колебаниям мировых цен на топливо, а

производство электроэнергии на АЭС связано с наименьшими затратами.

В ХХ веке АЭС строились с расчетом на использование в качестве ядерного горючего главным образом

изотопа 235

92U . Однако его содержание в составе естественной смеси изотопов составляет всего 0,7%, причем

для его выделения нужна весьма сложная и трудоемкая работа.

Во второй половине ХХ в. атомная энергетика Японии базировалась на корпусных ВВЭР, которые

продолжают действовать до настоящего времени. Это достаточно надѐжная конструкция реакторов.

Однако, есть еще одно направление, которое способно обеспечить человечество энергией на

ближайшее 1000-летие. Это реакторы на быстрых нейтронах, или воспроизводящие реакторы, так называемые

реакторы-размножители (бридеры). В воспроизводящих реакторах на каждое разделившееся ядро образуется

больше одного нового делящегося ядра. В среднем на 100 разделившихся ядер образуется 140 новых.

Образование новых делящихся ядер происходит либо из 238

92U , входящего в состав природного урана

(образуется 239

94 Pu ), либо из специально вводимого в реактор 232

90Th , из которого получают изотоп 233

92U .

Для Японии использование реакторов-размножителей означает возможность уменьшить зависимость

от привозного природного урана за счет многократного использования плутония. Собственного урана Япония

не имеет.

Уже в 70 – 90-х гг. ХХ в. в Японии были построены и пущены первые промышленные реакторы на

быстрых нейтронах, к числу которых принадлежат и реакторы на АЭС «Фукусима-1» и «Фукусима-2».

Предполагалось, что развитие реакторов-размножителей в Японии станет основной программой выработки

электроэнергии в ХХІ веке.

В настоящее время около 30% электроэнергии страны обеспечивается за счѐт 54 реакторов, а к 2017 г.

этот показатель должен был возрасти до 42%. Сегодня у Японии имеется полный топливный цикл,

базирующийся на получении плутония 239

94 Pu из дешевого 238

92U в реакторах-размножителях на быстрых

нейтронах.

Возникший инцидент на атомной электростанции «Фукусима-1» существенно поколебал в Японии и за

ее пределами прежнюю уверенность в полной безопасности атомной энергетики. Правительство Японии

заявило, что приостанавливает на неопределенное время текущую работу над долгосрочными планами развития

атомной отрасли. Эта приостановка, возможно, связана с изменения политики страны в этой сфере. Вместе с

тем, на сегодняшний день сохраняется прежний принципиальный подход – атомная энергетика является

«ключевым источником получения электроэнергии и исключительно важна как мера против глобального

потепления, как средство стабильного обеспечения Японии энергией». После тяжелейшей аварии на атомной

электростанции «Фукусима-1» подход правительства к развитию атомной энергетики должен быть выработан

вновь с учетом всех трех факторов стихийного бедствия, обрушившегося на Японию: землетрясения, цунами и

разрушения атомной электростанции.

Литература

1. Физический энциклопедический словарь/Гл. ред. А.М. Прохоров. – М.: Сов энциклопедия, 1983.

– 928 с. ил.

2. Радиация. Дозы, эффекты, риск: Пер. с англ. – М.: Мир, 1988. – 79 с., ил.

3. Мухин К.С. Экспериментальная ядерная физика. В двух томах. Т.1. Физика атомного ядра. – М.:

Атомиздат, 1974. – 584 с.

4. Наука и жизнь, 1990, №4, С. 65 – 73.

УДК 523.6

ЗАСТОСУВАННЯ ОРБІТАЛЬНИХ ТРОСОВИХ СИСТЕМ

М.С. Кохан, учень 10 кл.

Науковий керівник: вчитель фізики та астрономії ліцею №15 Богдан В.В.

Сучасна, ракетна техніка близька до меж своїх технічних можливостей. Саме тому виникає потреба в

створенні нових космічних технологій. Як один із варіантів ─ це динамічна космічна тросова система, тобто два

масивних блоки з’єднаних довгими тонкими гнучкими елементами ─ тросами довжиною в десятки, або навіть у

сотні кілометрів. Така система обертатиметься навколо своєї осі, й одночасно рухатиметься по орбіті в площині

земного екватора.

Принцип такої системи в тому, що корабель-вантаж отримує додаткову кінетичну енергію, тобто

збільшує свою швидкість за рахунок енергії тросової системи. Енергія в системі, в свою чергу поповнюється за

рахунок дії сили Ампера, яка виникатиме, якщо пропускати в тросі струм за допомогою сонячної батареї.

Електричне коло в тросі замикатиметься за рахунок навколоземної плазми.

Схема роботи:

В початковий момент, коли вантаж підлітає до системи, він захоплюється кінцевим блоком. Для

вдалого захвату швидкість вантажу і лінійна швидкість кінцевих блоків відносно землі має бути однакова.

Тобто швидкість підльоту дорівнюватиме:

0VVV орбпідл

підлV ─ швидкість підльоту корабля відносно землі

орбV ─ швидкість руху центра мас системи по орбіті відносно землі. На тій висоті, на якій може

використовуватися ця система орбV майже дорівнює першій космічній швидкості.

0V ─ лінійна швидкість обертання кінцевих блоків до моменту зчеплення.

Коли система виконає півоберти вантаж відчіпляється. Якщо наприклад поставити ціль ─ розігнати

корабель до другої космічної швидкості, то:

орбK VVV 12

2KV ─ швидкість відриву корабля від системи відносно землі, вона дорівнює другій космічній

швидкості

1V ─ лінійна швидкість обертання кінцевих блоків після моменту зчеплення

Так як після зчеплення корабля з системою центр мас системи зміститься, відношення 1V до

0V залежатиме від відношення маси кінцевого блоку до маси вантажу. Це відношення можна знайти,

застосувавши закон збереження моменту імпульсу:

RVxRMVxRMmRVmM 210 )2()2)(()2(

M ─ маса кінцевого блоку

m ─ маса вантажу

x ─ зміщення центра мас

З цього випливає таке співвідношення:

початкова

орбіта центра

мас

нова орбіта

центра мас

1V

центр

системи

ω1 х

1V

2V

0V

ω0 центр

мас

0V

0V

2X

1V

2V

22

12

0

1

m

Mm

M

V

V

Чим більшим буде відношення мас, тим менше відрізнятимуться 1V

і 0V . Вже при значенні

відношення мас 10/1 01 95.0 VV . Зрозуміло, що значення відношення мас має бути достатньо високим, щоб

швидкість відриву була максимальною. В такому випадку 1V ≈0V . Тоді:

22 Корбпідл VVV

Таким чином, вантаж підлітає до системи зі швидкістю 4,6 км/с, а відлітає зі швидкістю 11,2 км/с,

причому на виконання даної операції не витрачається паливо.

Короткий розгляд можливостей використання тросових систем показує, що існує багато областей

космонавтики, де тросові системи змогли б знайти ефективне застосування. Більше того, деякі операції в

космосі можуть виконуватися тільки при їхньому використанні.

УДК 621.039

539.1

ФІЗИЧНІ ПРИЧИНИ АВАРІЇ НА ЧОРНОБИЛЬСЬКІЙ АЕС

І.В.Левченко, студ. гр. ЕМ-101

Чернігівський державний технологічний університет

Науковий керівник: асистент кафедри фізики Тепла Т.М.

Проблема безпеки ядерних реакторів є досить актуальна і в наш час. В реферативній доповіді

розглянуто питання, пов’язані з аварією на ЧАЕС, а саме, проведено огляд конструктивних особливостей

будови уран-графітного реактора великої потужності канального типу на теплових нейтронах, його

конструктивні недоліки, які були головною причиною ряду аварій на атомних електростанціях СРСР: 30

листопада 1975 р. на 1-му блоці Ленінградської АЕС, 9 вересня 1982р. на 1-му блоці Чорнобильської АЕС з

викидом радіації в навколишнє середовище, катастрофи на 4-му блоці ЧАЕС 26 квітня 1986 р., у квітні 1993 р

на 3-му блоці Ленінградської АЕС. Недоліки проекту РВПК багаторазово проявлялись в процесі експлуатації

ЧАЕС, Ігналінської АЕС.

Серцем ЧАЕС був Реактор Великої Потужності Канальний (РВПК), що використовував енергію

ядерної реакції (на теплових нейтронах) з використанням 238

U і 235

U та графіту як уповільнювача. Під час

ядерної реакції нейтрон, який, потрапляючи в ядро, ділить його на 2 частини і вивільняє нові нейтрони. В

ядерній фізиці для характеристики ланцюгової реакції поділу ядер введено коефіцієнт розмноження нейтронів

К – відношення кількості нових нейтронів, що утворилися після поділу, до кількості нейтронів, що були до

поділу. Для здійснення керованої ланцюгової реакції необхідно щоб К = 1. Під час ланцюгової реакції поділу

ядер урану виділяється велика кількість енергії у вигляді тепла, яка перетворюється в електричну. В якості

теплоносія у реакторі РВПК-1000 використовується вода. Головною особливістю РВПК є те, що завдяки своїй

будові він дозволяв використовувати заміну ядерного палива без зупинки реактора. Серце реактора являло

собою графітовий циліндр з технічними каналами, каналами з ТВС (тепловидільними системами) та каналами

для поглинаючих стержнів СУЗ ( системи управління і захисту). Для канальних реакторів характерна висока

економічність у плані побудови і роботи.

Передумови аварії. Після запуску 4-го блока ЧАЕС було вирішено поставити експеримент для

перевірки можливості роботи системи охолодження реактора при аварійному відключенні електропостачання

від самого реактора. Адже дизельні генератори могли почати подавати електроенергію лише через 2 – 3

хвилини. Отже було вирішено дослідити режим вибігу (обертання турбіни по інерції). Задля проведення

експерименту на 1,5 години була відключена Система Аварійної Зупинки Реактора та зменшена подача води в

активну зону реактора. Після проведеного експерименту була натиснута кнопка Аварійної Зупинки Реактора.

Аварія. Після натискання на кнопку АЗР стержні почали опускатися вниз з низькою швидкістю що

призвело до збільшення коефіцієнта К, що призвело до різкого нагрівання нижньої частини Активної Зони

реактора. А при зменшенні кількості води, що охолоджувала реактор, це призвело до розплавлення ТВС.

Частина палива диспергирувало в воду, що призвело до знищення більшості технічних каналів, а ніобій, який

входив до складу оболонок ТВС в реакції з водою і парою виділив велику кількість водню. При великому тиску

ця суміш вирвалася з активної зони реактора і вибухнула.

В доповіді наведено офіційну версію причин аварії. Приведено результати сучасного розрахункового

аналізу процесів, які супроводжували аварію. Представлені дані, отримані по 3 розрахунковим моделям:модель

1 (РНЦКІ), модель 2 (НДКІЕТ), модель 3 (ВНДІАЕС разом з КІЯД НАН України), висновки Міжнародної

консультативної групи з ядерної безпеки (INSAG). А також наведено окремі думки вчених, які досліджували

перебіг аварії і брали участь у її ліквідації щодо причин вибухів на 4 блоці ЧАЕС і їх природи.

Приведено перелік організаційних заходів обов’язкових для виконання на діючих АЕС з реакторами

РВПК і перелік робіт по зміні низки технічних рішень по підвищенню безпеки реакторів РБМК, які були

здійснені на всіх реакторах такого типу для підвищення рівня їх експлуатаційної безпеки.

Розвиток ядерної енергетики в Україні можливий за умови дуже високого рівень технологій, що

забезпечують безаварійну експлуатацію працюючих реакторів і тих які планується будувати на АЕС.

Література

1. Десять лет после аварии на Чернобыльской АЭС// Национальный доклад Украины. – Киев: Минчернобыль,

1996.

2. Доллежаль Н.А., Емельянов И.Я. Канальный ядерный энергетический реактор. – М.: Атомиздат, 1980.

3. Расчетно-пояснительная записка к техническому проекту РБМК//ИАЭ им. И.В.Курчатова, инв. №35-877 –

1966.

4. Ядрихинский А.А. Ядерная авария на 4 блоке Чернобыльской АЭС и ядерная безопасность реакторов

РБМК. – Курчатов, 1989.

5. Асмолов В.Г. Результаты исследования тяжелых аварий водоохлаждаемых реакторов//Атом.энергия. –

1994.

6. Подлазов Л.Н., Трехов В.Е., Чершаков Ю.М. и др. Расчетное моделирование аварии на четвертом блоке

Чернобыльской АЭС.

УДК 621.039

539.1

РЕАКТОР НА БЫСТРЫХ НЕЙТРОНАХ В ЯПОНИИ

К.С. Луцук, студ. гр. ПЭ-101

Черниговский государственный технологический университет

Научный руководитель: канд. техн. наук, ст. преп. кафедры физики Ушаков В.Г.

В настоящее время имеется много разнообразных конструкций ядерных реакторов, работающих на

тепловых, промежуточных и быстрых нейтронах.

В тепловых реакторах основная часть делений происходит под действием тепловых нейтронов, в

промежуточных реакторах – под действием нейтронов с промежуточной энергией (1 – 1000 эВ), а в быстрых –

под действием быстрых нейтронов – (>105 эВ).

Активная зона тепловых и промежуточных реакторов состоит из горючего и замедлителя.

Замедлителем могут быть графит, тяжелая и обычная вода (обычная вода не пригодна, если горючим является

природный, не обогащенный уран), бериллий и его окись, а также некоторые органические соединения.

Ядерные реакторы на быстрых нейтронах не содержат замедлителя.

В качестве ядерного горючего в реакторах используются 235

92U , 233

92U , 239

94 Pu , кроме того естественный

уран, содержащий 99,3% изотопа 238

92U и 0,7% изотопа 235

92U , а также естественный уран, обогащенный

изотопом 235

92U (до 2 – 5%).

Ядерное топливо используется в твердом, жидком и керамическом (окись, карбид) видах.

В воспроизводящих реакторах на каждое разделившееся ядро образуется больше одного нового делящегося

ядра. Образование новых делящихся ядер происходит либо из 238

92U , входящего в состав природного урана,

либо из специально вводимого в реактор 232

90Th , из которого получают изотоп 233

92U . Часто один и тот же

реактор служит для выполнения различных функций.

В ХХ веке АЭС строились с расчетом на использование в качестве ядерного горючего главным образом

изотопа 235

92U . Однако его содержание в составе естественной смеси изотопов составляет всего 0,7%, причем

для его выделения нужна весьма сложная и трудоемкая работа. Кроме того, энергозапас всего имеющегося на

Земле изотопа 235

92U примерно равен энергозапасу органического топлива, т.е. сравнительно невелик. Поэтому

наиболее перспективным для развития атомной энергетики в ХХI веке являются мощные АЭС (~ 1 ГВт

электрической мощности) с реакторами на быстрых нейтронах, в которых можно использовать в качестве

горючего 238

92U , содержащийся в естественном уране в количестве 99,3%, а также 232

90Th .

Наиболее более перспективным представляется получение больших количеств 239

94 Pu при

искусственном проведении реакций захвата нейтрона ядрами 238

92U непосредственно в активной зоне реактора.

Практически эту задачу предполагалось решать выделением плутония из урана, извлеченного из ядерного

реактора после достаточно длительной его работы.

По такому пути и планировалось развитие атомной энергетики Японии в ХХІ веке.

Литература

5. Физический энциклопедический словарь/Гл. ред. А.М. Прохоров. – М.: Сов энциклопедия, 1983.

– 928 с. ил.

6. Радиация. Дозы, эффекты, риск: Пер. с англ. – М.: Мир, 1988. – 79 с., ил.

7. Сивинцев Ю.В. Радиация и человек. – М.: Знание, 1987. – 64 с.

8. Справочник по ядерной физике: Пер. с англ./Под ред. Л.А. Арцимовича. – М.: Физматгиз, 1963. – 632 с.

9. Мухин К.С. Экспериментальная ядерная физика. В двух томах. Т.1. Физика атомного ядра. – М.:

Атомиздат, 1974. – 584 с.

10. Матвеев Л.В., Рудик А.П. Почти всѐ о ядерном реакторе. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 240 с., ил.

11. Вредные химические вещества. Радиоактивные вещества: Справ. изд./В.А. Баженов, Л.А. Булдаков,

И.Я. Василенко и др./Под ред В.А. Филова и др. – Л.: Химия, 1990. – 460 с.

12. Наука и жизнь, 1990, №4, С. 65 – 73.

УДК 620.3

УНІКАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ ГРАФЕНУ ТА ПЕРСПЕКТИВИ ЙОГО ВИКОРИСТАННЯ В

СУЧАСНИХ ТЕХНОЛОГІЯХ

О.Пишовець, студ. гр. КІ-103

Чернігівський державний технологічний університет

Науковий керівник: ст.викл. кафедри фізики Журко В.П.

Розглянуте широке коло питань, пов’язаних з властивостями нового матеріалу графену і перспективами

його використання в сучасних технологіях.

На сьогоднішній день графен – найбільш тонкий матеріал, відомий вченим, товщиною лише в один

атом вуглецю. Він ввійшов в підручники з фізики і в нашу реальність в 2004 році, коли дослідники із

Манчестерського університету Андрій Гейм і Костя Новосьолов змогли його отримати, використовуючи

звичайний скотч для послідовного відокремлення шарів від звичайного кристалічного графіту, відомого нам у

вигляді стержня від олівця. Важливий той факт, що лист графену товщиною всього в кілька ангстрем (1Å = 10–

10 м), вміщений на основу із оксидованого кремнію, можна побачити в потужний оптичний мікроскоп.

В роботі наведена історія відкриття графену, наведені різні способи його отримання. Зокрема

розглянутий спосіб механічного відокремлення шарів графену, коли плоскі зразки графіта вміщують між

стрічками скотчу і розділяють їх багато разів, створюючи дуже тонкі плівки (серед яких трапляються

одношарові і двохшарові, які і мають найбільше значення для подальших досліджень). Після відокремлення

скотч з тонкими плівками графіту (графен) притискають до основи оксидованого кремнію. Але при цьому

способі важко отримати плівку певних розмірів і форми в фіксованих частинах основи (горизонтальні розміри

плівок дорівнюють порядку 10 мкм). Тому цей спосіб не підходить для отримання графену у великій кількості

для досліджень або в перспективі для використання в промисловому виробництві. Розглянуті і інші методи

отримання графену, зокрема хімічні.

Популярність досліджень графену збільшується з кожним днем, тому що він має унікальні оптичні,

електричні, механічні і термічні властивості. Наприклад, багато вчених передбачають в найближчому

майбутньому ймовірну заміну кремнієвих транзисторів на більш економічні і швидкодіючі графенові.

Проведений аналіз оптичних, електричних, механічних і термічних властивостей графену, зокрема

таких як провідність , квантовий ефект Холла та ін.

За роботу по отриманню графену і дослідженню його основних властивостей А.Гейм і К. Новосьолов

отримали Нобелівську премію з фізики за 2010 р., що зайвий раз підкреслює важливість і перспективність цієї

тематики.

Стрімке зростання кількості досліджень в усьому світі на графені доводить, що це дійсно дуже

перспективний матеріал для широкого кола застосувань в різних технологіях, але до втілення їх в життя треба

ще побудувати багато теорій і провести не один десяток експериментів.

Література

1. Andre K. Geim, Philip Kim. Carbon Wonderland // Scientific American (2008). No. 4. P. 90–97. см.: Андре Гейм,

Филип Ким «Углерод — страна чудес» // «В мире науки». – 2008. – № 7.

2. Стріха М. Нобелівське визнання графену. Чим відповість Україна? // «Дзеркало тижня». – 2010. – № 37.

УДК 539.1

РАДІОЛОГІЧНЕ ЗАБРУДНЕННЯ ПРОДУКТІВ СПОЖИВАННЯ І ЙОГО ВПЛИВ НА

ОРГАНІЗМ ЛЮДИНИ

О.Сосой, студ гр. МА – 101

Чернігівський державний технологічний університет

Науковий керівник: ст. викладач кафедри фізики Бивалькевич М.О.

Головну небезпеку після Чорнобильської катастрофи представляють радіаційно забруднені продукти

споживання. Найважливішим принципом для забезпечення раціонального споживання продуктів є біологічне

правило вибіркового поглинання організмом схожих елементів. Це дає можливість встановлення бар’єру

надходження в організм основних радіоактивних елементів Чорнобильського викиду (стронцій-90, цезій-

137,йод-131,плутоній-239). Принцип вибіркового поглинання заснований на відомому біологічному факті ,

коли клітини організму людини насичуються необхідною поживною речовиною , таким чином зменшуючи

поглинання радіоактивних схожих елементів. Приведено перелік стабільних елементів , які блокують

поглинанню організмом радіоактивних елементів. Проведено аналіз впливу цих елементів на організм людини.

Приведено вміст блокировочних елементів в основних продуктах споживання , а також способи

зменшення концентрації радіонуклідів в цих продуктах (м'ясні продукти, риба, овочі та фрукти,молочні

продукти, яйця, картопля, гриби та ягоди). В основному це технологічна і кулінарна обробка при одержанні

готового до споживання продукту.

Також приведений обзір мети діяльності інституту радіаційної безпеки "БелРАД" та деяких приладів їх

виробництва,призначених для контролю радіологічного забруднення продуктів споживання (МКС/СРП-

08А,РУГ-92М). Прилад РУГ-92М забезпечує контроль рідких , сипучих , пастоподібних проб , подрібнених

продуктів споживання. Діапазон вимірювань : 11-103 Бк/кг , л.

Література 1. Министерство сельского хозяйства и продовольствия Республики Беларусь от 22 ноября 1995 г. "Система

радиационного контроля продуктов питания и сельскохозяйственной продукции Минсельхозпрода

Республики Беларусь".

2. Материалы информационного бюллетеня №28 "Радиационный мониторинг жителей и их продуктов питания

в Чернобыльской зоне Беларуси" из серии "Чернобыльская катастрофа" (Минск, 2005 г.).

3. Радиация. Дозы, эффекты, риск: Пер. с англ. – М.: Мир, 1988. – 79 с., ил.

УДК 543.3

УНІКАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ ВОДИ ТА ЇХ ВИКОРИСТАННЯ

А.Трикашний, студ. гр. КІ-101

Чернігівський державний технологічний університет

Науковий керівник: канд. фіз.-мат. наук, доцент Сатюков А.І.

Розглянуто широке коло питань, пов’язаних з властивостями води як на молекулярному так і на

макроскопічному рівні.

Проведено огляд особливостей будови молекули води як сполуки двох атомів кисню та атому водню.

Звернуто увагу на електричні, механічні особливості молекули води. Окремо відмічені ізотопні варіанти

молекули води та порівняні характеристики води як наслідок таких варіантів.

Розглянуто унікальні властивості води як речовини.

Звернуто увагу на існування декількох температур при яких вода знаходиться в мікрокристалічній фазі

(довжина ланцюжків молекул при цьому складає 0,2 – 0,3 нм) – 0, 15, 30,45, 60, 100 °С та відповідність

інтервалам між цими температурами багатьох природних процесів. Середини інтервалів 0 – 15 °С – оптимальне

проростання насіння, 15 – 30 °С – найкращий розвиток холоднокровних тварин, комах то ґрунтових

мікроорганізмів, 30 – 45 °С – температура теплокровних тварин і людини. До того ж саме на 36,79 °С припадає і

мінімальна теплоємність води.

Вода має велике значення теплоємності, що визначає порівняну стабільність температурних добових

коливань на нашій планеті. У води найбільше значення коефіцієнту поверхневого натягу серед усіх рідин після

ртуті, а це визначає ефективність численних капілярних явищ в рослинному світі.

Інтерес викликають і процеси переходу води в тверду фазу. Як відомо за звичайних умов при

температурі нижче 0 °С утворюється лід. Він має кристалічну гексагональну структуру, а густину дещо менше

за 1 г/см3. Зміна умов, в яких рідка вода переходить в тверду фазу приводить до появи льоду з іншими

властивостями. У вакуумі може утворитись аморфний лід з густиною 2,3 г/см3. В умовах підвищення тиску в

інтервалі від 200 до 900 МПа з’являються 7 модифікацій льоду. Вони мають велику твердість, а температура

плавлення набагато перевищує звичні 0 °С.

Це може створювати певні проблеми. Наприклад, поява такого льоду можлива в підшипниках, або

інших механізмах, а це призведе до зменшення строку їх роботи. При наявності вуглеводнів, особливо метану,

утворюються тверді сполуки - газогідрати. Температури плавлення їх може перевищувати 20 °С. Їх наявність

може зменшити пропускну спроможність газопроводів, або погіршити віддачу газосховищ.

Окрему увагу приділено урахуванню згаданих вище властивостей при використанні води в різних

галузях техніки. Наприклад:

Вода – чудовий розчинник. Водні розчини широко використовуються у багатьох галузях – будівельній,

хімічній, харчовій, медичній і т.д.

Обробка води магнітним полем значно зменшує утворення накипу при її кипінні. Ця технологія

застосовується в теплоенергетиці.

Вода з великим вмістом дейтерію («важка вода») ефективно сповільнює нейтрони і є одним з головних

компоненті ядерних реакторів на швидких нейтронах. Такі реактори не потребують наявності величезних мас

графіту для роботи.

Механічні характеристики молекули води вплинули на вибір робочої частоти систем НВЧ нагріву

(побутовий варіант – мікрохвильова пічка). Змінне електричне поле як компонент НВЧ електромагнітної хвилі

змушує молекули води безперервно змінювати орієнтацію в просторі, адже молекула є електричним диполем.

Таким чином остання набуває кінетичну енергію обертального руху і речовина нагрівається. Зростання частоти

істотно збільшує ефективність цього процесу. Але момент інерції молекули обмежує максимальну частоту,

оскільки молекула просто не «встигає»за полем. Виходячи з цього для систем НВЧ нагріву обрано робочі

частоти в межах 2,4 – 2,5 ГГц.

Література

1. Рассадкин Ю.П. Вода обыкновенная и необыкновенная. – М.: Галерея СТО, 2008. – 840 с.

2. Кульский Л.А, Даль В.В, Ленчина Л.Г. Вода знакомая и загадочная. – К.: Рад. школа, 1982. – 120 с.

3. Харвей А. Техника сверхвысоких частот. – М.: Советское радио, 1965. – 774 с.

УДК 621.039

539.1

КСЕНОНОВОЕ ОТРАВЛЕНИЕ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА И

«ЙОДНАЯ ЯМА»

Фесенко А.П., студ. гр. ПЭ-101

Черниговский государственный технологический университет

Научный руководитель: канд. техн. наук, ст. преп. кафедры физики Ушаков В.Г.

Большинство новых физических эффектов, обнаруженных при пусках и эксплуатации первых ядерных

реакторов, было связано с изменением свойств реактора по мере выгорания ядерного топлива.

Рассмотрена краткая история открытия деления ядер урана, возникающего под действием нейтронов,

начиная с опытов Ферми по изучению искусственной радиоактивности, а также физико-химические свойства

продуктов деления урана и трансурановых элементов.

Дальнейшие исследования показали, что при делении ядер 235

92U , 233

92U ,239

94 Pu тепловыми

нейтронами выход осколков резко асимметричен по массе: среднее значение отношения масс легких и тяжелых

осколков равно 2:3. Среди продуктов деления оказалось много ядер, которые обладают сравнительно большой

способностью поглощать нейтроны. Одним из таких изотопов является 135

54 Xe , имеющий аномально большое

сечение поглощения тепловых нейтронов (σ = 2,4 млн. барн). Изотоп 135

54 Xe накапливается в реакторе как

непосредственно при делении ядер урана, так и в результате β-распада изотопа 135

53 I , который также образуется

непосредственно в процессе деления урана, причем в относительно больших количествах. Выход 135

53 I при

делении γ ≈ 6%, что соответствует наибольшим выходам среди всех продуктов деления. Накопление 135

54 Xe в

зоне цепной реакции ведет к уменьшению реактивности –«ксеноновому отравлению» реактора.

При работе реактора на постоянной мощности (при больших потоках нейтронов) концентрация 135

54 Xe

в зоне реакции практически не зависит от потока нейтронов и остается намного меньше концентрации 135

53 I .

Совсем иная картина складывается в случаях самопроизвольного или запланированного изменения

мощности реактора. При остановке реактора (или снижения уровня мощности) сначала концентрация 135

54 Xe

возрастает, достигает максимума, а потом начинает падать, экспоненциально стремясь к нулю (рисунок 3). Этот

процесс в физике реакторов называется «йодной ямой». Пока концентрация 135

54 Xe не вернется к значению,

которое она имела до снижения мощности, в реакторе недостает реактивности для безопасной работы.

Время пребывания реактора в «йодной яме» составляет около полутора суток. В течение этого времени

попытки возобновить работу реактора за счет извлечения из зоны реакции поглотителя нейтронов (кадмиевых

стержней) переводят реактор в состояние неустойчивого равновесия, что, как правило, заканчивается

неконтролируемым разгоном реактора и аварией на АЭС.

Литература

1. Физический энциклопедический словарь/Гл. ред. А.М. Прохоров. – М.: Сов энциклопедия, 1983.

– 928 с. ил.

2. Радиация. Дозы, эффекты, риск: Пер. с англ. – М.: Мир, 1988. – 79 с., ил.

3. Сивинцев Ю.В. Радиация и человек. – М.: Знание, 1987. – 64 с.

4. Справочник по ядерной физике: Пер. с англ./Под ред. Л.А. Арцимовича. – М.: Физматгиз, 1963. – 632 с.

5. Мухин К.С. Экспериментальная ядерная физика. В двух томах. Т.1. Физика атомного ядра. – М.:

Атомиздат, 1974. – 584 с.

6. Матвеев Л.В., Рудик А.П. Почти всѐ о ядерном реакторе. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 240 с., ил.

7. Вредные химические вещества. Радиоактивные вещества: Справ. изд./В.А. Баженов, Л.А. Булдаков,

И.Я. Василенко и др./Под ред В.А. Филова и др. – Л.: Химия, 1990. – 460 с.

8. Иродов И.Е. Задачи по общей физике. – М.: Наука, 1979. – 368 с., ил.

УДК 004.8

СТВОРЕННЯ СИСТЕМ ШТУЧНОГО ІНТЕЛЕКТУ.

НЕЙРОМЕРЕЖЕВІ ТЕХНОЛОГІЇ

Ю.Є. Шоломій, ст. гр. КІ-104

Чернігівський державний технологічний університет

Наукові керівники: доцент кафедри фізики Рогоза А.В., ас. кафедри фізики Тепла Т.М.

На самому початку комп’ютерної ери в середині XX ст. були запропоновані різні варіанти принципів

дії та архітектури електронно-обчислювальних машин. Одним з них є архітектура машини фон Неймана, яка є

основою більшості сучасних комп’ютерів. Складовими архітектури такої машини є пам’ять, арифметично-

логічний пристрій, пристрій контролю і керування та пристрій введення та виведення інформації. В сучасних

ЕОМ арифметичний блок та блок керування поєднані в одній мікросхемі, яка називається центральним

процесором. Але існує ще одна архітектура, яка в останні роки все більше розвивається та знаходить нові сфери

використання – ЕОМ на основі нейромережевих та нейрокомп’ютерних технологій.

Нейронні мережі та нейрокомп’ютери – це один із напрямів комп’ютерної галузі, в основі якої лежить

ідея створення штучних інтелектуальних пристроїв подібних до людського мозку. Метою засновників

нейрокібернетики було створення електронних пристроїв, структурно та функціонально подібних до людського

мозку [1].

Розглянемо структуру людського мозку. Людський мозок складається з білої та сірої речовини: біла

речовина – це тіла нейронів, а сіра – нервові волокна. Кожний нейрон складається з трьох частин: тіла клітини,

дендритів та аксона. Нейрон отримує інформацію через свої дендрити, а передає її далі через аксон, який

розгалужується на тисячі синапсів – нервових ниток, які з’єднують нейрони між собою. Найпростіший нейрон

може мати до 10000 дендритів, що приймають сигнали від других клітин. Кожен нейрон зв’язаний з 103…10

4

іншими нейронами. Таким чином, біологічна нейронна мережа такої структури містить в собі 1014

..1015

взаємозв’язків.

Нейрон може перебувати у двох станах – збудженому та не збудженому. У збуджений стан нейрон

переходить під дією електричних сигналів, що надходять до нього з інших нейронів, коли ця дія досягає певних

значень. Взаємодія між нейронами відбувається за допомогою коротких серій імпульсів, частота яких становить

від декількох одиниць до сотень герц. Ця частота значно менша за частоту сучасних мікросхем, але багато

складних операцій, таких як розпізнавання зорового образу, людина виконує за декілька сотень мікросекунд. Це

досягається за рахунок того, що мозок людини запускає паралельні програми, які одночасно виконують

обробку інформації. Відомо, що загальна кількість нейронів протягом життя людини не змінюється, а в різних

людей кількість нейронів приблизно однакова. Відмінність полягає у силі синаптичних зв’язків, тобто у

величині електропровідності нервових волокон, що з’єднують нейрони. На цьому твердженні заснована

гіпотеза про те, що всі наші думки, знання, емоції закодовані в виді сил синаптичних зв’язків між нейронами. З

урахуванням кількості зв’язків – а саме 1014

…1015

, можна встановити, що саме таку розмірність має матриця

кодів інформації, що зберігається у мозку. Процес навчання людини полягає у безперервному корегуванні цих

зв’язків [1].

Тепер розглянемо цифровий логічний рівень архітектури комп’ютера. Основою сучасної комп’ютерної

техніки є цифрові схеми. Цифрова схема - це схема, яка має тільки два логічних значення - 0 та 1. Зазвичай

сигнал від 0 В до 1 В приймають за значення 0, а сигнал від 2 В до 5 В за 1. Напруга за межами вказаних

значень має виключатись як можлива напруга. Сучасна комп’ютерна техніка базується на невеликих

електронних пристроях, які називаються вентилями. Основою цифрової логіки є те, що транзистор може

функціонувати як дуже швидкий бінарний перемикач. Транзистор має три контакти: колектор, базу та емітер.

Якщо вхідна напруга Vin є нижчою певного критичного значення, то транзистор вимикається і діє як великий

опір. Це приводить до вихідного сигналу Vout, близькому до напруги Vcc, що подається ззовні, наприклад +5В.

Якщо Vin перевищує критичне значення, то транзистор вмикається і діє як провідник, викликаючи заземлення

сигналу Vout (0 В). Тобто якщо напруга Vin низька, то напруга Vout буде високою, і навпаки. В даному випадку

транзистор є основою схеми інвертора, який перетворює логічний 0 на 1, та навпаки. На перехід із одного стану

в інший звичайно потрібно декілька наносекунд [2]. За допомогою вентилів у різних комбінаціях та булевої

алгебри конструюються різні схеми, що використовуються в комп’ютерній техніці, в тому числі і схеми для

виконання арифметичних операцій. Комбінації вентилів також використовуються для збереження інформації

при побудові пам’яті комп’ютера.

Устрій вентиля характеризується його технологією. Дві основні технології – біполярна та МОН (метал,

оксид, напівпровідник). Біполярна технологія поділяється на ТТЛ (транзисторно-транзисторна логіка) та ЕЗЛ

(емітерно-зв’язана логіка), яка використовується для досягнення високої швидкості виконання операцій. У

обчислювальних схемах більш поширена технологія МОН. МОН-вентилі мають меншу швидкість виконання

ніж вентилі біполярної технології, але для їх функціонування потрібна менша кількість енергії та вони менші за

розмірами. Вентилі за технологією МОН можуть функціонувати як електронні перемикачі та мають декілька

різновидів: p-канальний МОН, n-канальний МОН та компліментарний МОН. Сучасні процесори та пам'ять

найчастіше виробляються за технологією компліментарних МОН, яка функціонує при напрузі +3,3 В [2].

Першою науковою працею, що заклала теоретичний фундамент для створення інтелектуальних

пристроїв, що схожі структурно та функціонально на людський мозок, вважається опублікована у 1943 р. стаття

Уоррена Мак-Каллока та Вальтера Піттса. Автори цієї праці сформулювали гіпотезу математичного нейрона –

абстрактного пристрою, який моделює нейрон людського мозку. Математичний нейрон також має декілька

вхідних сигналів та один вихідний. Через входи, число яких позначимо J, математичний нейрон приймає

вхідні сигнали xj, множить кожний з них на деякий ваговий коефіцієнт wj та обчислює суму добутків.

j

J

j

j xwS1

Вихідний сигнал нейрона y може приймати одне з двох значень – 1, якщо S та 0, якщо S< , де -

поріг чутливості нейрона. Таким чином, математичний нейрон, так як і біологічний, існує у двох станах –

збудженому та не збудженому. Якщо сума вхідних сигналів з урахуванням вагового коефіцієнта менше деякого

значення порога чутливості нейрона, то нейрон не збуджується, а якщо сума більша – переходить у збуджений

стан. Ваговий коефіцієнт wj імітує електропровідність нервових волокон – силу синаптичних зв’язків між

нейронами. Уоррен Мак-Каллок та Вальтер Піттс запропонували конструкцію мережі з математичних нейронів

і висунули твердження, що така мережа може виконувати логічні та математичні операції [1].

Біологічна та математична модель нейронів мають одну важливу характеристику, яка відрізняє їх від

вентиля. Функціонування системи вентилів обмежено запрограмованими інструкціями і зводиться до

виконання набору команд залежно від певних умов. Якщо умови змінюються, а набір команд залишається без

змін, результат роботи даної системи непередбачуваний, в результаті чого можуть виникати помилки в

обчисленнях. Щоб запобігти цьому необхідно змінювати самі команди.

Особливістю системи нейронів є те, що спочатку така система може мати похибку у виконанні

операцій. Але при виконанні кожної операції точність збільшується, тобто нейронна мережа навчається. У

математичному нейроні це досягається за рахунок корегування вагових коефіцієнтів нейронів. В залежності від

реалізації нейронної мережі, корегувати коефіцієнти можна ззовні, або їх корегуватиме сама мережа. Якщо

система нейронів буде навчена виконувати певні операції, то незначна зміна умов не вплине на результати.

Якщо ж зміна буде досить значна, нейронна мережа зможе навчитись виконувати операції і в нових умовах.

Ідея Мак-Каллока – Піттса була реалізована у 1958 р. Френком Розенблаттом спочатку у вигляді

комп’ютерної програми для ЕОМ IBM-794, а потім, через два роки, у вигляді електронного пристрою, який

моделює людське око. Цей пристрій на базі моделі нейронів Мак-Каллока – Піттса було названо персептроном.

Персептрон вдалось навчити розв’язувати досить складну для електронного пристрою задачу – розпізнавання

букв латинського алфавіту [1].

Дворівнева модифікація персептрона та об’єднання нейронів у нейронні мережі значно розширює клас

завдань, які може розв’язувати персептрон ,наприклад прогнозування, діагностика, оптимізація та ін.

Використання нейронних мереж у комп’ютерній техніці дозволяє створювати ще більш досконалі ЕОМ

різного призначення, які можуть швидко та якісно виконувати поставлені їм завдання.

Перевагу нейронної системи легко пояснити на основі потреб галузі захисту інформації. В добу

активного розвитку інформаційних технологій важливо, щоб інформація була гарно захищена, тому багато

уваги приділяється оновленню антивірусних баз та антихакерських систем. Система захисту з використанням

нейромережевих технологій здатна краще розпізнавати нові модифікації комп’ютерних вірусів та методів

проникнення у комп’ютерні системи в порівнянні з системою захисту, що використовує стандартні алгоритми.

В архітектуру машини фон Неймана можна включити рівень, в якому реалізована нейромережева

архітектура. Це розширить функціонал комп’ютерної техніки. Нейронний рівень буде використовуватись для

логічних операцій, операцій аналізу, а рівень вентилів – для виконання арифметичних операцій, збереження

базових команд та даних, необхідних для функціонування комп’ютера. Для розв’язання досить складних

завдань обидва рівні можуть використовуватись паралельно.

Література

1. Ясницкий Л.Н. Введение в искусственный интеллект: учеб. пособие для студ. высш. учеб.

заведений/Л.Н.Ясницкий.-2-е изд., испр.-М.: Издательский центр «Академия», 2008.-176с.

2. Таненбаум Э. Архитектура компьютера. 5-е изд.-СПб.: Питер, 2010.-844с.: ил.