Методическое пособие 542

В полупроводниковых тензорезисторах в качестве чувствительного элемента используют монокристаллический полупроводник толщиной 2050 мкм, шириной до 0,5 мм и длиной 2-12 мм. Особенностью полупроводниковых тензорезисторов является их высокая чувствительность, в 5060 раз превышающая чувствительность проволочных тензорезисторов, и большой уровень выходного сигнала (0,1 В и более). Сопротивление полупроводникового тенэорезистора при одних и тех же размерах посредством добавления присадок и выбора определенной технологии изготовления может меняться от 100 Ом до 50 кОм. Тензорезисторы из кремния и германия обладают высокой чувствительностью, химически инертны и выдерживают нагрев до 500-540 °С. Конструкции полупроводниковых тензорезисторов приведены на рис. 4.12. а (серия КТЭ и КТД) и рис. 4.13. б (серия Ю-8).

Рис. 4.13. Полупроводниковые тензорезисторы

Вывод тензорезистора имеет два участка. Участок 1 обеспечивает сварку с полупроводником, участок 2 используют для монтажа в схемах. Тензорезисторы КТД имеют проводимость р-типа, а КТЭ - п-типа. Коэффициент тензочувствительности этих тензорезисторов равен 120 ± 20, номинальный ток 15 мА, рабочий диапазон температур от-160 до 300 °С, температурный коэффициент сопротивления 0,45 % - °С, предельно измеряемая деформация 0,004. Коэффициент тензочувствительности равен 100

± 10, номинальный рабочий ток для Ю-8 15 мА, для тензорезисторов Ю-12 10 мА, диапазон рабочих температур от -60 до 115°С. К недостаткам полупроводниковых тензорезисторов следует отнести их малую механическую прочность, высокую чувствительность к воздействию внешних условий и существенный разброс характеристик от образца к образцу. При измерении динамических нагрузок имеется ряд особенностей.

Длительность надежной работы при циклических и вибрационных нагрузках определяется для тензорезисторов их собственной динамической стойкостью, которая зависит от материалов решетки и основы, конструк-

53

ции решетки и выводов тензорезисторов. Для низко- и сред нечастотных процессов используют проволочные и фольговые тензорезисторы. Динамические нагрузки больших амплитуд измеряют проволочными тензорезисторами. Наибольшей динамической стойкостью обладают тензореэисторы на фенол ьной, фуриловой и пластифицированной эпоксидной пленочной основах. Охарактеризованные первичные преобразователи являются составной частью сложных измерительных систем.

54

5 ИЗМЕРЕНИЯ РАДИАЦИОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

5.1 СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ РАДИАЦИОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ.

По виду регистрируемого излучения различают дозиметрические приборы: для мягкого рентгеновского излучения, для рентгеновского и у- излучения, для бета и у-излучений, для других тяжелых заряженных частиц и для нейтронов [4]. По способу регистрации излучения в соответствии с физическими методами дозиметрии различают приборы: ионизационные, люминесцентные (сцинтилляционные), полупроводниковые, фото дозиметрические, химические и калориметрические. Наиболее широкое применение получили ионизационные и люминесцентные дозиметрические приборы. В зависимости от измеряемых параметров различают дозиметрические приборы, предназначенные для измерения дозы или мощности дозы излучения-рентгенометры (дозиметры), и приборы, измеряющие активность или плотность потока ионизирующих излучений, позволяющие вести счет отдельным частицам (квантам) и называемые радиометрами. По измеряемой физической величине и типу регистрирующего устройства бывают приборы, показывающие результат, и интегрирующие, которые суммируют результат измерения за определенный промежуток времени. Для анализа энергетического спектра излучения, выделения определенной компоненты в излучении сложного состава и ряда других целей пользуются вспомогательными радиотехническими приборами (пересчетные устройства с запоминающими схемами, амплитудные дискриминаторы и анализаторы).

Ионизационные приборы основаны на использовании явления взаимодействия ионизирующего излучения с веществом, при котором часть энергии излучения передается атомам этого вещества и расходуется на их ионизацию. Принцип действия таких приборов можно представить из рассмотрения простейшей схемы, состоящей из вешнего конденсатора, источника питания и гальванометра. Под действием радиоактивных излучений воздух между обкладками конденсатора ионизируется и его молекулы и атомы из электрически нейтральных превращаются в ионы, несущие положительные и отрицательные заряды. Наличие разности потенциалов, приложенной к обкладкам, приводит к тому, что ионы разных знаков, двигаясь в противоположные направления, вызовут ток в цепи, пропорциональный интенсивности излучения.

55

57

58

5.2ИСПЫТАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Вкачестве источников радиационных излучений могут использоваться ядерные реакторы, линейные ускорители, рентгеновские установки

ирадиоактивные изотопы.

Наиболее эффективным источником является линейный ускоритель позволяющий получить как одиночный импульс, так и последовательность импульсов в длительности от 0,1 до 10 мксек. Последнее время для индуцирования фототоков используют лазерные установки, создающие эффект, аналогичный у-излучению.

Импульсная рентгеновская установка позволяет получить только одиночные интенсивные вспышки используемые для моделирования воздействия мгновенных у-квантов.

Вкачестве источников нейтронов используется импульсный реактор способный создавать импульсы тепловых нейтронов и излучения длительностью 100 мксек.

Для испытания на воздействие электромагнитного импульса используют СВЧ-генераторы регулируемой частоты, обеспечивающие получения напряженности поля в несколько тысяч на метр.

Новым методом испытаний является применение математического моделирования схемы и условий ее облучения с помощью ЭВМ. Пользуясь методом моделирования в сочетании с радиационными испытаниями, можно сократить сроки конструирования и более уверенно гарантировать устойчивую работу РЭА.

Одной из важнейших радиационных испытаний является определение уровня радиации. Процесс измерения экспозиционной или поглощенной дозы носит название дозиметрии.

По виду регистрирующего излучения различают дозиметрические приборы: для легкого рентгеновского излучения, для рентгеновского и γ - излучения, для β и γ излучений, для α- и других тяжелых заряженных частиц и для нейтронов.

По способу регистрации излучения в соответствии с физическими методами дозиметрии различают приборы:

ионизационные, люминесцентные, полупроводниковые, фото дозиметрические, химические и калориметрические. Широко используются ионизационные и люминесцентные дозиметрирующие приборы.

Взависимости от измеряемых параметров различают дозиметрические приборы:

1. Рентгенометры - измеряющие дозу и мощность излучения.

2. Радиометры - определяют плотность потока ионизирующего излучения, позволяющие вести счет по отдельным частицам (квантам).

По измеряемой физической величине и типу регистрирующего устройства бывают приборы, показывающие результат и интегрирующие измерения.

59

Ионизационные приборы основаны на использовании явления взаимодействия ионизирующего излучения с веществом, при котором часть энергии излучения передается атомам этого вещества и расходуется на их ионизацию.

Принцип действия. Под действием радиоактивных излучений воздух между обкладками конденсатора ионизирует, и его молекулы из нейтральных превращаются в ионы. Наличие разности потенциалов, приложенные к обкладкам, приводит к тому, что ионы разных знаков, двигаясь в противоположные направления, вызывает ток в цепи, пропорциональный интенсивности излучения.

Рис. 5.2.1 - Схема емкостного ионизационного радиометра

где: No - число пар ионов, образуемых излучением в одном см за 1 сек; Vo - объем камеры, см3; L - заряд иона, численно равный заряду электрона. Ионизационные приборы регистрируют суммарную ионизацию. Газоразрядные приборы Гейгера-Мюллера, отличающиеся большой чувствительностью. Цилиндр с проволочной нитью, изолированной от цилиндра, заполнен смесью газов (аргон + пары спирта), при пониженном давлении (10-15 мм.рт.ст.). Нить заземляется через очень большое сопротивление. Между нитью и стенками цилиндра создается разность потенциалов порядка тысячи вольт, но более низкое, чем пробивное напряжение газа в цилиндре. Попадание в счѐтчик быстрой частицы вызывает ионизацию газа, происходит пробой, и по R проходит импульс тока. Возникающий на R импульс усиливается и регистрируется (механический счетчик, фотопленка). Газоразрядные приборы определяют количество радиоактивных веществ.

60