|
Оглавление
Введение
Вторая половина двадцатого столетия характеризуется большим объемом исследований, проводимых в нашей стране и за рубежом, направленных на изучение свойств различных веществ и материалов, на определение работоспособности приборов электронной техники и электротехники, радиоэлектронной и оптоэлектронной аппаратуры, других сложных систем и объектов в условиях ионизирующих излучений, различных по природе и происхождению. Подтверждением этому является литературный бум по этой тематике, приходящийся на 50-е – 80-е гг. XX в. За этот период изданы десятки монографий, сотни книг и огромная масса научных статей, посвященных этим исследованиям, изучению природы радиационных дефектов, механизмов их влияния на выполнение функций различных устройств, поиску путей создания современных радиоэлектронных и других систем, устойчивых к ионизирующим излучениям, путей решения одной из первоочередных проблем второй половины двадцатого столетия – проблемы радиационной стойкости. Накоплена обширная теоретическая и экспериментальная информация о радиационных эффектах в различных веществах, материалах и устройствах, об особенностях воздействия на них импульсного излучения ядерного взрыва и ядерных установок, длительного (непрерывного) облучения в условиях работы ядерных энергетических установок, ускорителей заряженных частиц и космического пространства. Повышенный интерес к этой проблеме был связан с постоянно растущей насыщенностью различных образцов космической, ядерной, военной и другой техники радиоэлектронными средствами, их уязвимостью к воздействию ионизирующих излучений, расширением космических исследований, оснащением вооруженных сил ряда стран ядерным оружием, возможностью использования этого оружия и космического пространства в вооруженной борьбе и применением ядерных установок на объектах промышленного, научно-исследовательского и военного характера. К настоящему времени эта обстановка практически не изменилась. Более того, количество государств, владеющих ядерным оружием, ядерными и термоядерными установками различного толка, а также приобщающихся к космическим исследованиям имеет тенденцию к росту. Расширяется круг отдельных отраслей, крупных фирм и объединений, проявляющих коммерческий интерес к космосу в целях разработки новых технологий и материалов, использования его для связи, навигации, разведки, исследования ближнего и дальнего космоса, в том числе путем запуска космических аппаратов к другим планетам. Все это дает основание полагать, что проблема радиационной стойкости сложных современных систем с их массовой компьютеризацией и применением при их создании новых технологий продолжает оставаться не менее, если не более, актуальной и в наши дни. Важнейшим этапом в решении проблемы радиационной стойкости является ее достоверная оценка, прогнозирование на ранней стадии разработки, проектирования и изготовления систем, их составляющих узлов и компонентов, исследование причин изменения их параметров, стимулированных радиационными эффектами, разработка технологичных способов создания, в конечном счете, радиационностойкого оборудования объектов. Отказ от таких исследований чреват дорогостоящими переработками технологий сложных систем или более тяжелыми и непредсказуемыми последствиями применения соответствующих объектов в радиационной среде. Именно поэтому требования к достоверности оценки и прогнозированию радиационной стойкости остаются весьма высокими. Огромное число переменных параметров, влияющих на реакцию материалов, отдельных приборов и более сложных систем на воздействие ионизирующих излучений, как правило, не позволяет прогнозировать их радиационную стойкость без проведения испытаний. Наиболее достоверными испытаниями такого рода безусловно являются натурные, то есть исследования работоспособности систем и объектов в требуемых режимах в условиях реальной радиационной обстановки, что или практически невозможно, или требует для этого недопустимо огромных расходов. Прежде всего это относится к двум крайним случаям радиационных испытаний: при импульсном излучении ядерного взрыва и при длительном низкоинтенсивном излучении в вакууме космического пространства. Натурные испытания в случае их принципиальной возможности могут быть использованы лишь в качестве контрольных завершающих испытаний отдельных систем или объектов в целом после реализации мер по обеспечению требуемой радиационной стойкости. На ранних и последующих этапах разработки, проектирования и изготовления радиационностойких образцов для испытаний используются специальные установки, параметры излучения которых должны имитировать соответствующие радиационные эффекты адекватно реальным. Для имитации радиационных эффектов, вызываемых излучениями ядерного взрыва, используются импульсные и статические ядерные реакторы, импульсные рентгеновские установки. Для моделирования космических излучений применяют, как правило, статические ускорители электронов и протонов. В качестве дополнительных установок, имитирующих те или иные радиационные эффекты или их различные комбинации, могут применяться изотопные источники гамма-излучения и заряженных частиц, статические и импульсные источники нейтронов и некоторые другие. Подбор этих установок, определение режима их работы, геометрии опыта и других условий испытаний должны базироваться на знании механизмов воздействия ионизирующих излучений и обоснованности введения тех или иных допущений, что на практике бывает трудно реализовать. В частности, при имитации радиационных эффектов в космическом пространстве основная трудность заключается в определении достоверности результатов ускоренных испытаний, которые проводятся при интенсивности облучения на порядки выше реальной. Несоблюдение упомянутых и многих других условий подготовки и проведения радиационных испытаний может привести к потере принципиально важной информации о радиационной стойкости испытываемых образцов и радиационных эффектах, что может затруднить и даже исключить принятие превентивных мер по обеспечению надежного функционирования объектов в реальных радиационных условиях, в том числе космических. К информации, потеря которой возможна при проведении радиационных испытаний в лабораторных условиях, отличающихся, как правило, от реальных, в первую очередь относится та, которая отражает обратимые ионизационные эффекты, в том числе с большими временами релаксации. Действие таких эффектов продолжается после прекращения облучения. Иногда их называют квазинеобратимыми, а вызванные ими изменения параметров исследуемой системы – квазинеобратимыми изменениями. Наиболее характерными и распространенными эффектами такого рода являются радиационно-стимулированные пространственные заряды в различных структурах с диэлектрическими и полупроводниковыми слоями. Следствием этой же категории эффектов являются значительные изменения диэлектрических свойств некоторых ионных монокристаллов и, прежде всего, щелочно-галоидных кристаллов и кристаллов кварца, обнаруженные рядом отечественных и зарубежных авторов. В соответствии с этими работами значительные изменения частотных зависимостей диэлектрических параметров – диэлектрической дисперсии этих веществ (увеличение диэлектрических потерь на 2–3 порядка и диэлектрической проницаемости в 2–3 раза) обусловлены захваченными на вакансии носителями разных знаков с образованием центров окраски. Другая группа исследователей свидетельствует о том, что поликристаллические неорганические диэлектрики, имея высокую концентрацию дорадиационных вакансий разных знаков, способны захватывать при облучении соответствующие носители (электроны и дырки), создавая центры окраски. Их концентрация соизмерима с той, при которой в щелочно-галоидных и некоторых других монокристаллах были обнаружены указанные изменения диэлектрических параметров. Сведения о подобных изменениях диэлектрической дисперсии поликристаллических неорганических диэлектриков за счет радиационно-стимулированных зарядовых образований в общеизвестных литературных источниках, посвященных исследованиям радиационной стойкости неорганических диэлектриков, отсутствуют. Имеется лишь некоторая необъяснимая даже на качественном уровне противоречивая информация о появлении в отдельных случаях значительных изменений диэлектрических параметров, например, при электретировании некоторых материалов и об отсутствии их в аналогичных случаях. К такой информации можно было бы отнести фрагменты обнаруженного изменения диэлектрических потерь (на порядки) и диэлектрической проницаемости (в разы) некоторых облученных в вакууме неорганических диэлектриков, опубликованные в 1975 году в работах в качестве иллюстрации возможностей описанного в них измерительного комплекса. Авторы этих работ, в их числе и автор предлагаемой книги, не были готовы на тот момент прокомментировать обнаруженные изменения, которые не укладывались в существующие представления о радиационной стойкости неорганических диэлектриков и противоречили результатам массовых радиационных исследований их диэлектрических параметров. Установление возможных связей между радиационно-стимулированными зарядовыми образованиями в неорганических диэлектриках и их диэлектрическими параметрами или причин отсутствия таковых, что наблюдалось при проведении массовых радиационных испытаниях и исследованиях, представляется актуальной задачей. В книге на основании анализа литературных данных о радиационном воздействии на материалы, существующих представлений физики твердого тела и теории диэлектриков, выдвигается гипотеза о возможности значительных изменений диэлектрической дисперсии облученных поликристаллических неорганических диэлектриков, обусловленных радиационно-стимулированными зарядовыми образованиями. Приводятся материалы этого анализа, дается качественная и количественная оценка этих изменений, их природы и условий образования. Подтверждается правильность выдвинутой гипотезы, в том числе путем проведения экспериментальных исследований по разработанной методике. Автор, выражая признательность всем, кто помогал ему в проведении экспериментальных работ в лабораторных и, особенно, в натурных условиях, считает своим долгом выразить особую благодарность кандидату технических наук В.В.Талызину за организационную помощь, творческое участие в экспериментальных работах, в разработке и совершенствовании измерительного комплекса, доктору технических наук профессору Б.А.Шилобрееву за творческое участие в обсуждении полученных результатов, кандидату технических наук В.С.Фигурову за участие в отработке методики дозиметрии излучений, инженерам В.М.Романенко и Л.М.Харьюзову за помощь в проведении экспериментальных работ. Об авторе
Один из активных участников развертывания, организации и проведения работ по актуальной во второй половине прошлого столетия проблеме радиационной стойкости. Непосредственно участвовал в экспериментальных исследованиях различных систем в условиях ионизирующих излучений ядерных взрывов, ядерных установок и космического пространства. Имеет научные труды по этой тематике. Более пятнадцати лет руководил подразделением по проведению таких работ. Его научные интересы связаны с изучением пострадиационных обратимых ионизационных эффектов с большими временами релаксации. Кандидат технических наук. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||