книги из ГПНТБ / Логинов, И. Л. Инженерно-технические мероприятия, повышающие устойчивость электротехнического и радиоэлектронного оборудования к поражающим факторам ядерного взрыва учебное пособие

коэффициент рекомбинации ионов,cm3∕c (α=l,66∙10-6 cm3∕c); ке—подвижность электронов, cm2∕B∙c (κe = IO3 cm2∕B∙c); р —

коэффициент прилипания электронов к нейтральным молеку­ лам, 1/с (р = 5 ∙ IO71/с) ; q — число пар ионов, возникающих в 1 см3 в секунду вследствие ионизации, 1∕cm3∙c:

I р/с = 2,08 ∙ IO9 1∕cm3 • с = 2,58 ∙ 10~4 А/кг;

∏l и пе — коэффициенты, позволяющие определять ток утеч­

ки при стационарном режиме действия ионизации и при им­

пульсных излучениях.

t — длительность импульса, с.

Для максимальной мощности дозы, обусловленной мгно­

венным гамма-излучением, можно принять продолжитель­

ность действия импульса 10~7c; для меньших мощностей доз,

обуславливаемых захватным и осколочным гамма-излуче­ нием, продолжительность действия импульса может состав­ лять несколько секунд.

Для оценки сопротивления воздушного промежутка мож­

λ = 200 м мощность дозы (при длительности импульса IO-7 с)

мгновенного гамма-излучения может быть подсчитана [7] по

41

лампах

Укажем предельные дозы поглощения, приводящие при­ боры к выходу из строя:

электронных лампах.

В табл. 12 приведены данные, при которых начинаются

обратимые изменения в приборах, а также данные, при кото­

рых приборы выходят из строя при действии импульсного

гамма-излучения [4].

Таблица 12

Германиевые и кремниевые

43

Материалы по радиационной стойкости делят на 5 групп

[9]. Подразделение их по группам и максимально-допустимые

44

§12. Использование специальных схем, компенсирующих

иотводящих дополнительные токи и схем, менее критичных к появлению их

Посредством применения специальных схем, которые обес­ печивают компенсацию и отвод дополнительных токов или

меньшую критичность к появлению таких токов, можно по­

высить устойчивость работы электротехнического и радио­ электронного оборудования. Под специальной схемой пони­

мается схема, в которую введены дополнительные элементы,

выполняющие задачу компенсации или отвода дополнитель­

ных токов, или схема, действие которой мало зависит от изменения параметров элементов, входящих в нее. Обычно

в таких схемах большинство элементов являются радиацион­ но-стойкими и только единицы из них чувствительны к воз­

федр. Здесь ограничимся лишь случаем применения нерадиа-

ционно-стойкого конденсатора Ci в одноблочном радиацион­ но-стойком усилителе (рис. 15). При облучении усилителя

проникающая радиация вызывает изменение напряжения на

■обкладках конденсатора и увеличение тока утечки за счет ионизации диэлектрика и появления свободных носителей за­ ряда. После прекращения облучения исчезновение наведен­

ного тока несколько задерживается, чем вызывается допол­

нительных разряд конденсатора Cb Это приводит к искаже-

45

нию усиливаемого сигнала. Для того чтобы исключить это

искажение или максимально возможно уменьшить его, канд.

техн, наук Бескед П. П. предложил ввести дополнительную ячейку, состоящую из конденсатора C2 и сопротивления ⅛2-

Cf

∕plL-

&

Рис. 15. Усилитель с ячейкой компенсации

Эта ячейка, позволяет изменение напряжения, возникающее

под действием проникающей радиации на обкладках конден­

сатора C1 и подаваемое в точку А, компенсировать этим же

изменением напряжения, но поданным в точку А через кон­

денсатор C2 и сопротивление R2 с обратным знаком. Действи­ тельно, пусть под действием излучения емкость конденсато­

ра C1 уменьшилась, тогда емкостное сопротивление Xc =

увеличится. Увеличение Xc приводит к уменьшению напря­ жения база—эмиттер:

Чтобы этого не происходило через ячейку обратной связи,

в точку А подается изменение напряжения Uoc с обратным знаком. Так что Дбэ = Um—Ucc. Так удается снизить влия­

ние проникающей радиации. Другой путь снижения влияния

нейтронного и гамма-излучения заключается в применении

схем менее критичных к изменению параметров элементов,

входящих в состав схемы. Примером такой схемы может слу­ жить схема мультивибратора, (рис. 16). Мультивибраторы та­

46

кого рода широко применяются как генераторы прямоуголь­

ных импульсов. При включении питания он самовозбуждает­

ся, происходит быстрое запирание одного и отпускание дру­

гого транзистора, т. е. «опрокидывание» схемы. После каж­ дого опрокидывания в схеме устанавливается квазиустойчи­

вое состояние равновесия, в течение которого происходит

разряд одного и заряд другого конденсатора.

47

ется на базу T1, что содействует его отпиранию. Таким обра­

зом, происходит лавинообразный процесс опрокидывания’

схемы, в результате которого ранее открытый транзистор T2r

запирается, а закрытый T1 — открывается.

Допустим, напряжение на обкладках конденсатора C2 под

действием проникающей радиации упало, тогда разряд кон­

денсатора C2 займет меньше времени, что приведет к преж­

девременному открытию транзистора T1. При уменьшении на­

пряжения на обкладках конденсатора C1 произойдет прежде­

временное открытие транзистора T2. Если восстановление на­ пряжений на конденсаторах не успеет произойти, то транзи­

Если же напряжения на конденсаторах успеют восстановить­ ся, то влияние проникающей радиации выразится в измене­

нии формы и продолжительности выдаваемых импульсов. Однако мультивибратор не остановится, он будет продол­

жать работать.

§ 13. Заполнение изоляционными материалами воздушных промежутков схем с радиодеталями

Воздух, как изолятор, относится к числу наихудших [8J

в условиях действия проникающей радиации. Поэтому токи утечки по воздуху в ряде случаев могут превышать токи утеч­

ки по твердым диэлектрикам в несколько раз, а иногда на

несколько порядков. Между тем в схемах с радиодеталями

количество воздушных промежутков, как правило, очень

большое, и это обстоятельство усложняет применение подоб­

ного оборудования в условиях действия ионизирующих излу­ чений. Можно привести целый ряд примеров, связанных с по­

терями за, счет воздушных промежутков. Так, ток утечки вы­ сокоомного резистора определяется величиной сопротивления

защитного покрытия и воздуха. В условиях действия прони­ кающей радиации величиной сопротивления ионизированного

воздуха практически можно пренебречь, что ведет к значи­ тельному увеличению тока утечки, а следовательно, и к боль­ шим потерям за счет них.

Влияние окружающего воздуха на конденсаторы проявля­

ется в виде дополнительной шунтирующей проводимости, определяющей дополнительные потери в условиях ионизации

воздуха. Слабые диэлектрические свойства воздуха в усло­

виях ионизации вызывают необходимость предпринимать ряд мероприятий для уменьшения влияния воздушных промежут-

48

ков или для их исключения. Это можно достигнуть увеличе­

нием толщины защитных покрытий и путем заливки радио­ деталей в составе схем и блоков аппаратуры. Чтобы показать

насколько это эффективно, сошлемся на, такой пример: уве­

личение толщины покрытия резистора в 10 раз [8] при облу­ чении с мощностью дозы IO7 Р/с (2,58-IO3 А/кг) позволяет уменьшить изменение сопротивления резистора в 6—8 раз.

Заливка производится специальными изоляционными ком­

паундами. В случае невозможности заливки всей схемы, тре­

буется, кроме опрессовки, предусматривать соответствующую

распайку, чтобы выводы резистора были максимально уда­

лены друг от друга, кроме того, выводы и места пайки долж­ ны быть покрыты изоляционными лаками или другими за­ щитными материалами.

§ 14. Ослабление проникающей радиации. Герметизация корпусов и подбор их покрытий

Радиационные излучения, проходя через материалы,

ослабляются. Точный расчет ослабления по целому ряду причин затрудняется, так как гамма-кванты и нейтроны

имеют различные энергии, и это ведет к разным видам взаи­ модействия и, хотя процессы взаимодействия нейтронов и

гамма-излучения со средой различны, ослабление дозы ней­ тронов и гамма-квантов может быть выражено одной и той

Если толща состоит из нескольких слоев различных мате­ риалов, то для определения общего коэффициента ослабле­ ния необходимо найти коэффициент ослабления для каждого

слоя, а затем перемножить их. Зная, что для гамма-лучей

толщина слоя половинного ослабления воды составляет 23 см

и плотность материала р, г/см3, для которого определяется

слой половинного ослабления, можно написать:

(36)

Толщина слоя половинного ослабления показана в табл. 14.

При ядерном взрыве, кроме действия проникающей радиа­

ции, происходит радиоактивное заражение местности и пред­

метов радиоактивной пылью. Оседая на электротехническое

и ,радиоэлектронное оборудование, радиоактивная пыль со­

здает трудности обращения с оборудованием. Для исключе­

ния этих трудностей производится дезактивация оборудова­

ния. Чем поверхность дезактивируемых приборов имеет боль­ шую полированность, тем легче удаляется пыль с оборудова­

ния. Поэтому покрытия для оборудования надо подбирать

такие, которые позволяют сделать поверхность наиболее гладкой. Нежелательно, чтобы радиоактивная пыль попа­

дала во внутрь приборов оборудования. Избежать этого

можно только путем герметизации корпусов, хотя бы на пе­ риод возможного выпадения пыли. Но когда по условиям

эксплуатации герметизация невозможна, оборудование долж­ но допускать неполную и быструю разборку для проведения

дезактивации.

ГЛАВА 4

ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ, ПОВЫШАЮЩИЕ УСТОЙЧИВОСТЬ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО

ИРАДИОЭЛЕКТРОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

КЭЛЕКТРОМАГНИТНОМУ ИМПУЛЬСУ

§15. Характер воздействия электромагнитного импульса на электротехническое и радиоэлектронное оборудование

итребования, предъявляемые к нему

При ядерном взрыве возникает мощный электромагнит­

ный импульс, достигающий нескольких сотен киловольт на метр. Время нарастания электромагнитного импульса состав­ ляет IO-8 с [3]. Продолжительность существования импульса

составляет примерно 150—200 мкс. Основная часть излучае*

50