Влияние ионизирующего облучения на резисторы
Основные понятия и виды облучения
Конструирование РЭА, стойкой к ионизирующему облучению, предусматривает выбор материалов и элементной базы, а также конструктивных решений, уменьшающих влияние радиации.
Ионизирующей радиацией - называется облучение, обладающее свойством проникать в толщу вещества и вызывать в нем ионизацию. При рассмотрении воздействия радиации применяют следующие термины для основных характеристик радиации:
мощность потока и интегральный поток (при корпускулярном излучении),
мощность дозы облучения и доза облучения (при гамма-излучении).
Мощность потока - измеряется количеством частиц, падающих перпендикулярно на площадку 1 см2 за все время облучения.
Интегральный поток - полный поток частиц, прошедших через площадку 1 см2 за все время облучения.
Мощность дозы - измеряется в рентгенах в секунду (Р/с).
Доза облучения - в рентгенах (Р).
Рентген (Р) - доза гамма - излучения при поглощении которого в 1 см3 сухого воздуха при t = 0 °C и нормальном давлении образуются положительные и отрицательные заряды общей величиной в одну электрическую единицу каждого знака.
При дозе 1Р в одном грамме воздуха поглощается энергия 87*10-7 Дж.
Воздействие радиации на вещество зависит от вида радиации, дозы (потока) облучения, мощности дозы (потока) облучения, распределения энергии радиации по спектру, природы облучаемого вещества, окружающих условий (температуры, влажности и т.д.).
|
|
Облучение быстрыми нейтронами носит объемный характер и вызывает нарушение структуры вещества (смещение атомов в кристаллической решетке, образование примесей других элементов и, в частности, образование радиоактивных изотопов); ионизацию (в небольшой степени) вследствие выделения из атомов заряженных частиц.
Облучение быстрыми протонами является поверхностным и вызывает ионизацию и нарушение структуры вещества (в небольшой степени).
Воздействие гамма - лучей также имеет объемный характер. Под влиянием гамма - излучения возникает сильная ионизация, явление фотопроводимости, люминесценция, химические реакции, повышение температуры, изменение анизотропных свойств кристаллических веществ.
Облучение электронами (b - излучение) носит поверхностный характер и вызывает ионизацию, вторичную эмиссию, небольшие изменения в решетке вещества, жесткое рентгеновское облучение.
Воздействие a - частиц и осколков ядер можно практически не учитывать вследствие малой длины пробега и поверхностного характера.
Воздействие излучения может вызывать обратимые, необратимые или полупостоянные изменения в веществе.
Обратимые изменения возникают одновременно с началом облучения и исчезают с прекращением облучения. Необратимые изменения наступают под воздействием определенной дозы облучения, не исчезают и не уменьшаются после прекращения облучения. Полупостоянные изменения начинаются при облучении, развиваются по мере увеличения дозы и исчезают через некоторое время после окончания облучения.
|
|
Влияние облучения на конструкционные материалы
На металлические конструкции ионизирующее облучение влияет слабо (мало). На свойства металлов оказывают влияние только нейтронные потоки большой интенсивности более 1020 нейтр/см2. При бомбардировке нейтронами может увеличиться временно прочность на разрыв, измениться текучесть и эластичность, повыситься удельное сопротивление (на 10 - 20%). В месте контакта металлов с органическими материалами может образоваться металлоорганическое соединение.
Органические вещества весьма чувствительны к радиации. Воздействие приводит к преобразованию молекул, сопровождающемуся химическими реакциями, вызывающими необратимые изменения природы вещества и его механических свойств. Преобразование сопровождается выделением газов, которые в соединении с влагой образуют кислоты, оказывающие вредное влияние на изоляционные материалы. Большинство пластмасс получает механическое повреждение при дозах 107- 108 рад. Фенолформальдегид и метилметакрилат становятся хрупкими и деформируются. Полиэтилен и полистирол - вначале увеличивается сопротивление разрыву и твердость, а затем они становятся хрупкими. Большинство пластмасс темнеет и обесцвечивается. Пропитки и изоляционные масла портятся, как и оргматериалы. Синтетический каучук и кремнийорганическая резина твердеют при 108 рад, а натуральный каучук - при 109 рад. Бутиловый каучук превращается в клейкую массу при 108 рад. Изменение электрических свойств органических веществ (проводимость, диэлектрическая проницаемость, угол потерь) носит обратимый характер. Время восстановления зависит от природы материала и условий облучения.
|
|
На неорганические вещества (материалы) радиация воздействует меньше, чем на органические. При облучении нейтронами возможно объемное расширение (1% при облучении потоком 1020 нейтр/см2). Кварц и стекло теряют прозрачность при больших дозах.
Таблица 1
Характеристики радиационной стойкости материалов.
Материал | Допустимый поток нейтронного облучения, нейтр/см2 | Допустимая доза гамма - облучения, Р | ||
Материалы с низкой радиационной стойкостью
| ||||
Ацетатцеллюлоза (бумага) | 9*1014 - 2*1015 | 5*106 - 4*107 | ||
Оргстекло | 1014 - 1015 | 1015 | ||
Фенольные смолы (без наполнения) | 7*1014 | 107 | ||
Полиамиды разные | 4*1014 | 7*106 | ||
Поливинилхлорид | 1015 | 106 | ||
Полиэтилен - терефталат | 1015 | 107 | ||
Кремнийорганическое стекло | 7*1013 - 3*1014 | (1 - 5) *106 | ||
Материалы со средней радиационной стойкостью | ||||
Фенольные смолы с органическими наполнителями | 1016 | 108 | ||
Полиэтилен | 1017 | 107 | ||
Стеклоткань | 1016 | 108 | ||
Эпоксидные лаки | - | (5 - 10) *108 | ||
Нитролак | - | (5 - 7) *108 | ||
Материалы с высокой радиационной стойкостью | ||||
Керамика (стеатит) | 3*1020 | 5*1012 | ||
Стекло | 1018 | 3*109 | ||
Кварц | 1019 | 1010 | ||
Микамекс | 1019 | 1011 | ||
Слюда | 1018 | 1010 | ||
Полистирол | 1,3*1019 | 5*109 |
Под допустимой дозой (потоком) понимается величина, при которой характеристики материала ухудшаются на 25%; допустимая доза определяется при помощи потока нейтронов и мощности дозы гамма - облучения соответственно 1011 - 1012 нейтр/ (см2*с) и (106 - 107) Р/ с.
Влияние ионизирующего облучения на резисторы
Следствием воздействия может быть пробой в связующих и пропитывающих изоляцию материалах, изменение свойств основного материала резистора, появление проводимости из - за ионизации материала каркаса и покрытия.
Величина и знак изменения сопротивления резистора определяются основным материалом резистора, номинальной величиной сопротивления, размерами, величиной приложенного напряжения и особенностями технологии изготовления. Чем больше величина сопротивления, тем большие обратимые изменения вызываются облучением; поэтому резисторы с сопротивлением порядка 109 Ом могут быть ненадежны.
Облучение резисторов потоком быстрых нейтронов вызывает как необратимые, так и обратимые изменения (в зависимости от величины потока), а гамма - излучения - только обратимые изменения.
Таблица 2
Изменение номинального сопротивления резисторов (%) при кратковременном воздействии нейтронного облучения.
Тип резисторов | Обратимые изменения | Необратимые изменения | ||
Величина потока, нейтр/см2 | ||||
107 | 109 | 1015 | 1018 | |
Углеродистые композиционные постоянные | - (2 ¸ 8) | - (4 ¸ 10) | 0 ¸ (-9) | 0 ¸ (-11) |
переменные | - | - | - | 10 ¸ 30 |
Углеродистые пленочные постоянные | -1 ¸ (+2) | -2 ¸ (+3) | -0,2¸ (+1,5) | -0,8 ¸ (+2) |
переменные | - | - | - | 15 |
Металлопленочные | 0 ¸ (+1) | 0 ¸ (+2) | 0 ¸ (+0,4) | 0 ¸ (+0,6) |
Проволочные | 0 ¸ (+0,5) | 0 ¸ 1,2 | 0 ¸ (+0,2) | 0 ¸ (+0,4) |
Проволочные и ленточные переменные | - | - | - | 5 |
Таблица 3
Величины нейтронного потока при котором возникают необратимые изменения в резисторах и короткое замыкание, нейтр/см2
Тип резисторов | Начало изменений | Короткое замыкание |
Углеродистые композиционные постоянные | 1013 | 1019 |
переменные | 1013 | 1019 |
Углеродистые пленочные постоянные | 1013 | 109 |
переменные | 1013 | 1019 |
Проволочные постоянные | 1019 | 1020 |
Проволочные и ленточные переменные | 1019 | 1020 |
Рисунок 1 - Зависимость сопротивления тонкопленочных (1 - 3) и проволочных (4) резисторов от длительности гамма - облучения при общей дозе 2*109 Р.
Импульсное (длительность импульса 0,1 мс) гамма - облучение дозой 103 Р при мощности дозы 107 Р/с в резисторах различных номиналов вызывает обратимые изменения.
Таблица 4.
Номинал, кОм | Изменение величины сопротивления во время облучения в% |
1 | 1 |
10 | 0,5 - 4 |
100 | 5 - 15 |
1000 | 30 - 75 |
10000 | 65 - 85 |
При малых дозах импульсного нейтронного и гамма облучения, воздействующих одновременно, изменение параметров резисторов разных типов носит обратимый характер (величина изменения определяется не конструкцией, а размерами резисторов). Характеристики резисторов полностью восстанавливаются через 1 - 5 мс после облучения.
4. Влияние ионизирующего облучения на конденсаторы
Ионизирующее облучение вызывает обратимое или необратимое изменение емкости и обратимое изменение величины утечки и тангенса угла потерь.
Нейтронная радиация приводит к необратимым и обратимым изменениям характеристик конденсаторов, а гамма - облучение - в основном - к обратимым изменениям. Общей причиной этого является изменение электрических характеристик диэлектрика (диэлектрической постоянной и сопротивления).
Кроме того происходит выделение газов при облучении в электролитических конденсаторах и конденсаторах с масляным заполнением, что может привести к их разрушению.
Таблица 5.
Влияние радиации на конденсаторы.
Вид конденсаторов | Интенсивность суммарного нейтронного и g-излучения (нейтр/см2+ эрг/кал) | Характер влияния радиации |
Керамические | 1,3*108 + 2,5*1010 | Обратимые изменения С на 4 - 19% |
Сегнетокерамические | 1,0*1013 + 8,3*104 | Токи утечки в обратном направлении Обратимые изменения С < 1% |
Стеклоэмалевые | 2,5*1017 + 6,1*1010 | Изменение сопротивления изоляции на 2 - 3 порядка |
Слюдяные | 1*1014 + 5,7*108 | Необратимые изменения С < 1% |
1,23*108 + 0 | Обратимые изменения С < 1% | |
Бумажные | 1*1018 + 2,5*1010 | Значение емкости выходит за пределы допусков |
Бумагомасляные | 1,1*1018 + 0 | Необратимые изменения емкости от +37 до -20% |
Электролитические | - | Ток утечки возрастает с повышением мощности и дозы облучения |
Танталовые | (3,4*1012 … 2,5*1018) + + (5,7*108 … 4,4*1010) | Необратимые изменения емкости от -10 до +3,0% |
Алюминиевые | то же | Необратимые изменения емкости от -6 до +65% |
9*1016 + 0 | Короткое замыкание |
Сегнетокерамические конденсаторы подвергались импульсному облучению, остальные - непрерывному.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 356; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!