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 10.1

Характеристики радиационной стойкости материалов.

Материал	Допустимый поток нейтронного облучения, нейтр/см^2	Допустимая доза гамма – облучения, Р
Материалы с низкой радиационной стойкостью
Ацетатцеллюлоза (бумага)	9*10^14 – 2*10^15	5*10^6 – 4*10^7
Оргстекло	10^14 – 10^15	10^15
Фенольные смолы (без наполнения)	7*10^14	10^7
Полиамиды разные	4*10^14	7*10^6
Поливинилхлорид	10^15	10^6
Полиэтилен - терефталат	10^15	10^7
Кремнийорганическое стекло	7*10^13 – 3*10^14	(1 – 5)*10^6
Материалы со средней радиационной стойкостью
Фенольные смолы с органическими наполнителями	10^16	10^8
Полиэтилен	10^17	10^7
Стеклоткань	10^16	10^8
Эпоксидные лаки	-	(5 – 10)*10^8
Нитролак	-	(5 - 7)*10^8
Материалы с высокой радиационной стойкостью
Керамика (стеатит)	3*10^20	5*10^12
Стекло	10^18	3*10^9
Кварц	10^19	10^10
Микамекс	10^19	10^11
Слюда	10^18	10^10
Полистирол	1,3*10^19	5*10^9

 

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 10.2

 

Изменение номинального сопротивления резисторов (%) при кратковременном воздействии нейтронного облучения.

Тип резисторов	Обратимые изменения	Необратимые изменения
Величина потока, нейтр/см^2
10^7	10^9	10^15	10^18
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	-	-	-
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	-	-	-

 

Таблица 10.3

Величины нейтронного потока при котором возникают необратимые изменения в резисторах и короткое замыкание, нейтр/см²

Тип резисторов	Начало изменений	Короткое замыкание
Углеродистые композиционные постоянные	10^13	10^19
переменные	10^13	10^19
Углеродистые пленочные постоянные	10^13	10^9
переменные	10^13	10^19
Проволочные постоянные	10^19	10^20
Проволочные и ленточные переменные	10^19	10^20

 

 

 

Рисунок 10.1 - 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 10.4.

 

Номинал, кОм	Изменение величины сопротивления во время облучения в %
	0,5 – 4
	5 – 15
	30 – 75
	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.