При выборе топлив для использования в условиях радиационного излучения необходимо изучить их радиационную стойкость, т.е. способность сохранять химические и физические свойства при гамма-радиолизе. Очень важно сохранить стабильность реактивных топлив даже при малых дозах облучения. Основные требования, предъявляемые к топливам, очень схожи. Изменения вязкости, плотности и газообразование могут привести к неисправности гидравлического насоса. Исследовалось воздействие радиации на эксплуатационные характеристики бензина АИ-95 и АИ-92. Влияние радиационного излучения на нефтяные топлива ранее были представлено в работах [1–3].
Цель работы: изучение воздействия гамма-излучения на бензины АИ-95 и АИ-92.
Материалы и методы исследования
Бензины АИ-92 и АИ-95 по 100 мл в колбах облучали на гамма-источнике Сo60 типа МРХ g-30 мощностью дозы Р = 0,18 Гр/с в интервалах поглощенных доз D = 15–150 кГр. Были исследованы влияние радиационного излучения на изменение состава и некоторые эксплуатационные характеристики бензинов. Плотность определяли пикнометрами по ГОСТ 3900–85. Вязкость определяли по ГОСТ 33-66 вискозиметрами типа ВПЖ-2, соответствующими ГОСТу 10028-81. Йодные числа определялись на спектрометрe BRUKER MPA. Октановые числа и другие характеристики бензина до и после облучения определялись аппаратом Zeltex ZX-440 XL(ZX-440XL – Near Infrared Gasoline/Diesel Fuel Analyzer. ZX-440 XL Анализатор жидких топлив использует очень точную, почти инфракрасную спектроскопию для обычного учредительного анализа.
Результаты исследования и их обсуждение
Было исследовано влияние поглощенной дозы излучения на изменение вязкости и плотности бензинов АИ-92 и АИ-95 по истечению различного интервала времени после облучения. Структурирование физически проявляется в жидкостях в изменении вязкости и плотности. Плотность исходного бензина АИ-92 0,725 г/см3. Ниже на рис. 1, а–в, приведены изменения плотности (а), вязкости (б) и йодных чисел бензина АИ-92 (с) до и после радиационного излучения при различных поглощенных дозах сразу после облучения, через 2 и 4 месяца после облучения.
a)
б)
в)
Рис. 1. Изменения плотности (а),вязкости (б) и йодных чисел бензина АИ-92 (в) до и после радиационного излучения при различных поглощенных дозах сразу после облучения, через 2 и 4 месяца после облучения
Из рис. 1, а–в, видно, что по мере увеличения поглощенной дозы плотность и вязкость бензина АИ-92 увеличиваются. Как показатель наличия в нефтепродуктах непредельных углеводородов нормируется йодное число. В условиях наших экспериментов йодные числа топлива уменьшаются. На рис. 2, а, б, представлены данные анализа исходного бензина АИ-95 на аппарате ZX-440 XL.
а)
б)
Рис. 2. Данные анализа исходного бензина АИ-95 на аппарате ZX-440 XL
На рис. 3, а–в, представлены данные анализа облученного бензина АИ-95 при поглощенной дозе D = 78 кГр на аппарате ZX-440 XL.
На рис. 4, а, б, представлены данные анализа на аппарате ZX-440 XL облученного бензина АИ-95 при поглощенной дозе D = 53 кГр после 4-месячного хранения.
а)
б)
в)
Рис. 3. Данные анализа облученного бензина АИ-95 при поглощенной дозе D = 78 кГр на аппарате ZX-440 XL
а) б)
Рис. 4. Данные анализа на аппарате ZX-440 XL облученного бензина АИ-95 при поглощенной дозе D = 53 кГр после 4-месячного хранения
Как видно из таблиц на рисунках, меняются все характеристики бензина после облучения, особенно по истечению некоторого времени. Радиационная стойкость органических материалов определяется их физико-химическими свойствами, строением. Течение процессов в топливах зависит от температуры и поглощенной дозы излучения. Отрицательный эффект при облучении топлив гораздо больше при высоких температурах, чем при комнатных [3]. Топлива должны обладать способностью поглощать ионизирующую энергию без незначительной ионизации, не сопровождающейся значительным изменением состава топлива. Все углеводороды жирного ряда мало устойчивы к действию излучения. При воздействии ионизирующего излучения на моторные топлива происходит их радиационное окисление, в результате чего изменяется химическая стойкость органических материалов [4, 5]. Под действием радиоактивных излучений происходит одновременно полимеризация, ведущая к увеличению молекулярного веса и их расщеплению. В результате воздействия ионизирующего излучения образуются электроны и возбужденные молекулы [6]. К настоящему времени опубликовано большое количество работ, посвященных изучению действия ионизирующих излучений на различные углеводороды, минеральные и синтетические масла и смазки [7–9], что позволило установить общие закономерности радиолиза органических материалов.
Выводы
При радиолизе бензина на гамма-источнике Сo60 при мощности дозы Р = 0,18 Гр/с в интервалах поглощенных доз от 15–154 кГр, при комнатной температуре увеличивается вязкость, плотность, количество ароматических и олефиновых углеводородов, снижаются начальные температуры вспышки и др. характеристики бензина. Под влиянием облучения, особенно при высоких температурах, непредельные углеводороды быстро окисляются и полимеризуются. Процессы, возникшие в связи с радиолизом, еще долго развиваются после прекращения облучения. Это приводит к изменению состава и качества топлива, приводящего к ухудшению эксплуатационных свойств бензина.