Диагностика и испытание радиотехнических систем. Никитин Л.Н., Муратов А.В

испускаемые продуктами деления 5,0%. Из всех видов излучений, возникающих при ядерном взрыве, наибольшую опасность представляют - кванты и нейроны высокой энергии(1 Мэв) вызывающие переходные или необратимые изменения характеристик элементов и выводящие РЭА из строя.

При подготовке к проведению испытаний необходимо определить способ размещения и расстояние испытываемых изделий от источника излучения, а также решить вопрос о месте расположения измеритель аппаратуры.

7.7.Испытательное оборудование

Вкачестве источников радиационных излучений могут использоваться ядерные реакторы, линейные ускорители, рентгеновские установки и радиоактивные 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 - излучению.

Импульсная рентгеновская установка позволяет получить только одиночные интенсивные вспышки используемые для моделирования

воздействия мгновенных - квантов.

В качестве источников нейтронов используется импульсный реактор

СВЧ-генераторы регулируемой частоты, обеспечивающие получения напряженности поля в несколько тысяч на метр.

Новым методом испытаний является применение математического моделирование 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 - излучения, для и излучений, для - и других тяжелых заряженных

частиц и для нейтронов.

По способу регистрации излучения в соответствии с физическими методами дозиметрии различают приборы: ионизационные, люминесцентные, полупроводниковые, фотодозиметрические, химические и калореметритрические. Широко используются ионизационные и люминесцентные дозиметрирующие приборы.

В зависимости от измеряемых параметров различают дозиметрические приборы:

1. Рентгенометры - измеряющие дозу и мощность дозы излучения.

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

По измеряемой физической величине и типу регистрирующего устройства бывают приборы, показывающие результат и интегрирующие измере-ния.

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 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.

где N0 - число пар ионов, образуемых излучением в одном см за 1 сек; V0 - 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 см.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 счетчик 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.

Рис 7.8. Газоразрядный прибор Гейгера-Мюллера

Сцинтилляционные приборы основаны на способности люминесцирующих веществ (сернистый цинк, нафталин) при бомбардировке их быстрыми заряженными частицами светиться. Быстрые заряженные частицы попадая на слой люминесцентного вещества, тормозятся и при этом значительная доля их энергии превращается в вспышку света, называемую сцинтилляцией. Наибольшая яркость вспышки имеет место в случае - частиц, так как они тормозятся на пути длиною менее 0,1 мм и при этом световая энергия выделяется в малом объеме. Сцинтилляции, производимые рентгеновскими и - лучами, вызывают значительно меньшее сечение. Поэтому для их обнаружения и счета используется чувствительные фотоэлементы - фотоэлектронные умножители (ФЭУ). Поскольку каждому электрону, поглощенному в сцинтилляторе, соответствует импульс тока в анодной цепи ФЭУ, то следовательно изменению подлежит как средняя величина анодного тока, так и число импульсов тока в единицу времени. В соответствии с этим различают токовый и счетчиковый режимы. Как в ионизационном, так и в цинтилляционном дозиметрах ток определяет поглащенную энергию излучения, а скорость счета - плотность потока радиации.

Полупроводниковые приборы основаны на способности полупроводниковых кристаллов изменять свою проводимость под действием радиоактивных излучений. С помощью полупроводниковых детекторов

можно фиксировать тяжелые заряженные -частицы, а также - частицы, рентгеновские и - кванты.

Фотодозиметрические приборы основаны на экспонировании пластинки с фотоэмульсией. После проявления фотопластинки негатив исследуется с помощью оптического денситометра (прибор, определяющий плотность почернения на светочувствительном слое) или спектрофотометра. Доза - излучения определяется путем сравнения степени прозрачности экспонированной пленки с прокалиброванным эталоном. Точность +6 дб.

Достоинства: малые размеры, большая чувствительность, возможность накопления действия излучения за длительное время.

Недостатки: сложность процессов обработки и измерений.

Данные приборы дают хорошие результаты при относительных измерениях нейтронных излучений ниже, чем у ранее рассмотренных приборов.

Химический метод дозиметрии основан на измерении выхода радиационно-химических реакций, протекающих под действием ионизирующих излучений

Радиационно-химические превращения могут происходить в водных растворах, в жидких и твердых химических системах. Из жидких химических дозиметров наиболее широко применяются ферросульфатный и цериевый.

В качестве твердых дозиметров используют ряд веществ, изменяющий свою окраску под действием облучения. Для дозиметрических целей успешно используются тонкие поливинилхлоридные пленки, в состав которых входят красители. Пленки толщиной в сотые доли миллиметра удобны тем, что не искажают поля излучения.

Разновидностью химических дозиметров являются прозрачные стекла, которые темнеют под действием ионизирующих излучений. Химические

излучений основаны на преобразовании поглощаемой веществом энергии при взаимодействии ионизирующих излучений в тепловое. Тепловые приборы являются единственными, основанными на непосредственном (прямом) измерении поглощаемой энергии.

7.8. Испытание на действие солнечного излучения

Воздействие солнечного излучения на РЭА определяется диапазоном электромагнитных волн, достигающих ее поверхности. Известно, что излучаемые Солнцем лучи представляют собой электромагнитные колебания

в диапазоне волн от 100 до 1000000 А. Волны длиной волны менее 3900 А относятся к ультрафиолетовой части спектра, волны в диапазоне от 3000 до 7600 А представляют собой видимую часть спектра волны с 7800-1000000 составляют инфракрасную часть спектра/4,6/.

На волны ультрафиолетовой части спектра приходится около 9 % энергии солнечного излучения, на волны видимой части спектра около 41% и на инфракрасные около 50%. Наличие атмосферы, окружающей Землю, приводит к тому, что около 19% солнечной энергии поглощается водяным паром, озоном, углекислым газом, пылью и т.д. Примерно 35% солнечной энергии поглощается в космическом пространстве. В результате земной поверхности достигает только 46% солнечной энергии в диапазоне от 2900 до 40000 А. При этом волны ультрафиолетового спектра поглощаются и рассеиваются сильнее, чем инфракрасного.

Водяные пары, углекислый газ поглощают инфракрасные волны. Наличие облаков уменьшает количество солнечной энергии достигающей Землю примерно на 75 % по сравнению с ясным небом.

Наиболее интенсивное воздействие на РЭА оказывает ультрафиолетовое излучение, которое определяет в основном количественное изменение большинства органических материалов (каучук, пластики и др.).

Ультрафиолетовое излучение является катализатором реакции окисления полярных и неполярных диэлектриков: полиэтилена, полистирола и др. Под его действием происходит частичное химическое разложение полимеров, содержащих хлор (поливинилхлорид, поливинилдихлорид и др). При действии ультрафиолетового излучения на некоторые термореактивные пластмассы наблюдается изменение органической связки и цвета материала, а при действии на древесину - изменение в структуре ее поверхностных слоев.

Совместное действие света, влаги и ветра приводит к поверхностному окислению материалов и ухудшению их физико-химических и электрических свойств.

Фотохимическое воздействие солнечной радиации характеризуется количеством энергии, которую несут фотоны. Эта энергия зависит от длины световой волны

где E - энергия Фотона, эрг; h - постоянная равная 6,62 10-27 эргсек; C - скорость света, см/сек; - длина волны: см.

Чем меньше длина световой волны, тем выше энергия фотона, воздействующего на материал. Видимые и ультрафиолетовые излучения

являются причиной фотохимического воздействия на окрашенные изделия, при котором происходит выцветание и разрушение лакокрасочных покрытий. Попеременное действие излучения и дождя вызывает разрушение поверхности. Действие инфракрасного излучения вызывает повышение температуры материалов со всеми вытекающими последствиями: старение, разрушение, отказ в работе.

Цель испытаний: выявить возможные нарушения покрытий кожухов и крышек приборов, состояние маркировки и шкал, старение проводов и кабелей и т.п.

Метод проведения испытаний

После внешнего осмотра и измерения параметров в соответствии с требованиями ТУ, ПИ и методики изделия помещают в специальную камеру, в которой их облучают светом определенного состава и интенсивности, близкими к солнечному свету.

Для лучшего обнаружения возможных нарушений внешнего вида изделий целесообразно пользоваться сравнением испытываемого изделия с эталонным. В качестве «эталона» может быть взято одно из изделий, предназначенное для испытаний.

Изделия в камере должны быть расположены таким образом, чтобы облучение происходило под углами, соответствующими реальным условиям эксплуатации.

В зависимости от назначения и условий эксплуатации изделия могут испытываться в сухом и жарком или влажном и теплом климатах, подвергаться непрерывному или циклическому воздействию внешних факторов. При обоих видах испытаний изделия должны подвергаться облучению источниками солнечной радиации, излучающими волны в диапазоне от 2900 до 40000 А при температуре в камере +60 ( 2 С) C. Приближенно продолжительность облучения может определяться как частное от деления срока службы на «коэффициент ускорения», зависящий от климатического пояса.

Для тропического пояса «коэффициент ускорения» равен 12, для умеренного 8. Испытания во влажном и теплом климате проводят по следующему циклу: поместив изделие в камеру, его выдерживают при t=60 С в течении 24 часов, после чего подвергают воздействию влажности при

t=40 С и относительной влажности 95-98% в течении 48 ч.

Изделия, работающие в условиях исключающих непосредственное воздействие солнечной радиации (в транспортных средствах, в помещениях и т.д.) подвергают при непрерывном испытании облучению

продолжительностью трое суток, а при циклическом испытании воздействию трех циклов.

Для изделий работающих на открытом воздухе, на которые воздействуют все атмосферные факторы, при непрерывном облучении составляет пять суток, а при циклическом испытании воздействие пяти циклов.

Различают два вида камер, предназначенных для испытаний на действие солнечной радиации:

1)Только для имитации сухого жаркого климата;

2)Для любых из рассмотренных испытаний.

Рис. 7.9. Камера испытаний на воздействие солнечного излучения.

1 – камера;2 - лампа инфракрасная, типа НГ;3 - лампа ультрафиолетовая типа ПРК;4 - поворотный стол;5 – редуктор;6 – электродвигатель;7 - испытуемое изделие (РЭА);

Основным элементом камеры являются источники света, в качестве которых применяются ртутно-кварцевые лампы с вольфрамовой нитью накала типа НГ инфракрасного излучения и лампы типа ПРК ультрафиолетового излучения. При установке ламп инфракрасного и ультрафиолетового излучения в камере необходимо обеспечивать получение заданной температуры вместе расположения испытуемого изделия. Следует иметь в виду, что коротковолновые и средневолновые ультрафиолетовые лучи оказывают вредное влияние на организм человека. Во избежание ожогов глаз недопустимо смотреть на горящую ртутную лампу без применения защитных очков.

С целью исключения влияния озона и окисла азота, образующихся в результате ионизации воздуха при работе газоразрядных ламп, необходимо проветривать помещение. Равномерная интенсивность облучения

испытуемых изделий достигается параболическими зеркальными отражателями и фокусирующими устройствами.

С целью имитации суточной смены солнечной радиации предусматривают вращение испытываемого изделия со скоростью 1 об/сутки.

Внутренние стенки и детали камер должны быть изготовлены из материалов, стойких против действия ультрафиолетовых и инфракрасных лучей.

7.9. Испытание на воздействие морского (соляного) тумана

Эксплуатация PЭА на открытом воздухе, в приморских, тропических или арктических условиях, на кораблях, где она подвергается непосредственно воздействию всех атмосферных факторов, приводит к необходимости испытанию не только на влагоустойчивость, но и на воздействие морского тумана/4/.

Испытание на воздействие морского тумана позволяет выявить коррозионную устойчивость различных изделий, состояние их поверхностных покрытий и т.д.

7.10.Метод проведения испытаний

При планировании испытаний учитываются предполагаемые условия эксплуатации. Следует иметь ввиду, что действие соли морского тумана распространяется до высоты 500 м и на расстояние до 9-20 км внутрь материка, во-вторых, что щелочность морской воды выраженная в единицах: рH, равна 8,1-8,3 , а также, что концентрация соли в океане составляет около 35 частей на 1000. Водородным показателем рH называют число, характеризующее степень кислотности или щелочности раствора, т.е. концентрацию водородных и гидроксильных атомов в нем.

Рис.7.10. Схема соотношения между значением pH и реакцией среды

Показатель рH является логарифмом числа, оценивающего концентрацию (H) или (ОН), взятых с обратных знаком, при рH=7 раствор нейтральный, при рH>7 -щелочной, при рH<7 - кислый. Соотношение между значением рH и реакцией среды раствора можно выразить схемой (рис.7.10)

Изделия, подлежащие испытанию, помещают в специальную камеру, в которой устанавливается температура, равная +27 С, и разбрызгивается соляной раствор определенного состава, имитирующий воздействие морского тумана. Разбрызгивание раствора производятся в течении 15 минут через каждые 45 минут в течении времени, указанного в ПИ и ТУ обычно общая продолжительность испытаний берется 2,7 или 10 суткам.

В процессе испытаний необходимо исключить возможность попадания капель на поверхность изделий. По прошествии времени испытания изделия вынимают из камеры и осуществляют их внешний осмотр. РЭА и некоторые элементы выдерживают в течении 6-12 ч. в нормальных условиях, а потом проверяют на работоспособность. Иногда в ПИ,ТУ оговаривают необходимость промывки радиоэлементов в дистиллированной воде после извлечения их из камеры с последующей сушкой.

Распыленный в камере раствор солей приготовляется на дистиллированной воде по следующей рецептуре: хлористый натрий 272г/л, хлористый магний 1 г/л, хлористый калий 1 г/л.

7.11. Испытательное оборудование

Камера морского тумана (КСТ) должна обеспечивать возможность поддержания температуры от 25 до 60 С при относительной влажности до100%. Кроме того, камера должна иметь автоматическое программирующее устройство, обеспечивающее суточную периодичность введения солевого раствора и температурного режима. Распыление раствора солей осуществляется центрифугой аэрозольного аппарата. Оборудование камеры должно быть коррозионно-стойким. Поэтому его целесообразно изготовлять из нержавеющей стали, поливинилхлорида, полиэтилена и других материалов, не требующих специальных покрытий.

Основными показателями тумана, получаемого в камере, является дисперсность и водность, дисперсность характеризует степень раздробления вещества на частицы. Чем меньше частицы, тем больше дисперсность

Рекомендуется оценивать степень дисперсности тумана методом микрофотографии.

На предметное стекло наносится состав типа смеси трансформаторного масла с вазелином. Стекло помещают в середину камеры и выдерживают около 0,5 мин. фотографируют через микроскоп стекло с осевшими на него капельками тумана. Фотографии участков стекла проектируют с увеличением на экран и подсчитывают общее число капель разного размера. Нормальный туман в камере должен содержать 90% капель размером от 1 до 5 мкм. Под водностью тумана понимают количество капель жидкой влаги в единице объема, годность может оцениваться по размеру пятна на специальной фильтровальной бумаге при просачивании через нее раствора. Водность нормального тумана 2-3 г/м3. При проведении испытаний необходимо контролировать щелочность солевого раствора. Концентрация соли, и щелочность испытательного раствора измеряются ареометром и лакмусовой бумагой.

На основании различных работ были разработаны нормы времени и режимы проведения испытаний в камере влажности, эквивалентные испытаниям в камере морского тумана (рис.7.11)

Рис.7.11. Длительность испытаний