Материалтану
Материалдарға радиациялық әсерді зерттеу әдістері
жүктеу/скачать 5,17 Mb.
|
Материалдарға радиациялық әсерді зерттеу әдістеріЗерттеулерді ұйымдастырудың жалпы схемасы ҒА радиациялық әсерді талдаумен байланысты міндеттерді шешу үшін әдістердің үш тобы пайдаланылады: жердегі зертханалық эксперименттер және материалдар үлгілерін, элементтер мен жабдық тораптарын сынау; теориялық зерттеулер және компьютерлік модельдеу; ҒА бортындағы ғарыштағы заттай (ұшу) эксперименттер. Бұл әдістер бір-бірімен тығыз байланысты және жиі бірге қолданылады, оны суреттеуге болады. 5.70. сур. зерттеулерді ұйымдастырудың қарастырылып отырған схемасы және оларды жүзеге асырудың жалпы тәсілдері басқа ҒКФ-ға қатысты қолданылатындығын атап өткен жөн. Есептерді тұжырымдау және зерттеу әдістерін таңдау үшін бастапқы мәліметтер: ғарыштық радиацияның модельдері мен стандарттары (1); орбиталардың түрлері және ҒА жұмыс істеу уақыты (2); ҒА конструкциясы, материалдар және борттық жабдық (3). Көрсетілген деректер негізінде ғарыштық радиацияның әсерін зерттеу үшін пайдаланылуы тиіс. Зертханалық сынақ жабдығына, математикалық модельдерге және бағдарламаларға қойылатын талаптар тұжырымдалады (4). Содан кейін осы талаптарды ескере отырып, ең қолайлы эксперименттік әдістер мен қондырғылар (5) немесе математикалық модельдер мен бағдарламалар (6) таңдалады. Көбінесе эксперименттік және математикалық әдістер бірге қолданылады және бір-бірін толықтырады: зертханалық қондырғылардың параметрлерін таңдау математикалық модельдеу нәтижелерін қолдана отырып жасалады, ал радиациялық эффектілерді зертханалық зерттеу нәтижелері модельдеуге арналған кіріс болып табылады. Сыртқы ғарыштық ортаның сипаттамалары, ҒА ішіндегі радиациялық жағдайлар және әртүрлі материалдардағы радиациялық әсерлер, бір мезгілде зерделенетін кешенді ғарыштық эксперименттер (7) зертханалық зерттеулердің де, математикалық модельдеудің де нәтижелерін ескере отырып ұйымдастырылады. Барлық әдістермен алынатын деректер жиынтығы пайдаланудың әртүрлі жағдайларында (8) ҒА жабдықтары материалдары мен элементтерінің тозу модельдерін құру және олардың негізінде ҒА сенімділігі мен белсенді өмір сүру мерзімін болжау әдістерін (9), сондай-ақ оны радиациялық әсерлерден қорғау жөніндегі ұсынымдарды (10) әзірлеу үшін пайдаланылады. Жердегі материалдарды сынау кезінде екі негізгі тәсіл қолданылады. Бірінші жағдайда олар зертханалық қондырғыларда ғарыш ортасының сипаттамаларын ғарыш кеңістігінің жағдайларына толық сәйкес келтіруге тырысады. Бұл тәсіл зерттелген процестердің сипаты туралы бастапқы болжамдар мен қосымша деректерді қажет етпейді. Алайда, зертханалық жағдайда энергетикалық спектрлердің күрделілігі мен ғарыштық сәулеленулердің құрамына байланысты ғарыштық сәулеленудің сипаттамаларын толық көбейту, сондай-ақ ғарыштық сәулеленудің барлық компоненттерінің зерттелетін объектілерге бір уақытта әсер етуді қамтамасыз ету іс жүзінде мүмкін емес екені анық. Сонымен қатар, мұндай сынақтарды жүргізу айтарлықтай материалдық шығындарды талап етеді. Көрсетілген себептер бойынша басқа тәсіл едәуір жиі пайдаланылады, бұл ретте сол немесе өзге бастапқы болжамдар мен зерттелетін объектінің зақымдануының физикалық тетіктері туралы мәліметтер негізінде сыналатын объектіге неғұрлым көп зақымдаушы әсер ететін, не сынақтар жүргізу кезінде стандартты сәулелену ретінде пайдаланылатын ғарыш радиациясының бір немесе екі– үш құрамдасына таңдау жүргізіледі. ҒА материалдарын зертханалық зерттеу үшін белгілі бір энергиялардың протондары мен электрондарын таңдау мысалдары жоғарыда қарастырылған. 5.4. Материалдардың радиациялық төзімділігіне зертханалық сынақтар, әдетте, олардың ұзақтығы ғарышта материалдар мен аппаратураларды пайдалану кезеңіне қатысты 100 - 1000 есе қысқарған кезде жедел жүргізіледі. Көбінесе моно-энергетикалық сәулелену көздерін және басқа түрлердің сәулеленуін қолдану пайдаланылады. Бұл тәсіл, уақытында ойнаудан басқа, айтарлықтай экономикалық нәтиже береді. Алайда, бұл ғарыш радиациясының әртүрлі компоненттерінің сынақ объектілеріне әсер етуінің физикалық механизмдерінің ерекшеліктерін білуді қажет етеді, өйткені жеделдетілген сынақтардың және жоғарыда аталған алмастырулардың ғылыми негіздемесінің жеткіліксіздігі қате нәтижелерге әкелуі мүмкін. Қазіргі уақытта қол жеткізілген дербес компьютерлердің есептеу ресурстарының едәуір ұлғаюына және ірі ғылыми орталықтарда пайдаланылатын суперкомпьютерлерге қашықтан қол жеткізу мүмкіндіктерінің кеңеюіне байланысты ҒА материалдары мен жабдықтарының элементтеріне радиациялық әсерді модельдеудің есептеу әдістері көбірек қолданылады. ММУ-да бар Blue Gene/P суперкомпьютерлері және өнімділігі 28 және 60 Тфлопс болатын және 2009 жылы пайдалануға берілген ММУ "Чебышев" СКИФ-і. 420 Tflops өнімділігі бар "Ломоносов" суперкомпьютері ғарыштық радиациялық материалтанудың күрделі есептеу мәселелерін сәтті шешуге мүмкіндік береді. Мұндай есептеулерді жүргізу кезінде ғарыштық сәулеленудің бастапқы сипаттамаларын егжей-тегжейлі анықтауға болады, талдауға бірнеше әсер ететін сәулелерді қосу қиын емес және т.б. алайда, бұл жағдайда да сәулеленудің қарастырылатын объектілермен өзара әрекеттесуінің физикалық механизмдері және белгілі бір модельдерді қолдана отырып сипатталған ғарыштық сәулеленудің сипаттамалары туралы бастапқы деректерді тарту қажет. ҒА материалдары мен жабдықтарына радиациялық әсерді математикалық модельдеуде қолданылатын негізгі әдістер, модельдер және бағдарламалық құралдар, сондай-ақ модельдеудің кейбір нәтижелері 3- бөлімдерде егжей-тегжейлі қарастырылды. Сондықтан одан әрі баяндауда зертханалық және ғарыштық эксперименттерде қолданылатын әдістер мен техникалық құралдардың сипаттамасына көп көңіл бөлінетін болады. ҒА жабдықтарының материалдары мен элементтеріне ғарыштық радиацияның әсерін зертханалық зерттеу жүргізу кезінде жер бетіндегі сынақтар шарттарының табиғи жағдайларға сәйкестігінің бірқатар арнайы тәсілдері мен өлшемдері қолданылады. Ең алдымен пайдаланылатын иондаушы сәулелену түрін және оның қарқындылығын негізді таңдау жүргізіледі, оған сынақтардың жылдамдығының дәрежесі тәуелді болады. Зерттелетін объектінің сәулелену режимін белгілеу кезінде интегралды сіңірілген дозаға және дозаның қуатына байланысты радиациялық әсерлер, сондай-ақ объектінің негізгі пайдалану параметрлерінің нашарлауына әкелетін басым радиациялық-физикалық және радиациялық-химиялық процестер назарға алынады. Күрделі жүйелерде негізінен олардың радиациялық тұрақтылығын анықтайтын ең әлсіз сілтемені анықтауға тырысады. Әрі қарай, осы буынның радиациялық зақымдану механизмдерін егжей-тегжейлі зерттеу жүргізіледі. Көптеген жағдайларда толық сіңірілген дозаға және дозаның қуатына байланысты радиациялық процестер өзара байланысты. Сонымен, жартылай өткізгіштерде тепе-тең емес тасымалдаушылардың өмір сүру уақыты рекомбинация орталықтарының концентрациясына байланысты, олар сәулелену процесінде жинақталған радиациялық ақаулар болуы мүмкін. Бұл жағдайды зертханалық эксперименттерді жоспарлау және жүргізу кезінде ескеру қажет. Зертханалық эксперименттерде сәулеленудің бір түрін басқаларымен алмастыру мүмкіндігін негіздеу кезінде радиациялық процестердің қайсысы (зат атомдарының қозуы, кристалдық құрылымдағы радиациялық ақаулардың пайда болуы, ядролық түрленулер) зерттелетін объектінің қасиеттеріне басым әсер ететінін білу қажет. Мысалы, зат атомдарының иондалуына байланысты радиациялық әсерлерді көбейту кезінде иондаушы сәулелену түрлері көбінесе маңызды емес болып шығады. Бұл көптеген жағдайларда нақты ғарыштық сәулеленуде жұтылған дозалардың теңдігін сақтай отырып, электрондардың немесе кванттардың тұрақты энергия ағындарымен алмастыруға мүмкіндік береді. Алайда, кристалдық құрылымның радиациялық ақаулары ең маңызды болған жағдайда, мұндай ауыстыру дұрыс болмауы мүмкін, өйткені энергетикалық электрондардың әсерінен қарапайым радиациялық ақаулар пайда болады, ал иондармен сәулелену кезінде ондаған және жүздеген қарапайым радиациялық ақаулар бар үлкен бұзылған аймақтардың едәуір саны пайда болады. Қарапайым және күрделі радиациялық ақаулардың материалдардың қасиеттеріне әсері мүлдем өзгеше болуы мүмкін, нәтижесінде электрондардың сәулеленуінен иондармен немесе нейтрондармен сәулеленуге ауысу үшін жалпы баламаларды көрсету өте қиын. Радиациялық сынақтарды жүргізуге арналған зертханалық жабдық ҒА жабдықтары материалдары мен элементтерінің радиациялық төзімділігін зерделеу кезінде қолданылатын зертханалық қондырғылар, электрондық жабдық элементтері бөлігінде, әдетте, екі сыныпқа бөлінеді: ғарыш кеңістігіндегідей физикалық сипаттағы иондаушы сәулеленулер жасалатын модельдеу қондырғылары, яғни электрондар, протондар және одан да ауыр иондар ағындары; олардың көмегімен зерттеу объектілерінде қуатты рентген сәулесінің, гамма - сәулеленудің, импульсті лазерлік сәулеленудің, нейтрондар ағынының және т. б. әсер етуші факторларын пайдалану кезінде ғарыш кеңістігіндегі объектілерді пайдалану жағдайларына тән үстем радиациялық әсерлер пайда болатын имитациялық қондырғылар. Екі класты қондырғыларда қолданылатын сәулеленудің түрі мен сипаттамаларын таңдау кезінде алдыңғы бөлімде қарастырылған жалпы талаптар мен критерийлер басшылыққа алынады. Модельдеу қондырғыларындағы сәулелену көздері көбінесе төменде сипатталған әр түрлі үдеткіштер болып табылады. жүктеу/скачать 5,17 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|