К.А. Щербаков1, А.В. Королёва2, А.В. Разумная3, М.В. Чичков4, М.И. Махов5, М.Д. Чебан6, В.В. Фёдорова7

1–3, 5, 7 ФГАОУ ВО «Российский университет дружбы народов им. Патриса Лумумбы» (Москва, Россия)
4 ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский технологический университет МИСИС» (Москва, Россия)
6 ФГБУН ФИЦ «Институт общей физики имени А.М. Прохорова Российской академии наук» (Москва, Россия)
1 shcherbakov-ka@rudn.ru, 2 1032201522@rudn.ru, 3 1132223433@rudn.ru, 4 m.chichkov@misis.ru, 5 makhov-mi@rudn.ru, 6 chebanmd@kapella.gpi.ru

Постановка проблемы. На сегодняшний день лазерные технологии обработки материалов успешно внедряются практически во всех отраслях промышленности. Независимо от цели обработки, в процессе взаимодействия лазерного излучения с веществом происходит его частичное испарение или ионизация, что, с последующей конденсацией, приводит к образованию мелкодисперсных аэрозольных частиц, представляющих угрозу здоровью окружающих. Особое внимание стоит уделять образованию нанодисперсных частиц аэрозолей, которые сложней всего детектировать и улавливать, а эффект от попадания их в дыхательные органы непредсказуем.

Цель. Провести исследования аэрозольных частиц, образующихся при взаимодействии лазерного излучения с различными металлами.

Результаты. Проведены исследования на примере лазерного воздействия на мишени из Al марки А99, Bi, сплава Э110 и сталей Ст3 и 08Х18Н10Т методом осаждения образующихся аэрозолей на образец-свидетель с последующим анализом его сканирующей электронной микроскопии, а также изучены физические размеры образующихся аэрозолей. Показано, что все аэрозоли имеют общую тенденцию к осаждению на образец-свидетель и представляют собой микронные и субмикронные агломераты из наноразмерных частиц, способных распространяться на достаточно большие расстояния от места взаимодействия лазерного излучения с металлом.

Практическая значимость. Результаты работы могут позволить более детально взглянуть на проблему образования аэрозольных частиц при лазерной обработке для формирования более корректных требований к воздухоочистительным системам при их эксплуатации.

Щербаков К.А., Королёва А.В., Разумная А.В., Чичков М.В., Махов М.И., Чебан М.Д., Фёдорова В.В. Исследование аэрозольных частиц, образующихся при лазерном воздействии на различные металлы // Нанотехнологии: разработка, применение – XXI век. 2024. Т. 16. № 3. С. 13–20. DOI: https://doi.org/ 10.18127/ j22250980-202403-02

1. Григорьянц А. Г., Шиганов И. Н., Мисюров А. И. Технологические процессы лазерной обработки. 2006.
2. Cheban M., Filatova S., Kravchenko Y., Scherbakov K., Mamonov D., Klimentov S., Savinov M., Chichkov M. Laser surface cleaning of simulated radioactive contaminants in various technological environments. Nuclear Engineering and Technology. 2024.
3. Qian Wang, Feisen Wang, Chuang Cai, Hui Chen, Fei Ji, Chen Yong, Dasong Liao. Laser decontamination for radioactive contaminated metal surface: A review. Nuclear Engineering and Technology. 2023. V. 55. № 1. P. 12–24.
4. Щербаков К.А., Шитова Е.С., Пеганов Е.А., Ким С.Д., Михейкин С.М. Анализ современного состояния работ по лазерной дезактивации металлических поверхностей // Вопросы атомной науки и техники. Сер.: Материаловедение и новые материалы. 2021. Вып. 2(108). С. 14–25.
5. Гостева Е.А., Белик К.Д., Зубарева П.Д. Особенности классификации острой токсичности наночастиц серебра, диоксида титана и углерода // Высокие технологии и инновации в науке. 2022. С. 19–23.
6. Зайцева Н.В., Землянова М.А. Исследование острой токсичности аэрозоля нанодисперсного оксида марганца для прогнозирования опасности здоровью работающих и населения при ингаляционной экспозиции // Анализ риска здоровью. 2018. № 1. С. 89–97.
7. Vouitsis I., Portugal J., Kontses A., Karlsson H.L., Faria M., Elihn K., Juárez-Facio A.T., Amato F., Piña B., Samaras Z. Transport-related airborne nanoparticles: Sources, different aerosol modes, and their toxicity. Atmospheric Environment. 2023. V. 301.
   P. 119698.
8. Bessa M.J., Brandão F., Rosário F., Luciana M., Reis A.T., Valdiglesias V., Laffon B., Fraga S., Teixeira J.P. Assessing the in vitro toxicity of airborne (nano) particles to the human respiratory system: from basic to advanced models. Journal of Toxicology and Environmental Health, Part B. 2023. Т. 26. № 2. С. 67–96.
9. Costabile F., Gualtieri M., Rinaldi M., Canepari S., Vecchi R., Massimi L., Di Iulio G., Paglione M., Di Liberto L., Corsini E., Facchini M.C., Decesari S. Exposure to urban nanoparticles at low PM 1 concentrations as a source of oxidative stress and inflammation. Scientific Reports. 2023. V. 13. № 1. P. 18616.
10. Lesniak A., Salvati A., Santos-Martinez M.J., Radomski M.W., Dawson K.A., Åberg Ch. Nanoparticle adhesion to the cell membrane and its effect on nanoparticle uptake efficiency. Journal of the American Chemical Society. 2013. V. 135. № 4. P. 1438–1444.
11. Chen J., Hoek G. Long-term exposure to PM and all-cause and cause-specific mortality: a systematic review and meta-analysis. Environment international. 2020. V. 143. P. 105974.