книги из ГПНТБ / Монтажные провода для радиоэлектронной аппаратуры

(рентгеновскому и гамма-излучениям), так и к части­ цам, движущимся с большой скоростью: быстрым элек­ тронам, протонам, нейтронам, а-частицам. Общей ха­ рактерной особенностью этих частиц и квантов является их высокая энергия, значительно превосходящая энер­ гию связи электронов в атомах и молекулах.

Проходя через вещество, все указанные виды излу­ чения теряют энергию, взаимодействуя с электронами и атомными ядрами вещества. Результатом этого взаимо­ действия может быть ионизация и возбуждение атомов и молекул, смещение ядер и некоторые другие процессы. Благодаря способности излучений высокой энергии про­

статочно полно охарактеризованы заданием вида излу­ чения, энергетического спектра и пространственно-вре­ менного распределения плотности потока частиц или квантов. В дополнение к этим величинам часто приме­

температуре 0°С и давлении 760 мм рт. ст. образуются ионы, несущие заряд в одну электростатическую еди­

тормозной способностью по отношению к различным ви­ дам радиации, указанные характеристики, описывая условия облучения, не отражают непосредственно сте­ пени радиационного воздействия на облучаемый объект.

112

изменений в веществе представляют наибольший прак­ тический интерес при изучении радиационной стойкости монтажных проводов. По этой причине при радиацион­ ных измерениях удобнее пользоваться другими величи­ нами, такими как п о г л о щ е н н а я д о з а и м о щ ­ н о с т ь п о г л о щ е н н о й д о з ы .

Поглощенная доза характеризуется величиной энер­ гии, полученной от излучения единицей массы облучае­ мого вещества. Единицей измерения поглощенной дозы является рад. Один рад соответствует 0,01 дж энергии излучения, поглощенной в 1 кг облучаемого вещества. Понятие поглощенной дозы одинаково применимо для всех видов излучения высокой энергии и всех видов облучаемых материалов. Мощность поглощенной дозы характеризует скорость накопления веществом погло­ щенной энергии и измеряется в радах в секунду.

5-2. Источники ионизирующих излучений [Л. 4, 49,. 56, 57]

Общий технический прогресс и широкий размах ра­ бот по использованию атомной энергии способствовали созданию весьма разнообразных источников излучения высокой энергии как аппаратных, так и изотопных. При исследовании радиационной стойкости монтажных про­ водов могут быть использованы ускорители заряженных частиц, изотопные источники излучений и ядерные реакторы [Л. 56].

Существует много типов ускорителей заряженных частиц, применяемых в области радиационных исследо­ ваний. Наибольшее распространение получили ускори­ тели электронов. Выбор вида заряженных частиц обу­ словлен сравнительной простотой генерирования и умеренной проникающей способностью быстрых электро­ нов. По способу ускорения ускорители могут быть раз­ делены на две группы. В ускорителях первой группы (ускоритель Ван де Граафа, резонансный трансформа­ тор и др.) используется принцип прямого ускорения, т. е. ускоряемые заряженные частицы приобретают энергию в процессе прохождения промежутка с высокой раз­ ностью потенциалов. В ускорителях второй группы (циклические и линейные ускорители) ускорение заря­ женных частиц осуществляется за счет энергии высоко­ частотного электромагнитного поля.

Д ля 'исследования радиационной стойкости монтаж­ ных проводов могут быть использованы ускорители с энергией ускоренных электронов от 0,5 до 8 Мэв при достаточно большом токе пучка, позволяющем получить необходимую мощность поглощенной дозы. Применение ускоренных электронов с энергией более 8 Мэв неже­ лательно из-за возможности появления наведенной ра­ диоактивности облученных образцов. Электроны с энер­ гией менее 0,5 Мэв имеют незначительную проникаю­ щую способность и могут найти лишь весьма ограничен­ ное применение [Л. 2, 49].

Среди многочисленных изотопных источников иони­ зирующей радиации наибольшее распространение полу­

ной стойкости монтажных проводов, однако эти источ­ ники уступают электронным ускорителям по плотности

ного излучения является энергетический спектр нейтро­ нов. Энергетические спектры нейтронов в разных реакторах различны. Тем не менее практически эти различия оказываются несущественными, и можно счи­ тать, что реальные спектры нейтронов близки к теоре­

0,7 Мэв. Расчет показывает, что средняя энергия ней­

114

пробег (несколько микрон), поэтому практически вся их кинетическая энергия преобразуется в тепловую энер­ гию реактора! Основная часть образующихся в ядерном реакторе электронов имеет энергию около 0,4 Мэв и также поглощается в материалах реактора, не давая заметного вклада в поглощенную дозу для облучаемых образцов. Поглощенная доза в материалах облучаемых изделий обусловлена главным образом действием ней­ тронов и сопутствующего гамма-излучения [Л. 57].

5-3. Дозиметрия

Научное направление по измерению излучений и их

и расчетных методов дозиметрии. В связи с вопросом радиационной стойкости монтажных проводов нас будут интересовать методы определения поглощенной дозы. Различают абсолютные, и относительные методы опре­ деления поглощенной дозы. Первые из них используют непосредственное измерение энергии, поглощенной облу­ чаемым образцом. К таким методам относятся, напри­ мер, калориметрические методы [Л. 1, 49]. Относитель­ ные методы дозиметрии позволяют находить поглощен­ ную дозу путем измерения определенных параметров, значения которых отградуированы с помощью абсолют­ ных методов. К числу относительных методов дозимет­ рии относятся методы измерения излучений по произ­ водимой ими ионизации, по почернению фотоэмульсий и стекол, по выходу гель-фракции сшивающихся поли­ меров и т. п. [Л. 49].

Излучение высокой энергии, проходя через вещество, вызывает протекание различных химических реакций. Химические методы дозиметрии основаны на измерении радиационно-химических изменений состава или физикохимического состояния веществ.

Среди химических методов дозиметрии большое рас­ пространение получил ферросульфатный метод. Сущ­ ность этого метода заключается в том, что ионы двух­ валентного железа, находящиеся в насыщенной кисло­ родом разбавленной серной кислоте, в результате радиационного воздействия окисляются в ионы трех­ валентного железа. Концентрация образующихся ионов

трехвалентного железа пропорциональна поглощенной дозе. Коэффициент пропорциональности можно рассчи­

ультрафиолетовой спектрофотометрии раствора по фор­ муле [Л. 1]

с длиной волны 0,305 мкм до и после прохождения через слой раствора толщиной 1 см.

Ферросульфатный дозиметр может быть эффективно использован при облучении монтажных проводов на кобальтовых гамма-установках и на электронных уско­ рителях. При этом следует иметь -в виду, что с ним не­ обходимо работать в таком диапазоне доз и при таких мощностях доз, когда имеющегося в растворе кислорода достаточно для нормального протекания реакции и ког­ да в растворе не появляются области с недостатком кислорода. Практически применимые максимальные зна­ чения поглощенной дозы и мощности поглощенной дозы для ферросульфатного дозиметра составляют приблизи­

более высоких поглощенных дозах могут использоваться методы дозиметрии, основанные на окрашивании стекол, изменении поглощения света в полистироле, в поли-

116

метилметакрилате, в окрашенном целлофане, гель-фрак­ ции сшивающихся полимеров и другие методы, подроб­ но описанные в специальной литературе [Л. 1, 39, 49] Для регистрации нейтронов определенных энергий часто используют метод так называемых пороговых ин­ дикаторов. В основе этого метода лежит образование радиоактивных ядер при бомбардировке нейтронами стабильных изотопов в зависимости от энергии нейтро­

новится чрезвычайно малой. Реакция распада при облу­

чество различных пороговых индикаторов, чувствитель­ ных к нейтронам, энергия которых больше или меньше некоторых определенных значений. Среди них можно назвать Au, Ag, In и др. Пороговые энергии различных ядерных реакций для большого количества изотопов приведены в [Л. 2].

Применяя набор пороговых индикаторов, можно определить число нейтронов, энергия которых находится в пределах между соседними пороговыми значениями, и построить тем самым гистограмму, соответствующую энергетическому спектру нейтронов. Зная энергетический спектр и интегральный поток нейтронов, можно рассчи­ тать поглощенную дозу [Л. 49].

5-4. Изменения свойств монтажных проводов, вызванные действием радиации

Изменения свойств монтажных проводов в большой степени зависят от соответствующих изменений эксплуа­ тационных характеристик конструкционных материалов. Известно, что ионизирующая радиация при определен­ ных значениях поглощенной дозы может как ухудшать, так и улучшать свойства материалов [Л. 57].

На рис. 5-1 представлены изменения сопротивления разрыву и относительного удлинения некоторых поли-

117

мерных материалов, широко применяющихся при изго­ товлении монтажных проводов, в зависимости от погло­ щенной дозы. Видно, что в начальной стадии облучения некоторые характеристики отдельных материалов имеют повышенные значения по сравнению с исходными. Одна­ ко при достаточно больших дозах все материалы пре-

20 40 60 80 ЮОМрд

б)

Рис. 5-1. Зависимость сопротивления разрыву о* и относительного

118

плотности с возрастанием поглощенной дозы изменяются менее резко (рис. 5-1,6—г), но и для них существуют некоторые значения поглощенной дозы, ограничивающие возможность дальнейшей эксплуатации монтажных про­ водов в условиях действия ионизирующей радиации [Л. 49, 56]. Окончательный вывод о максимально допу­ стимом для монтажных проводов значении поглощенной дозы может быть сделан исходя из конкретных техни­

в большинстве случаев определяется концентрацией хи­ мически активных молекул, растворенных в облучаемых материалах, и скоростью их диффузии. На рис. 5-2 пред­ ставлена зависимость относительного удлинения поли­ тетрафторэтилена от мощности поглощенной дозы при облучении быстрыми электронами. Более высокие зна­ чения относительного удлинения при больших мощ­ ностях дозы, очевидно, указывают на меньшее влияние кислорода воздуха, не успевающего диффундировать в глубинные слои материала [Л. 57].

Влияние среды может быть неодинаковым для раз­ личных материалов. Например, при облучении в присут­ ствии кислорода политетрафторэтилен значительно быст­ рее теряет свои физико-механические свойства, чем

119

/

в бескислородной среде [Л. 54], в то же время радиа­ ционное сшивание кремнийорганической резины в при­ сутствии кислорода замедляется [Л. 48], что способствует сохранению исходных свойств этого материала.

Чувствительными к действию ионизирующей радиа­ ции оказываются и проводниковые материалы монтаж­ ных проводов. Известно, что в результате упругого столкновения с быстрой частицей атомы металла, полу­ чив достаточно большую кинетическую энергию, смеща­

различные конфигурации радиационных дефектов, на­ чиная от точечных дефектов: вакансий и междуузельных атомов,, кончая крупными зонами повреждения в не­ сколько нанометров [Л. 25]. Появление структур­ ных дефектов приводит к снижению проводимости ме­ таллов.

высоких интенсивностях может усиливать коррозионные явления в присутствии влаги и химически активных ве­ ществ [Л. 9]. Результатом коррозии может быть частич­ ное или полное разрушение токоведущих элементов мон­ тажных проводов.

Все эти явления до настоящего времени еще мало изучены, поэтому количественная оценка их вклада в радиационное старение монтажных проводов представ­ ляет значительные трудности.

Сопротивление изоляции монтажных проводов в про­ цессе облучения уменьшается с ростом мощности погло­ щенной дозы, как показано на рис. 5-3. После прекра­ щения облучения происходит восстановление исходного значения этой величины. Изменение сопротивления изо­ ляции является следствием появления наведенной про­ водимости электроизоляционных материалов. Как пока­ зали исследования [Л. 55], наведенная проводимость и

120