Воздействие проникающей радиации на элементы схем
Некоторых материалов
Воздействие радиоактивных излучений на физические свойства
Физические свойства многих твердых тел изменяются под воздействием ионизирующих излучений. Общим для всех твердых тел является то, что их параметры и свойства при облучении определяются, как правило, возникающими дефектами в структуре. В результате образования радиационных дефектов изменяются структурные, механические и электронные свойства твердых тел. Степень воздействия ионизирующих излучений на твердые тела, особенно на полупроводники, зависят с одной стороны от структуры решетки, типа и концентрации примесей, а с другой стороны - она определяется условиями облучения, а именно: видом излучений, их энергий, плотностью потока частиц и гамма-квантов, временем облучения, температурой твердого тела. Особенно опасными являются нейтронный поток и гамма-кванты, обладающие высокой проникающей способностью. Параметры излучений, при которых происходят структурные изменения представлены в таблице 1.4.
Полупроводники изменяют свои свойства при облучении и становятся непригодными для использования, как в интегральных схемах, так и в отдельных приборах.
Таблица 1.4.
| Виды элементов и материалов | Вызывает начало изменений параметров | |
| Мощность дозы гамма-излучения, Р/ч | Поток нейтронов, нейтр/кв.м | |
| Диоды, транзисторы | 3,5* 108 | 1015 |
| Микросхемы, полупроводники | 3,5*107 | 1016 |
| Радиолампы | 17*109 | 2*1019 |
| Резисторы, конденсаторы | 3,5*109 | 2*1019 |
| Газоразрядные приборы | 3,5*108 | - |
| Магнитные материалы | 3,5*1010 | 1019 |
| Выпрямители | 17*108 | 5*1016 |
Меньше изменяется структура у стекла, но больше у керамики. В результате чего изменяются изолирующие свойства, а стекла изменяют и свою прозрачность, как правило, окрашиваются в фиолетовый цвет или темнеют. В зависимости от степени воздействия радиации изменения в структуре стекла могут быть обратимыми и необратимыми.
Полимерные материалы, широко применяющиеся в электронике, изменяют свою структуру и свойства под воздействием ИИ также как и полупроводники.
Металлы, при их облучении ИИ, изменяют свои механические и электрические свойства, в частности, возрастает удельное сопротивление и уменьшается плотность.
Пьезокварцевые материалы и изделия под воздействием ИИ изменяют свои магнитные, механические, электрические, тепловые и оптические свойства. Так как, эти изделия являются наиболее ответственными функциональными элементами радиоэлектронной аппаратуры (генераторы, электрические фильтры, резисторы, ультразвуковые устройства, линии задержки), то они должны быть особо защищены специальными экранами, если есть угроза их облучения радиоактивными лучами.
Степень разрушения конденсаторов зависит от типа диэлектрика, их свойств, вида и времени облучения.
Радиокомпоненты. Характер и степень изменения электрофизических свойств радиокомпонентов при воздействии на них ионизирующих излучений зависят от характеристик излучения (плотности потока, энергетического спектра, мощности дозы), продолжительности его воздействия, конструктивных особенностей изделий и применяемых в них материалов.
Под воздействием непрерывного гамма- и нейтронного излучения у магнитных материалов изменяется индукция, магнитная проницаемость, электрическое сопротивление и другие характеристики. Значительные остаточные изменения характеристик магнитных материалов наблюдаются при флюенсах нейтронов примерно 1018 - 1019 нейтр./см2. Облучение трансформаторов приводит их к сильному радиационному нагреву уже при плотности потока нейтронов φ = 1011 нейтр./см2 с. При этом сопротивление изоляции трансформаторов уменьшается на несколько порядков. После прекращения действия излучений сопротивление изоляции практически полностью восстанавливается. Необходимо учитывать не только радиационную стойкость изделий, но и их способность нормально работать в условиях облучения. Например, при нейтронном облучении многих материалов появляется наведенная радиоактивность, и если детали находятся вблизи людей, то необходимо выбирать такие материалы, в которых наводится минимальная активность.
В современных электронных схемах важную роль играют высокочастотные и низкочастотные разъемы. Их устойчивость при облучении зависит от типа диэлектрика.
 | |||
 |
Вопросы для самоконтроля:
1. Краткая характеристика ионизирующих излучений
2. Ионизирующая способность гамма-излучения
3. Ионизирующая способность бета-частиц
4. Ионизирующая способность альфа-частиц
5. Особенности взаимодействия нейтронов с веществом
6. Проникающая способность гамма-излучения
7. Проникающая способность бета-излучения
8. Проникающая способность альфа-излучения
9. Воздействие ионизирующих излучений на пластмассы
1.2.3. ХАКРАКТЕРИСТИКИ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ. ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ
Для установления закономерностей распространения и поглощения ионизирующих излучений в среде, в том числе и в биологической ткани, введены следующие основные характеристики ионизирующих излучений: энергия частиц и гамма-квантов, плотность потока частиц (фотонов), флюенс частиц (фотонов), поглощенная доза, мощность поглощенной дозы, керма, экспозиционная доза фотонного излучения, мощность экспозиционной дозы, эквивалентная доза, мощность эквивалентной дозы, эффективная доза, полувековая эквивалентная доза, коллективная эквивалентная доза и др.
Энергиячастиц (или гамма-квантов) - Е выражается в Джоулях или Электронвольтах (Эв). Величина Джоуль используется в системе СИ, электронвольт (эВ) - внесистемная единица.
Справка: в 1960 году Генеральная конференция по мерам и весам приняла единую Международную систему единиц (СИ). В 1980 году в СССР принят стандарт СТ СЭВ1052-78 "Метрология. Единицы физических величин" и система СИ стала обязательной. В 1981 году вводится ГОСТ 8.417-81 дополняющий и уточняющий СТ СЭВ1052-78.
Однако учитывая, что многие приборы, находящиеся в пользовании уже отградуированы во внесистемных единицах, поэтому установлен переходный период применения внесистемных единиц
1эВ = 1,6.10-19Дж (1.45.)
где - 1эВ - это энергия, которую приобретает электрон, ускоренный разностью потенциалов в 1В на пути в 1 см.
Плотность потока частиц (гамма-квантов) j- выражается числом частиц (гамма-квантов), падающих на единицу поверхности в единицу времени. Поверхность расположена нормально к направлению движения частиц. Единица измерения - частица/м2 с.
Флюенс частиц (фотонов) характеризует полное число частиц, прошедших через единичную поверхность за все время облучения
Ф = jt (1.46.)
Единица измерения флюенса - частица/м2 .
Поглощенная доза - количество энергии Е, переданное веществу излучением отнесенная к массе m:
D = dE/dm, [Дж/кг] (1.45)