การใช้สารรังสีในการตรวจวัดการสึกหรอของเครื่องยนต์
(Radioactive Tracer in Measuring Wear of Engines )

พิพัฒน์ พิเชษฐพงษ์
สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ ิ

ปัจจุบันมีการใช้ประโยชน์สารกัมมันตรังสีตามรอย (radioactive tracer) ในการตรวจวิเคราะห์การสึกหรอของเครื่องยนต์ในสภาวะการใช้งานต่าง ๆ ได้อย่างถูกต้องแม่นยำ โดยสามารถตรวจวัดอัตราการสึกหรอของเครื่องยนต์ขณะทำงานได้โดยตรง ทำให้ได้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์ต่อการออกแบบเครื่องยนต์ให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น มีความทนทานต่อการใช้งานในสภาวะต่าง ๆ ได้ดีขึ้น รวมทั้งการลดมลพิษจากไอเสียที่ปล่อยออกมาจากเครื่องยนต์ และเพิ่มความประหยัดในการใช้น้ำมันเชื้อเพลิง

การสึกหรอของเครื่องยนต์นั้น ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบหลายส่วน เช่น น้ำมันเครื่องที่ใช้ การออกแบบชิ้นส่วนเครื่องยนต์ ความเร็วรอบของเครื่องยนต์ น้ำหนักบรรทุกและสภาวะใช้งาน ส่วนที่พบว่ามีการสึกหรอมาก คือ แหวนลูกสูบ ผนังด้านในกระบอกสูบ และตลับลูกปืนก้านสูบ ซึ่งเป็นชิ้นส่วนที่มีการเสียดสีมากขณะเครื่องยนต์ทำงาน

เทคโนโลยีการใช้สารรังสีในการตรวจวัดการสึกหรอของเครื่องยนต์นี้ สามารถให้ผลการตรวจวัดที่รวดเร็วและเป็นข้อมูลที่มีความละเอียดสำคัญภายในเวลาสั้น ในขณะที่วิธีการวัดการสึกหรอที่ใช้อยู่เดิม ต้องใช้เวลาในการทดสอบเดินเครื่องยนต์นานหลายร้อยชั่วโมงจึงจะได้ข้อมูลการทดสอบ และต้องมีการหยุดเครื่องเพื่อตรวจวัดเก็บข้อมูลเป็นระยะ ๆ ทำให้สภาพการทดสอบไม่คงที่และไม่ต่อเนื่อง ต่างกับการใช้เทคโนโลยีของสารรังสีที่สามารถใช้ตรวจวัดการสึกหรอขณะที่เครื่องยนต์กำลังทำงาน ทำให้ได้ข้อมูลที่ต่อเนื่อง และสามารถควบคุมหรือเปลี่ยนแปลงสภาวะการทดสอบได้โดยง่าย

ในการตรวจวัดการสึกหรอโดยใช้สารรังสีตามรอยนี้ อุปกรณ์ชิ้นส่วนที่ต้องการวัดความสึกหรอจะถูกทำให้กลายเป็นสารที่มีกัมมันตภาพรังสีก่อน โดยการอาบชิ้นส่วนด้วยนิวตรอนจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์หรือจากเครื่องกำเนิดนิวตรอน ทำให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ เปลี่ยนเหล็ก (Fe) และ โครเมียม (Cr) ที่เป็นองค์ประกอบอยู่ในชิ้นส่วนไปเป็นไอโซโทปรังสี ที่ปล่อยรังสีแกมมาออกมา ตามปฏิกิริยาดังต่อไปนี้

ในกรณีที่ชิ้นส่วนมีองค์เป็นธาตุโลหะอื่นหรือไม่ใช่เป็นธาตุโลหะ ซึ่งไม่สามารถทำให้เปลี่ยนเป็นสารไอโซโทปรังสีที่เหมาะสมได้ สามารถใช้วิธีการฝัง (implantation) ด้วยอะตอมของธาตุที่เป็นไอโซโทปรังสีแทน
รูปที่ 1 แผนภูมิของการตรวจวัดการ สึกหรอของเครื่องยนต์ โดยใช้ สารรังสีตามรอย
ตามแผนภูมิการตรวจวัดการสึกหรอโดยเทคนิคการใช้สารรังสี ตามรูปที่ 1 ขณะที่เครื่องยนต์ทำงาน อนุภาครังสีจากการสึกหรอของชิ้นส่วนเครื่องยนต์ที่มีการอาบรังสีไว้จะหลุดเข้ามาอยู่ในน้ำมันเครื่อง และถูกสูบผ่านหัววัดรังสีเพื่อวัดปริมาณรังสีที่เกิดขึ้น ซึ่งปริมาณรังสีที่วัดได้สัมพันธ์กับปริมาณอนุภาครังสีที่หลุดออกมาเนื่องจากการสึกหรอ ทำให้สามารถวัดอัตราการสึกหรอของเครื่องยนต์ขณะนั้น ๆ ได้ และโดยที่ชิ้นส่วนมีองค์ประกอบของธาตุโลหะที่แตกต่างกัน ทำให้มีอนุภาครังสีที่ต่างกันด้วย การตรวจวัดทางรังสีสามรถจำแนกอนุภาครังสีที่แตกต่างกันนี้ ทำให้สามารถวัดอัตราการสึกหรอของชิ้นส่วนแต่ละชนิดในขณะเดียวกันได้ด้วย นอกจากนี้ยังสามรถวัดอัตราการสึกหรอขณะเครื่องยนต์ทำงานในสภาวะต่าง ๆ ได้อย่างต่อเนื่อง ดังแสดงในผลการตรวจวัดในรูปที่ 2 เทคนิคนี้จึงเป็นที่ยอมรับและได้มีการใช้กันมานาน นับเป็นการใช้ประโยชน์เทคโนโลยีนิวเคลียร์อีกด้านหนึ่ง
รูปที่ 2 ผลข้อมูลของการตรวจวัดการ สึกหรอของเครื่องยนต์ โดยใช้ สารรังสีตามรอย
แหล่งข้อมูล : Southwest Research Institute ( http://www.swri.org )