Радіаційна стійкість електронних засобів

РАДІАЦІЙНА СТІЙКІСТЬ ЕЛЕКТРОННИХ ЗАСОБІВ

План

Основні поняття і види опромінення

Вплив опромінення на конструкційні матеріали

Вплив іонізуючого опромінення на резистори

Вплив радіації на напівпровідникові діоди

Вплив радіації на транзистори

Вплив радіації на коефіцієнт посилення

Вплив опромінення на електровакуумні прилади та інтегральні схеми

Основні поняття і види опромінення

Конструювання РЕА, стійкою до іонізуючого опромінення, передбачає вибір матеріалів та елементної бази, а також конструктивних рішень, які зменшують вплив радіації.

Іонізуючої радіацією - називається опромінення, що володіє властивістю проникати в товщу речовини і викликати в ньому іонізацію. При розгляді впливу радіації застосовують такі терміни для основних характеристик радіації:

потужність потоку та інтегральний потік (при корпускулярном випромінюванні),

потужність дози опромінення і доза опромінення (при гамма-випромінюванні).

Потужність потоку - вимірюється кількістю частинок, що падають перпендикулярно на майданчик 1 см ² за весь час опромінення.

Інтегральний потік - повний потік часток, які пройшли через майданчик 1 см ² за весь час опромінення.

Потужність дози - вимірюється в рентгенах на секунду (Р / с).

Доза опромінення - у рентгенах (Р).

Рентген (Р) - доза гама - випромінювання при поглинанні якого в 1 см ³ сухого повітря при t = 0 ° C і нормальному тиску утворюються позитивні і негативні заряди загальною величиною в одну електричну одиницю кожного знака.

При дозі 1Р в одному грамі повітря поглинається енергія 87 * 10 ^-7 Дж.

Вплив радіації на речовину залежить від виду радіації, дози (потоку) опромінення, потужності дози (потоку) опромінення, розподілу енергії радіації по спектру, природи речовини, що опромінюється, навколишніх умов (температури, вологості і т.д.).

Опромінення швидкими нейтронами носить об'ємний характер і викликає порушення структури речовини (зміщення атомів в кристалічній решітці, освіта домішок інших елементів і, зокрема, утворення радіоактивних ізотопів); іонізацію (в невеликому ступені) внаслідок виділення з атомів заряджених частинок.

Опромінення швидкими протонами є поверховим і викликає іонізацію і порушення структури речовини (в невеликому ступені).

Вплив гамма - променів також має об'ємний характер. Під впливом гамма - випромінювання виникає сильна іонізація, явище фотопровідності, люмінесценція, хімічні реакції, підвищення температури, зміна анізотропних властивостей кристалічних речовин.

Опромінення електронами (b - випромінювання) носить поверхневий характер і викликає іонізацію, вторинну емісію, невеликі зміни в решітці речовини, жорстке рентгенівське опромінення.

Вплив a - частинок і осколків ядер можна практично не враховувати внаслідок малої довжини пробігу та поверхневого характеру.

Вплив випромінювання може викликати оборотні, необоротні або полупостоянние зміни в речовині.

Зворотні зміни виникають одночасно з початком опромінення і зникають з припиненням опромінення. Необоротні зміни настають під впливом певної дози опромінення, не зникають і не зменшуються після припинення опромінення. Полупостоянние зміни починаються при опроміненні, розвиваються в міру збільшення дози і зникають через деякий час після закінчення опромінення.

Вплив опромінення на конструкційні матеріали

На металеві конструкції іонізуюче опромінення впливає слабко (мало). На властивості металів роблять вплив тільки нейтронні потоки великої інтенсивності більш ^{жовтень} 1920 нейтр / см ^2. При бомбардуванні нейтронами може збільшитися тимчасово міцність на розрив, змінитися плинність і еластичність, підвищитися питомий опір (на 10 - 20%). У місці контакту металів з органічними матеріалами може утворитися металоорганічні з'єднання.

Органічні речовини вельми чутливі до радіації. Вплив призводить до перетворення молекул, що супроводжується хімічними реакціями, що викликають незворотні зміни природи речовини і його механічних властивостей. Перетворення супроводжується виділенням газів, які в поєднанні з вологою утворюють кислоти, які надають шкідливий вплив на ізоляційні матеріали. Більшість пластмас отримує механічне пошкодження при дозах 10 ⁷ - ¹⁰ серпня радий. Фенолформальдегід і метилметакрилат стають крихкими і деформуються. Поліетилен і полістирол - спочатку збільшується опір розриву і твердість, а потім вони стають крихкими. Більшість пластмас темніє і знебарвлюється. Просочення і ізоляційні масла псуються, як і оргматеріали. Синтетичний каучук і кремнійорганічна гума твердіють при ¹⁰ Серпня радий, а натуральний каучук - при ¹⁰ вересня радий. Бутиловий каучук перетворюється на клейку масу при ¹⁰ серпня радий. Зміна електричних властивостей органічних речовин (провідність, діелектрична проникність, кут втрат) має оборотний характер. Час відновлення залежить від природи матеріалу та умов опромінення.

На неорганічні речовини (матеріали) радіація впливає менше, ніж на органічні. При опроміненні нейтронами можливо об'ємне розширення (1% при опроміненні потоком ^жовтні 1920 нейтр / см ^2). Кварц і скло втрачають прозорість при великих дозах.

Таблиця 1

Характеристики радіаційної стійкості матеріалів.

Під допустимої дозою (потоком) розуміється величина, при якій характеристики матеріалу погіршуються на 25%; допустима доза визначається за допомогою потоку нейтронів і потужності дози гама - опромінення відповідно 10 ¹¹ - ^{12 жовтня} нейтр / (см ² * с) і (10 ⁶ - ¹⁰ липня) Р / с.

Вплив іонізуючого опромінення на резистори

Наслідком впливу може бути пробою в сполучних і просочуючих ізоляцію матеріалах, зміна властивостей основного матеріалу резистора, поява провідності з - за іонізації матеріалу каркаса і покриття.

Величина і знак зміни опору резистора визначаються основним матеріалом резистора, номінальною величиною опору, розмірами, величиною прикладеної напруги та особливостями технології виготовлення. Чим більше величина опору, тим більші оборотні зміни викликаються опроміненням; тому резистори з опором близько 10 ⁹ Ом можуть бути ненадійні.

Опромінення резисторів потоком швидких нейтронів викликає як незворотні, так і оборотні зміни (в залежності від величини потоку), а гамма - випромінювання - тільки оборотні зміни.

Таблиця 2

Зміна номінального опору резисторів (%) при короткочасному впливі нейтронного опромінення.

Таблиця 3

Величини нейтронного потоку при якому виникають незворотні зміни в резисторах і коротке замикання, нейтр / см ²

Малюнок 1 - Залежність опору тонкоплівкових (1 - 3) і дротяних (4) резисторів від тривалості гамма - опромінення при загальній дозі 2 * 10 ⁹ Р.

Імпульсне (тривалість імпульсу 0,1 мс) гамма - опромінення дозою 10 ³ Р при потужності дози ¹⁰ липня Р / р в резисторах різних номіналів викликає оборотні зміни.

Таблиця 4.

При малих дозах імпульсного нейтронного і гамма опромінення, що впливають одночасно, зміна параметрів резисторів різних типів має оборотний характер (величина зміни визначається не конструкцією, а розмірами резисторів). Характеристики резисторів повністю відновлюються через 1 - 5 мс після опромінення.

4. Вплив іонізуючого опромінення на конденсатори

Іонізуюче опромінення викликає оборотне або необоротне зміна ємності й оборотне зміна величини витоку і тангенса кута втрат.

Нейтронна радіація призводить до необоротних і оборотним змін характеристик конденсаторів, а гамма - опромінення - в основному - до оборотним змін. Загальною причиною цього є зміна електричних характеристик діелектрика (діелектричної постійної і опору).

Крім того, відбувається виділення газів при опроміненні в електролітичних конденсаторах і конденсаторах з масляним заповненням, що може призвести до їх руйнування.

Таблиця 5.

Вплив радіації на конденсатори.