Синхротронное излучение (СР) представляет собой электромагнитное излучение, испускаемое заряженными частицами, движущимися с релятивистскими скоростями по криволинейным траекториям в магнитных полях. Спектр этого излучения непрерывен и охватывает широкий диапазон — от инфракрасного до жёсткого рентгеновского. Высокая интенсивность, когерентность и направленность СР делают его незаменимым инструментом для задач неразрушающего контроля (НК) материалов, где требуется выявить внутренние дефекты, микро- и нано-структурные особенности без повреждения исследуемого объекта.
Главное преимущество СР в неразрушающем контроле заключается в сочетании:
В отличие от традиционных рентгеновских трубок, синхротронное излучение позволяет получать изображения с высоким отношением сигнал/шум и проводить точные количественные измерения структурных параметров.
С помощью СР создаются трёхмерные изображения внутренней структуры материалов с пространственным разрешением до десятков нанометров. Эта методика широко используется для анализа пористости керамик, дефектов в композиционных материалах, микротрещин в металлах и полимерах. Высокая когерентность СР позволяет применять фазово-контрастную томографию, раскрывающую границы между областями с малой разницей плотности, что практически недостижимо традиционными методами.
Синхротронное излучение используется для проведения рентгеновской дифракции и рассеяния. Эти методы позволяют исследовать кристаллическую структуру материалов in situ, контролировать напряжения и деформации, выявлять наличие остаточных напряжений, фазовые превращения, текстуры и микродефекты.
Метод рентгеновской флуоресценции (XRF), основанный на возбуждении атомов исследуемого материала синхротронным излучением, позволяет с высокой точностью определять элементный состав. В контексте НК это даёт возможность обнаруживать примеси, коррозионные процессы и неоднородности распределения элементов.
Методы EXAFS (Extended X-ray Absorption Fine Structure) и XANES (X-ray Absorption Near Edge Structure) позволяют определять локальную атомную структуру, химическое состояние элементов и типы связей. Эти данные особенно ценны при контроле катализаторов, наноструктур, функциональных покрытий и сплавов.
Для успешного применения СР в НК необходимы специализированные экспериментальные станции с возможностью:
Большое значение имеет интеграция СР-методов с другими аналитическими техниками — электронной микроскопией, акустическими методами и термомеханическими испытаниями, что обеспечивает комплексный подход к диагностике материалов.
В настоящее время активно развиваются методы четырёхмерной томографии (трёхмерная структура + временное разрешение), позволяющие отслеживать эволюцию дефектов в режиме реального времени. Развитие источников СР четвёртого поколения с ещё более высокой яркостью и когерентностью значительно расширяет возможности неразрушающего контроля — от наноразмерных дефектов в кристаллах до динамических процессов коррозии и разрушения под нагрузкой.