Ученые Института механики сплошных сред УрО РАН (филиал ПФИЦ УрО РАН) нашли способ радикально улучшить качество контакта при неразрушающей ультразвуковой диагностике, используя магнитожидкостный мостик. Исследователи построили математическое описание течения магнитной жидкости в зазоре между датчиком и контролируемой поверхностью при сканировании, решив тем самым одну из фундаментальных задач гидродинамики, рассказали ТАСС в пресс-службе Минобрнауки РФ.
© ТАСС
"Ультразвуковые исследования позволяют, не нарушая целостность объекта, изучить внутреннюю структуру материалов, обнаружить дефекты в них или исследовать ткани и органы живых организмов. Для технологии ультразвуковых исследований критически важно, чтобы энергия акустического сигнала передавалась от датчика в исследуемый объект с минимальными потерями. При этом необходимо, чтобы в процессе контроля датчик мог свободно перемещаться — сканировать поверхность. Стандартным способом обеспечить такой режим является заполнение зазора между датчиком и поверхностью контролируемого изделия подходящей жидкостью. Она создает жидкостный мостик (акустический тракт), при любом нарушении целостности которого полезный сигнал пропадает. Существенно улучшить условия сканирования можно, используя в качестве контактной магнитную жидкость — искусственно созданный коллоид, содержащий наночастицы феррита", — рассказали в министерстве.
По словам ученых, рабочее состояние датчика требует поддержания, поскольку часть жидкости из мостика всегда расходуется — остается на пройденной поверхности в виде пленки. К тому же, при использовании обычных жидкостей (воды, спирта или глицерина) мостик может просто вытечь под действием силы тяжести, уничтожив акустический контакт. Если же использовать магнитную жидкость, условия сканирования существенно улучшаются, поскольку магнитная жидкость будет прочно удерживаться в контактном зазоре, обеспечивая стабильность акустической связи при сканировании.
Новаторство идеи
Однако эта концепция не нова — впервые она была предложена в 1990-х годах как одно из практических применений магнитных жидкостей (ферроколлоидов). Техника магнитожидкостного акустического контакта успешно прошла эмпирический этап, но ее дальнейшее развитие потребовало постановки и решения фундаментальных задач гидродинамики тонких пленок магнитной жидкости, и эта тема до сих пор является предметом активных академических исследований.
По словам заведующего лабораторией подземной утилизации углерода ИМСС УрО РАН (филиал ПФИЦ УрО РАН), кандидата физико-математических наук Дениса Голдобина, существенное различие с течением обычной немагнитной жидкости, уносимой движущейся поверхностью из зазора, заключается в профиле задней кромки магнитожидкостного мостика, так называемом динамическом угле контакта.
"В немагнитной жидкости мениск формируется за счет взаимодействия гравитационных и капиллярных сил. В случае же магнитной жидкости основное влияние на свободную поверхность в "ближней" зоне оказывают магнитные силы, и это влияние легко можно сделать определяющим. В этом случае магнитная жидкость проявляет поведение, радикально отличающееся от поведения обычной. А именно, конфигурация поверхности жидкостного мостика на верхнем крае зазора не влияет на условия формирования динамического краевого угла, из которого вытягивается пленка, и в отличие от обычной, магнитная жидкость способна формировать жидкостный мостик в зазоре любой толщины", — отметил Голдобин.
Кроме того, еще одним ключевым результатом работы ученых стало то, что разработанная модель предлагает способ оценки главных параметров магнитоакустического контакта и основных характеристик магнитной жидкости для сканирования, а также позволяет минимизировать расход контактной жидкости. Исследование уральских ученых было проведено при поддержке Минобрнауки России.
