5. ИСПЫТАНИЯ НА ЭЛЕКТРИЗАЦИЮ
И РАДИАЦИОННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ
5.1. Радиационные испытания объектов
Под действием потоков заряженных частиц, электромагнитных
излучений и т.д. поверхность объекта приобретает некоторый
электрический заряд и обусловленный им электрический потенциал
относительно окружающей среды. Знак и величина заряда и потенциала (от
долей вольта до десятков киловольт) зависят от окружающей среды, в
которой находится объект: от светотеневой обстановки, от свойств самого
объкта, в первую очередь, от электрофизических характеристик материалов
его внешней оболочки и от геометрических особенностей его конструкции.
Разные участки поверхности из-за различий электрофизических
свойств применяемых материалов (металлы и сплавы, защитные стекла
оптики и т.п.), из-за различных условий воздействия внешних факторов на
эти участки могут заряжаться неодинаково. Происходит так называемое
дифференциальное заряжение, при котором между отдельными участками
поверхности объекта появляются электрические напряжения.
Радиационная стойкость аппаратуры и материалов – это
способность выполнять свои функции и сохранять параметры во время
и после воздействия различных ионизирующих, поражающих факторов
ядерного взрыва и электрических ядерных установок.
Под ионизирующим излучением понимают любое излучение,
взаимодействие которого с веществом приводит к образованию
электрических зарядов разных знаков. Ионизирующие излучения
состоят из элементарных частиц: электронов, протонов, нейтронов
позитронов, фотонов и др.
Физическими параметрами, характеризующими основные свойства
ионизирующих излучений с точки зрения их воздействия на аппаратуру
и материалы, являются: заряд частиц, их масса в покое, скорость
движения и кинетическая энергия частиц или квантов (фотонов).
Заряд частиц в ядерной физике выражается в единицах элементарного
электрического заряда (заряд электрона), равного 1,6∙10
-19
кулона.
Масса частиц измеряется в атомных единицах массы – а.е.м. Одна
а.е.м. – 1,66∙10
-27
кг.
Наиболее часто употребляемой единицей измерения кинетической
энергии ионизирующего излучения является электроновольт. Это заряд
кинетической энергии, которую приобретает или теряет частица, заряд
которой равен заряду электрона при прохождении разности
потенциалов
в
один
вольт.
Производными
единицами
от
электроновольта являются килоэлектроновольт, мегаэлектроновольт.
82
К числу ионизирующих излучений, вызывающих значительное
изменение свойств аппаратуры и материалов, принято в настоящее
время относить следующие виды излучения: нейтронное, протонное,
электронное, альфа-частиц, квантовое излучение.
Нейтрон – элементарная частица, не имеющая электрического
заряда. Масса нейтрона равна 1 атомной единице массы,
энергетический спектр составляет 0...1 МэВ.
Протон – элементарная частица с положительным элементарным,
электрическим зарядом, равным по абсолютной величине заряду
электрона. Масса – 1 а.е.м. Энергетический спектр изменяется в
пределах 2...700 МэВ.
Альфа частица состоит из двух нейтронов и двух протонов, с
положительным электрическим зарядом в 2 раза больше протона.
Электрон – элементарная частица с отрицательным электрическим
зарядом, энергетический спектр 0...800 МэВ.
Квантовое излучение является одной из форм проявления
электромагнитного излучения и представляет собой потоки квантов
(фотонов) различной энергии. В зависимости от энергии квантов
различают: гамма и рентгеновские излучения, которые обладают
большой проникающей способностью.
Под полем излучения понимают пространство – временное
распределение ионизирующего излучения в рассматриваемом объеме.
Поля ионизирующих излучений, в которых может оказаться
аппаратура, характеризуются следующими физическими величинами:
1. Поток ионизирующих частиц или квантов – это количество
частиц или квантов, проникающих через единицу площади поперечного
сечения измеряется, то есть количество частиц в кубическом метре (м
-3
):
,
S
N
Ф
(5.1)
где N – количество частиц; S – сечение поверхности.
2. Плотность потока частиц или квантов – это рассчитанное на
единицу площади поперечного сечения число частиц, проникающих в
единицу времени:
,
Δt
ΔФ
(5.2)
т.е. единица измерения количесво частиц в секунду на квадратный
метр (с∙м
-2
).
3. Интенсивность излучения – отношение потока излучения частиц
или квантов ионизирующего излучения за некоторый промежуток
времени, т.е.
.
Δt
ΔF
I
(5.3)
83
4. В качестве основной меры для оценки действия ионизирующих
излучений на вещество принята энергия излучения, переданная
веществу в расчете на единицу массы. Эта величина называется
поглощенной дозой излучения или просто дозой излучения:
.
Δm
ΔE
D
(5.4)
За единицу измерения поглощенной дозы ионизирующего излучения
принят джоуль на килограмм массы (Дж/кг). Допускается также
применение внесистемной единицы – рад: 1 рад=1∙10
-2
Дж/кг=100 эрг/г.
5. Мощность поглощенной дозы излучения представляет собой
поглощенную дозу излучения за единицу времени:
.
Δt
ΔD
P
(5.5)
За единицу мощности поглощенной дозы ионизирующего
излучения принят Вт/кг. Специальной единицей мощности дозы
излучения является рад/с и производные от нее.
Для количественной оценки воздействия ионизирующих излучений
на элементы приняты единицы поглощенной энергии специально
выбранными стандартными или образцовыми веществами. Эти единицы
называются экспозиционными дозами, измеряются в рентгенах.
Объкт в процессе функционирования может подвергаться
воздействию различного рода ионизирующих излучений.
К поражающим факторам ядерного взрыва относятся: электронное
излучение от высотных ядерных взрывов; нейтронное излучение;
гамма-излучение (
);
электронно-магнитный импульс (ЭМИ);
рентгеновское излучение (РИ). Радиационная стойкость зависит,
прежде
всего,
от
стойкости
радиоэлектронной
аппаратуры,
применяемых материалов, а также от схемного и конструктивного
исполнения.
Определяющей при этом является радиационная стойкость
полупроводниковых приборов (транзисторов, диодов, фотодиодов,
фотосопротивлений), некоторых конденсаторов, резисторов. И для
проверки соответствия аппаратуры требованиям технического задания,
технических условий или стандартов по радиационной стойкости и
стойкости к воздействиям радиопоражающих факторов ядерного взрыва,
для определения предельной радиационной стойкости аппаратуры,
материалов
и
электро-радиоэлементов
проводятся
радиационные
испытания.
Испытаниям подвергается аппаратура, соответствующая по
результатам предварительной расчетной оценки требованиям по
радиационной стойкости и удовлетворяющая конструктивным,
84
климатическим требованиям и механическим и электрическим
характеристикам.
Перед проведением радиационных испытаний разрабатывается
программа испытаний (рис. 5.1), в которой указываются: состав
аппаратуры, подлежащей испытаниям; виды и последовательность
испытаний в зависимости от требований, оговоренных в ТЗ, ТНД;
количество образцов аппаратуры, необходимое для испытаний; тип
моделирующей установки ионизирующих излучений; измерительная
аппаратура; нормы испытаний; условия проведения испытаний.
Достарыңызбен бөлісу: |