Радиационная стойкость радиоэлектронных материалов доклад
Обновлено: 18.05.2024
Радиационное облучение может быть достаточным, чтобы ухудшить критические свойства конструкционных материалов. Радиационная стойкость зависит от мощности источника излучения, расстояния до него, а также допустимыми уровнями воздействия, при которых эти эффекты становятся важными.
Свойства материалов, которые подвергаются воздействию излучения, должны рассматриваться в трёх категориях:
- Механической (прочность, твёрдость, относительное удлинение);
- Тепловой (теплопроводность);
- Оптической (коэффициенты излучения, поглощения и отражения).
Радиационная стойкость материалов принято рассматривать отдельно для наземных и искусственных космических объектов.
Понятие радиационной стойкости материалов
Материалы, защищающие от излучения, используются для различных радиологических применений – в медицине, технике неразрушающего контроля, при производстве космических летательных аппаратов и пр. Однако использование радиации сопряжено с риском. Те, кто использует радиацию, должны быть надлежащим образом обучены радиационной безопасности, радиационной физике, биологическим эффектам радиации, чтобы гарантировать безопасность.
Таким образом, выбор радиационно стойких материалов важен для того, чтобы снизить влияние внешнего радиационного облучения на человека, а также на экологию окружающей среды.
Одним из основных принципов снижения влияния радиоактивного излучения является экранирование - использование поглощающего материала (оргстекла, для бета-частиц и свинца для рентгеновских и гамма-лучей). Экранирование используется в различных областях, включая диагностическую визуализацию, лучевую терапию, ядерную и промышленную защиту. Способность к экранированию считается одной из основных составляющих, которой определяется радиационная безопасность материалов.
Различают экранирование объектов и экранирование производственного персонала. В первом случае используют механически прочные защитные экраны, конфигурация которых соответствует форме защищаемого объекта, во втором – защитную одежду, которая ослабляет рентгеновское излучение: фартуки, жилеты, обувь. Интенсивность экранирования зависит от индивидуальной стойкости веществ к радиоактивному излучению.
Стойкость неорганических материалов
Исторически материалы для защиты от излучения изготавливались из свинца. Однако в последнее время, кроме свинца, используются также композиты на его основе и бессвинцовистая неорганика.
Противорадиационная стойкость свинца связывается с его высокой плотностью, которая составляет 11,34 г/см³. Это делает данный металл полезным для эффективной защиты от рентгеновского и гамма излучения.
Свинец в чистом виде хрупок, поэтому непосредственно для экранирования его не применяют. Чтобы превратить чистый свинец в радиационно-защитный материал, его смешивают со связующими веществами и добавками, получая гибкий свинцово- виниловый лист. Затем из этих листов набирается необходимая толщина защитного покрытия. Существует три стандартных уровня защиты, эквивалентных свинцу, для традиционной одежды с радиационной защитой из свинца: 0,25 мм, 0,35 мм и 0,5 мм.
Свинцовая композитная защита представляет собой смесь свинца с другими, более лёгкими металлами. Состав композита варьируется в зависимости от назначения, но обычно туда входят олово, резина, ПВХ, и другие металлы, ослабляющие радиацию. Экранирование из композиционной смеси на основе свинца легче (до 25%), чем свинец обычного сорта, при этом фактическая эффективность защиты остаётся на прежнем уровне.
Из других металлов, обладающих высокой радиационной стойкостью, следует отметить некоторые тяжёлые металлы, которые относятся к той же группе, что и свинец, и, следовательно, так же хорошо поглощают или блокируют излучение. В ряду высокой радиационной стойкости находятся олово, сурьма, вольфрам, висмут.
Стойкость полимеров
Радиационная стойкость полимеров и пластика сильно зависит от длины волны базового излучения, но с уменьшением длины волны (что характерно именно для рентгеновского и гамма-излучения) противорадиационная способность всех неметаллов снижается. Поэтому излучение высокой энергии часто приводит к снижению характеристик удлинения и развитию хрупкости в полимере.
Общий срок службы пластика зависит от общего количества поглощённого излучения. Такие материалы, как полиэстер или полиамид, обладают удовлетворительной устойчивостью к гамма-излучению и рентгеновским лучам. Наоборот, полиэтилен (особенно высокого давления) весьма чувствителен к радиации, и поэтому в активных ионизирующих средах не применяется.
Информацию, касающуюся радиационного сопротивления пластмасс, следует рассматривать только как ориентир, поскольку различный химический состав пластика, мощность дозы, уровень механического напряжения, температура окружающей среды играет основную роль в противорадиационной стойкости. Обычно рекомендуется проводить экспериментальное тестирование применительно к конкретным условиям.
Стойкость органических веществ
Радиационная стойкость материалов органического происхождения – сельскохозяйственных культур, кустарников, деревьев – важна для оценки их экологической безопасности при потреблении (овощи, фрукты) и проведении сезонных лесохозяйственных работ, например, при высадке саженцев.
Высокие дозы облучения, используемые при попытках произвести стерильные или пригодные для длительного хранения фрукты или овощи, ухудшают вкус продуктов. При этом их безопасность (при сравнительно низких дозах облучения, ниже 3 кГр) для потребления полностью обеспечивается. С другой стороны, облучение эффективно убивает бактериальные патогены в свежих, а также свежесрезанных овощах и фруктах. Эта эффективность распространяется на некоторые бактериальные патогены человека, а также на бактериальные фитопатогены, что приводит к увеличению сроков сохранения органики. Более устойчивыми к облучению являются патогенные вирусы и грибы.
Таким образом, радиационное облучение считается одним из наилучших способов безопасности потребления фруктов и овощей.
Конструирование РЭА, стойкой к ионизирующему облучению, предусматривает выбор материалов и элементной базы, а также конструктивных решений, уменьшающих влияние радиации.
Ионизирующей радиацией - называется облучение, обладающее свойством проникать в толщу вещества и вызывать в нем ионизацию. При рассмотрении воздействия радиации применяют следующие термины для основных характеристик радиации:
мощность потока и интегральный поток (при корпускулярном излучении),
мощность дозы облучения и доза облучения (при гамма-излучении).
Мощность потока - измеряется количеством частиц, падающих перпендикулярно на площадку 1 см 2 за все время облучения.
Интегральный поток - полный поток частиц, прошедших через площадку 1 см 2 за все время облучения.
Мощность дозы - измеряется в рентгенах в секунду (Р/с).
Доза облучения - в рентгенах (Р).
Рентген (Р) - доза гамма - излучения при поглощении которого в 1 см 3 сухого воздуха при t = 0 °C и нормальном давлении образуются положительные и отрицательные заряды общей величиной в одну электрическую единицу каждого знака.
При дозе 1Р в одном грамме воздуха поглощается энергия 87*10 -7 Дж.
Воздействие радиации на вещество зависит от вида радиации, дозы (потока) облучения, мощности дозы (потока) облучения, распределения энергии радиации по спектру, природы облучаемого вещества, окружающих условий (температуры, влажности и т.д.).
Облучение быстрыми нейтронами носит объемный характер и вызывает нарушение структуры вещества (смещение атомов в кристаллической решетке, образование примесей других элементов и, в частности, образование радиоактивных изотопов); ионизацию (в небольшой степени) вследствие выделения из атомов заряженных частиц.
Облучение быстрыми протонами является поверхностным и вызывает ионизацию и нарушение структуры вещества (в небольшой степени).
Воздействие гамма - лучей также имеет объемный характер. Под влиянием гамма - излучения возникает сильная ионизация, явление фотопроводимости, люминесценция, химические реакции, повышение температуры, изменение анизотропных свойств кристаллических веществ.
Облучение электронами (b - излучение) носит поверхностный характер и вызывает ионизацию, вторичную эмиссию, небольшие изменения в решетке вещества, жесткое рентгеновское облучение.
Воздействие a - частиц и осколков ядер можно практически не учитывать вследствие малой длины пробега и поверхностного характера.
Воздействие излучения может вызывать обратимые, необратимые или полупостоянные изменения в веществе.
Обратимые изменения возникают одновременно с началом облучения и исчезают с прекращением облучения. Необратимые изменения наступают под воздействием определенной дозы облучения, не исчезают и не уменьшаются после прекращения облучения. Полупостоянные изменения начинаются при облучении, развиваются по мере увеличения дозы и исчезают через некоторое время после окончания облучения.
Влияние облучения на конструкционные материалы
На металлические конструкции ионизирующее облучение влияет слабо (мало). На свойства металлов оказывают влияние только нейтронные потоки большой интенсивности более 10 20 нейтр/см 2 . 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 10 7 - 10 8 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 10 8 рад, а натуральный каучук - при 10 9 рад. Бутиловый каучук превращается в клейкую массу при 10 8 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 10 20 нейтр/см 2 ). Кварц и стекло теряют прозрачность при больших дозах.
Характеристики радиационной стойкости материалов.
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 10 11 - 10 12 нейтр/ (см 2 *с) и (10 6 - 10 7 ) 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 10 9 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.
Изменение номинального сопротивления резисторов (%) при кратковременном воздействии нейтронного облучения.
Величины нейтронного потока при котором возникают необратимые изменения в резисторах и короткое замыкание, нейтр/см 2
В заключительном разделе очень коротко рассматриваются основные положения и представления о способности РЭС противостоять воздействию различных излучений; при этом приводятся сведения о наиболее опасных для РЭС воздействиях, указываются данных о влиянии их на различных материалы конструкции РЭС и о результатах воздействий, даются общие сведения о построении систем защиты РЭС.
11.1 Характеристики воздействий и радиационная стойкость РЭС.
Радиационное воздействие окружающей среды на РЭС, в основном, происходит в двух видах:
n солнечная радиация;
n ионизирующее излучение.
Солнечная радиация представляет собой воздействие на материалы конструкции РЭС потоков фотонов различного происхождения. Обычно проявляются последствия солнечной радиации либо в избирательном поглощении лучей различной длины волны l материалы конструкции РЭС - так называемая, фотолитическая солнечная радиация, либо фотолитическая , приводящая к нагреву материала.
Итогом и в том и в другом случае является снижение механической прочности материалов, изменение (ухудшение) свойств механической подсистемы Sм РЭС, а вслед за этим - и ухудшение свойств РЭС как системы в целом.
Так как солнечная радиация проявляется для РЭС в основном в нагреве материалов конструкции, а защита от такого вида воздействий уже было рассмотрена ранее в дальнейшем остановимся подробнее на втором виде воздействия.
Ионизирующее излучение представляет собой изучение любого вида, взаимодействие которого со средой или материалом конструкции РЭС приводит к образованию электрических зарядов различного знака. Особенностью ионизирующего излучения является образование так называемого вторичного ионизирующего излучения за счет воздействия на среду первичного излучения.
Ионизирующее излучение обычно подразделяют на электромагнитное и корпускулярное.
Электромагнитное (фотонное) излучение проявляется в виде l- излучения и рентгеновского излучения. Наиболее опасным для РЭС является l- излучение.
Корпускулярное излучение представляет собой поток различных частиц:
n нейтронное излучение.
Из корпускулярных излучений наиболее опасными для РЭС является нейтронное излучение.
Для оценки ионизирующего излучения применяются следующие оценки:
n поток энергии ионного излучения Fnn ;
n плотность потока энергии jnn и др.
Наиболее опасными для РЭС являются, как уже было сказано, воздействие нейтронов и g- излучения, т.к. они обладают наибольшей проникающей способностью. Именно их учитывают в первую очередь при проектировании РЭС.
Для оценки поведения РЭС при радиационном воздействии вводится понятие радиационной стойкости РЭС.
Радиационная стойкость - свойство РЭС выполнять свои функции и сохранять параметры в пределах установленных норм во время воздействия ионизирующего излучения.
Критерием радиационной стойкости обычно является предельное значение параметра изделия определяющего радиационную стойкость. Очевидно, что этот критерий связан с характеристикой поля ионизирующего излучения, при которой достигается критерий радиационной стойкости.
Результат радиационных воздействий на различные материалы существенно определяется самим материалом и проявляется в:
n радиационных и ионизирующих эффектах;
n обратимых и необратимых дефектах;
n разогреве и других явлениях.
Радиационные и ионизирующие эффекты приводят к изменению значений параметров материалов и параметров соответсвующих элементов РЭС за счет ионизации и возбуждения атомов вещества.
Дефекты различного рода представляют собой нарушение структуры вещества. Повышение температуры материалов при нагреве объясняется поглощение веществом энергии ионизирующего излучения.
Следует учесть, что нейтронное излучение приводит в основном к радиационным дефектам при преобразовании облучаемого материала. g - излучение проявляется в ионизационных эффектах в веществе, что, в конечном итоге, увеличивает, например, проводимость диэлектрических и полупроводниковых материалов.
11.2 Влияние ионизиррующего излучения на различные элементы РЭС.
Оценивая в целом влияние ионизирующего излучения на различные материалы необходимо учитывать, что наиболее устойчивы к воздействию металлы, менее - органические и полупроводниковые материалы. Говоря о металлах можно сделать следующие два вывода, во-первых, они практически стойки к воздействию и, во-вторых, металлы могут быть источниками вторичного ионизирующего излучения. Полупроводниковые материалы под воздействием ионизирующего излучения меняют время жизни и подвижность носителей зарядов. А органические материалы изменяют свои механические свойства и, кроме того, электрическую прочность, диэлектрическую проницаемость E, тангенс угла потерь tg d и др. Неорганические диэлектрические материалы практически устойчивы к радиационным воздействиям.
Изменение свойств материалов очевидно приводит к изменению свойств различных элементов конструкции РЭС.
Резисторы под воздействием радиации меняют значения сопротивления R, а так же повышается уровень собственных шумов, ухудшается влагостойкость. Наиболее устойчивы керамические и проволочные резисторы; другие типы резисторов необходимо защищать от радиации.
У конденсаторов при наличии ионизирующего излучения ухудшаются электрическая прочность, сопротивление изоляции, тангенс угла потерь tg d, меняется номинальная емкость Сном.
Полупроводниковые материалы неустойчивы к радиации, однако механизм деградации различен у различных материалов. Диоды, транзисторы, интегральные схемы необходимо специальным образом защищать от радиационного воздействия. Однако вариант защиты определяется многими факторами, в том числе, иногда достаточно специальной технологии изготовления элементов.
11.3 Защита РЭС от радиационного воздействия.
Исходя из общих методологических положений обеспечения защищенности РЭС от воздействия, необходимо построить систему S с соответствующей радиационной стойкостью. Для чего необходимо определить совокупность принципов П, определить набор элементов Г, схему объединения элементов q и значения параметров Е системы.
Среди множества принципов П защиты от радиации наиболее часто используется принцип р1 изоляции защищаемого объекта от воздействия с помощью эффекта поглощения. Для этой цели используется элемент-экран g1.
Среди вариантов схем q взаимного расположения экрана g1 и объекта возможно полное или частичное экранирование (рис. 11.1).
2- защищаемый объект РЭС
3-радиационно-стойкий элемент РЭС.
Рис. 11.1 Варианты компоновки объектов с защищенными экранами.
Очень часто используются многослойные экраны, существенно повышающие свои защитные свойства против обычных экранов. Именно такие экраны применяются для защиты от g- излучения и нейтронной защиты.
В качестве материалов экранов (при выборе параметров Е защитных экранов) используются свинец, полиэтилен, бор, графит, нержавеющая сталь.
Частным случаем защитных экранов является защитное покрытие, позволяющее обеспечить защиту при незначительных воздействиях.
Кроме защиты по принципу изоляции возможно повышение собственной радиационной стойкости объекта - защита по второму принципу р2. Для реализации этого принципа используются следующие приемы: уменьшение размеров, выбор стойких материалов, соответствующая технологическая обработка их и т.д.
Реально при проектировании конструкции РЭС применяется сочетание принципов р1 и р2 для получения соответствующей радиационной стойкости РЭС.
Контрольные вопросы по главе 11.
1. Виды радиационных воздействий, учитываемые при проектировании РЭС.
2. Солнечная радиация и ее последствия для РЭС.
3. Ионизирующее излучение и виды излучений.
4. Оценки ионизирующих излучений.
5. Наиболее опасные виды ионизирующих излучений.
6. Радиационная стойкость и критерий стойкости.
7. Влияние ионизирующего излучения на металлы, полупроводниковые и диэлектрические материалы.
8. Влияние ионизирующего излучения на резисторы, конденсаторы и полупроводниковые элементы РЭС.
9. Способы и элементы защиты РЭС от радиации.
10. Полное и частичное экранирование.
11. Многослойные экраны.
12. Материалы экранов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гелль П.П., Иванов-Есипович Н.К. Конструирование и микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры: Учебник для вузов. - Л.:
Энергоатомиздат. Ленинградское отделение.1984.- 536с.: ил.
2. Конструирование радиоэлектронных средств:
Учебник для вузов / В.Б. Пестряков, Г.Я. Аболтинь-Аболинь и др., Под ред. В.Б.Пестрякова.
3. М.: Радио и связь, 1992.- 432 с.: ил. Теоретические основы САПР: Учебник для вузов/ В.П. Корячко, В.М. Курейчик, И.П. Норенков.- М.: Энергоатом-издат, 1987.- 400с.: ли.
4. Гуткин Л.С. Оптимизация радиоэлектронных устройств по совокупности показателей качества.- М.: Сов. радио, 1975.- 368с.: ил.
5. Тищенко Н.М. Введение в проектирование сложных систем автоматики.- М.: Энергия, 1976.-304с.: ил.
6. Диксон Дж. Проектирование систем: изобретательство, анализ и принятие решений. Пер. с англ.- М. 1969.- 400с.: ил.
7. Хилл П. Наука и искусство проектирования Пер.с англ.- М.: Мир,1973,- 262с.: ил.
8. Джонс Дж. К. Инженерное и художественное конструирование. Современные методы проектного анализа: Пер. с англ.- М.: Мир, 1976.-374с.: ил.
9. Уилсон А., Уилсон М. Управление и творчество при проектировании систем.- М.: Сов. радто, 1972.- 212с.: ил.
10. Месарович М., Такахара Я. Общая теория систем: математические основы. -М.: Мир, 1978.- 311с.
11. Сахаров Ю.С., Колуков В.В. Выбор наилучших пространственных структур радиоэлектронной аппаратуры. /Под. ред. С.А. Сорокина - М.: Моск. энерг. ин-т, 1985.-84с.: ил.
12. Основы проектирования микроэлектронной аппаратуры. /Под.ред. Б.Ф. Высоцкого.- М.: Сов.радио, 1977.-372с.: ил.
13. Взятышев В.Ф. Методы поиска проектно-конструкторских решений при разработке радиоэлектронных устройств./ Под. ред. Е.М. Старовойтовой. - М.: Моск. энерг. ин-т, 1983,-84с.: ил.
14. Автоматизация поискового конструирования (искусственный интеллект в машинном проектировании) /Под.ред .А.И. Половинкина - М.: 1981.-344с.: ил.
15. Быков В.П. Методическое обеспечение САПР в машиностроении.-Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1989.-255с.
16. Проектирование конструкций радиоэлектронной аппаратуры: Учеб. пособие для вузов / Е.М. Парфенов, Э.Н. Камышная, В.П. Усачев.-М.: Радио и связь, 1989.-272. с.: ил.
17. Справочник конструктора РЭА: Общие принципы конструирования /Под ред. Р.Г. Варламова.- М.: Сов. радио, 1980.-480с.
18. Дульнев Г.Н. Тепло и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре. - М.: Высшая школа , 1984.- 247с.
19. Компоновка и конструкции микроэлектронной аппаратуры: Справочное пособие /П.Н. Овсищер, И.И. Лившиц, А.К. Орчинский и др.; Под ред. Б.Ф. Высоцкого.- М.: Радио и связь, 1982.- 206с.
20. Поляков К.П. Конструирование приборов и устройств радиоэлектронной аппаратуры.- М.: Радио и связь, 1982.- 240с.
21. Преснухин Л.Н. Шахнов В.А. Конструирование электронных вычислительных машин и систем. - М.: Высшая школа, 1986.- 512с.
22. Токарев М.ф. Талицкий Е.Н., Фролов В.А. Механические воздействия и защита РЭА. - М.: Радио и связь, 1984.- 224с.
Князев А.Д., Кечиев Л.Н., Петров Б.В. Конструирование радиоэлектронной и электронно-вычислительной аппаратуры с учетом электромагнитной совместимости. - М.: Радио и связь, 1989.- 224с
Радиационная стойкость аппаратуры (оборудования) — это способность аппаратуры выполнять свои функции и сохранять свои характеристики в пределах установленных норм во время и после воздействия ионизирующих излучений. Радиационная стойкость зависит от: материалов и элементов, из которых изготовлена аппаратура; схемного и конструктивного исполнения; вида, дозы и мощности дозы воздействующего излучения. Так, радиационная стойкость радиотехнической и электронной аппаратуры определяется стойкостью полупроводниковых приборов (транзисторы, диоды, фотосопротивления, фотодиоды и др.), некоторых типов конденсаторов и газонаполненных приборов, а также материалов, из которых они изготовлены.
Наиболее чувствительными к воздействию проникающей радиации являются фото-, полупроводниковые и органические материалы. Так, фотопленка засвечивается при облучении экспозиционной дозой в несколько рентген. Большой радиационной стойкостью обладают неорганические материалы и металлы. В табл. П.6 [7] даны ориентировочные сведения по стойкости различного рода материалов к воздействию гамма- и нейтронного излучения. Сведения сгруппированы по стойкости материалов, определенной по изменению электрических и механических параметров. Под максимально допустимыми потоком и экспозиционной дозой понимаются такие потоки и дозы, при которых характеристики материалов ухудшаются на 25 %. Стойкость кремниевых и германиевых транзисторов с разной толщиной базы в условиях гамма-нейтронного излучения показана на рис. П.6. Левые границы прямоугольников соответствуют значениям потоков нейтронов и экспозиционных доз, при которых становятся заметными необратимые изменения, обусловленные главным образом уменьшением времени жизни неосновных носителей. Правые границы — значения потоков и доз, при которых характеристики транзисторов находятся на грани пригодности.
Таблица П.6
| Материалы | Максимально допустимые | |
| экспозиционная доза гамма-излучения, Р | поток нейтронов, нейтрон/М 2 м 2 | |
| С очень низкой радиационной стойкостью | ||
| Полупроводники | 10 5 — 10 6 | 10 16 —10 17 |
| Политетрафторэтилен | 10 5 —10 6 | 10 17 |
| Кремнийорганическое масло | 10 6 | 7·10 17 — |
| Метилметакрилат (органическое стекло) | 10 5 | —3·10 18 10 18 |
| С низкой радиационной стойкостью | ||
| Ацетат-целлюлоза (бумага) | 5·10 6 –– —4·10 7 | 10 18 —10 19 |
| Фенольные смолы (без наполнителя) | 10 7 | 7·10 18 |
| Полиамиды | 7·10 6 | 4·10 18 |
| Поливинилхлорид | 10 6 | 10 19 |
| Со средней радиационной стойкостью | ||
| Полиэтилен | 10 8 | 10 21 |
| Стеклоткань | 10 8 | 10 20 |
| Эпоксидные лаки | 5·10 8 — —10 9 | –– |
| Нитролак | 5 · 10 8 | –– |
| С высокой радиационной стойкостью | ||
| Стекло | 3·10 9 | 10 21 —10 22 |
| Слюда | 10 10 | 10 22 |
| Полистирол | 5·10 9 | 10 22 ––10 23 |
| С очень высокой радиационной стойкостью | ||
| Кварц | 10 10 | 10 23 |
| Стеклослюда | 10 11 | 10 23 |
| Керамика (стеатит) | 10 12 | 10 24 |
| Металлы | — | 10 24 —10 25 |
ЛИТЕРАТУРА
МатериалыXXVII съезда Коммунистической партии Советского Союза, М., 1986,
1. Откуда исходит угроза миру. 2-е изд. М., 1984.
2. Министерство обороны СССР. Военный энциклопедический словарь. М., 1983.
3. Защита от оружия массового поражения: Справочник/Под ред. В.В. Мясникова. М., 1984.
4. Иванов А.И., Науменко И.А., Павлов М.П. Ракетно-ядерное оружие и его поражающее действие. М., 1971.
5. Действие ядерного оружия/Пер, с англ.:Под ред. П. С. Дмитриева. М., 1965.
7. Ширшев Л. Г. Ионизирующие излучения и электроника. М., 3969.
8. Дуриков А. П. Оценка радиационной обстановки на объекте народного хозяйства. М., 1982.
9.Белозеров Я. Е., Несытов Ю. К. Внимание! Радиоактивное заражение! М., 1982.
10.Радиационная стойкость материалов радиотехнических конструкций: Справочник.М., 1976.
11.Гражданская оборона: Учебное пособие/Под ред. А.Т. Алтунина. М., 1985.
12. Рикетс Л. У. и др. Электромагнитный импульс и методы защиты. М., 1979.
13.Величко К. Ф. и др. Оценка устойчивости работы объектов и систем народного хозяйства. М., 1984.
14. Алтунин А. Т. Формирования гражданской обороны в борьбе со стихийными бедствиями. М., 1978.
15.Руководство по медицинской службе гражданской обороны/Под ред. А. И. Бурназян а. М., 1983.
Презентация на тему: " Обеспечение радиационной и электромагнитной стойкости радиоэлектронной аппаратуры на этапах разработки." — Транскрипт:
1 Обеспечение радиационной и электромагнитной стойкости радиоэлектронной аппаратуры на этапах разработки
2 План лекции Этапы разработки РЭА и решаемые задачи по обеспечению стойкости. Основные технические мероприятия по обеспечению радиационной и электромагнитной стойкости РЭА, их краткая характеристика и особенности применения на разных этапах разработки. Оценка правильности применения ЭРИ. Требования к ПОСТ. Нормативно-методическое обеспечение работ по созданию спецстойкой аппаратуры.
3 Обеспечение радиационной и электромагнитной стойкости Обеспечение радиационной и электромагнитной стойкости РЭА – это комплекс организационных и технических мероприятий, выполняемых на всех этапах разработки с целью достижения заданных требований РЭА – это комплекс организационных и технических мероприятий, выполняемых на всех этапах разработки с целью достижения заданных требований
4 Этапы разработки РЭА и решаемые задачи по обеспечению стойкости Этапы разработки РЭА и решаемые задачи по обеспечению стойкости
5 Разработка эскизного проекта 1. Разработка ПОСТ. 2. Уточнение требований ТЗ по спецстойкости РЭА и параметров-критериев годности при воздействии спецфакторов. 3. Проработка вариантов конструктивного, структурно- функционального построения и алгоритмов функционирования РЭА в части обеспечения требований ТЗ по спецстойкости. 4. Проработка возможности реализации для рассматриваемых вариантов РЭА средств и способов защиты, обеспечивающих требования спецстойкости во всех режимах применения (эксплуатации). 5. Выбор оптимального в части обеспечения требований спецстойкости варианта конструктивного, структурно- функционального построения и алгоритмов функционирования РЭА.
6 Разработка эскизного проекта (продолжение) 6. Выбор номенклатуры ЭРИ для выбранного варианта построения РЭА в части обеспечения требований спецстойкости. 7. Расчетная оценка спецстойкости для выбранного варианта построения РЭА, определение критериев стойкости и критичных составных частей Разработка программ, методик и проведение экспериментальных исследований макетных образцов по подтверждению возможности обеспечения требований спецстойкости (защищенности) для выбранного варианта построения РЭА. 9. у 9. Разработка рекомендаций по уточнению ПОСТ для этапа технического проектирования Подготовка отчета о реализации ПОСТ на этапе эскизного проекта.
7 Разработка технического проекта 1. Корректировка ПОСТ. 2. Доработка (уточнение схемно-конструктивного построения) РЭА и составных частей, не удовлетворяющих требованиям, корректировка (при необходимости) номенклатуры комплектующих ЭРИ и компоновки РЭА. 3. Расчет показателей стойкости отдельных функционально самостоятельных частей и аппаратуры в целом, выявление наиболее критичных устройств блоков, составных частей, подлежащих испытаниям. 4. Составление программ и методик испытаний, организация и проведение испытаний макетных образцов РЭА или отдельных функционально самостоятельных устройств.
8 Разработка технического проекта (продолжение) 5. Окончательная отработка функциональных и принципиальных схем, установление количественных показателей стойкости РЭА и формулировка требований для включения в НД на конструирование РЭА и ее составных частей. у 6. Разработка рекомендаций по уточнению ПОСТ для этапа технического проектирования. 7. Подготовка отчета о реализации ПОСТ на этапе технического проекта.
9 Разработка РКД для изготовления опытного образца. Изготовление опытного образца. Проведение предварительных и приемочных испытаний 1. Корректировка ПОСТ. 2. Разработка программ и методик предварительных испытаний для экспериментальной оценки стойкости РЭА. 3. Изготовление опытного образца, специального испытательного оборудования и средств контроля для проведения предварительных испытаний. 4. Организация и проведение предварительных испытаний РЭА. 5. Анализ информации о результатах предварительных испытаний, оценка соответствия РЭА заданным требованиям.
10 Основные технические мероприятия по обеспечению спецстойкости РЭА, их краткая характеристика и особенности применения на разных этапах разработки
11 Уточнение требований ТЗ по спецстойкости РЭА и параметров-критериев годности при воздействии спецфакторов 1. Уточнение состава и значений характеристик требований стойкости РЭА к воздействию специальных факторов. 2. Уточнение значений характеристик воздействующих факторов с учетом защитных свойств объекта, конструкции и компоновки РЭА. 3. Определение характеристик вторичных электромагнитных полей, вызываемых воздействием факторов 7.И с характеристиками 7.И 6, 7.И 10,7.И 11 и 7.И И Уточнение требований в части допустимости сбоев и (или) временной потери работоспособности РЭА (временного отклонения значений параметров за пределы установленных норм) во время и непосредственно после воздействия специальных факторов.
12 Проверка правильности применения ЭРИ в части обеспечения требований спецстойкости РЭА 1. Сравнение уровней воздействующих факторов, заданных в ТЗ на аппаратуру (R з ), и уровней стойкости, установленных в ТУ на изделия (R i ту ) по критерию R i ту R з. (1) Из дальнейшей проверки исключаются изделия, стойкость которых гарантируется изготовлением и не ниже заданных требований на РЭА. 2. Анализ справочных данных, опубликованных в официальных изданиях или полученных от организаций разработчиков ЭРИ, по критерию R i доп. ту R з, (2) где R i доп. ту - значения уровней стойкости ЭРИ, определяемые из справочных данных, при которых ни один из параметров изделий i-го типа не выходит за пределы допустимых норм ТУ на эти изделия. Позволяет оценить правильность применения изделий, изменения параметров которых при воздействии R з не превышают установленные в ТУ нормы.
13 Проверка правильности применения ЭРИ в части обеспечения требований спецстойкости РЭА (продолжение) 3. Для изделий, не удовлетворяющих критерию (2), используя справочные данные о стойкости ЭРИ к воздействию спецфакторов, оценивается допустимость применения изделий с учетом их работоспособности в конкретных схемах по критерию: R i доп. сх. R з, (3) где R i доп. сх. - значения уровней стойкости изделий, при которых ни один из параметров схем, в которой применено рассматриваемое изделие, не выходит за пределы установленных технической документацией на эту схему норм, а изменения параметров изделий при этом превышают установленные в ТУ такие нормы. Для указанных ЭРИ требуется получение разрешения соответствующих ЦБП на возможность применения в конкретных схемах аппаратуры изделий в режимах и при значениях параметров, отличных от установленных в ТУ.
16 7. Оценка по факторам 7.К с характеристикой 7.К 1 Д е(6) 0,806 Д е тр., (9) Д е(7) = ион. σ е Ф е тр..(10) 8. Оценка по факторам 7.К с характеристикой 7.К 4 Д р(6) 0,704 Д р тр.,(11) Д р(7) = ион. σ р Ф р тр.. (12) ион. σ е, ион. σ р - удельные поглощенные в ионизационных процессах дозы электронного и протонного излучений (определяются по приложению К ГОСТ РВ ). ион. σ е, ион. σ р - удельные поглощенные в ионизационных процессах дозы электронного и протонного излучений (определяются по приложению К ГОСТ РВ ). 9. Оценка по факторам 7.К Д е(6) + Д р(6) 0,806 Д е тр. + 0,704 Д р тр. (13)
17 Оценка правильности применения ЭРИ ИП Правильность применения ЭРИ ИП оценивается по данным их стойкости ( по критерию: Правильность применения ЭРИ ИП оценивается по данным их стойкости (R) по критерию: R R з. Стойкость ЭРИ ИП оценивают следующим образом: -осуществляют поиск информации о стойкости в каталогах иностранных фирм, Справочниках по стойкости ЭРИ, статьях различных периодических журналов, материалах научно- технических конференций, а также в Интернете; -осуществляют поиск информации о стойкости в каталогах иностранных фирм, Справочниках по стойкости ЭРИ, статьях различных периодических журналов, материалах научно- технических конференций, а также в Интернете; -для ЭРИ, по которым отсутствуют данные стойкости в указанных выше источниках, по каталогам иностранных фирм определяются ЭРИ – аналоги, разработанные теми же фирмами. Производится поиск информации об уровнях стойкости аналогов, которые принимаются за уровни стойкости оцениваемых ЭРИ; -для ЭРИ, по которым отсутствуют данные стойкости в указанных выше источниках, по каталогам иностранных фирм определяются ЭРИ – аналоги, разработанные теми же фирмами. Производится поиск информации об уровнях стойкости аналогов, которые принимаются за уровни стойкости оцениваемых ЭРИ;
18 -для оставшихся ЭРИ по каталогам иностранных фирм определяют ЭРИ – аналоги, выпускаемые другими иностранными фирмами, производился поиск данных о стойкости таких аналогов. Уровни их стойкости принимаются за уровни стойкости оцениваемых ЭРИ; -для оставшихся ЭРИ по каталогам иностранных фирм определяют ЭРИ – аналоги, выпускаемые другими иностранными фирмами, производился поиск данных о стойкости таких аналогов. Уровни их стойкости принимаются за уровни стойкости оцениваемых ЭРИ; -для остальных ЭРИ по каталогам иностранных фирм и техническим условиям на отечественные ЭРИ определяются отечественные аналоги и их стойкость принимается за стойкость рассматриваемых ЭРИ; -для остальных ЭРИ по каталогам иностранных фирм и техническим условиям на отечественные ЭРИ определяются отечественные аналоги и их стойкость принимается за стойкость рассматриваемых ЭРИ; -для оставшихся изделий проводится экспертная оценка стойкости по конструктивно-технологическим и электрическим характеристикам, полученным по каталогам иностранных фирм – разработчиков рассматриваемых ЭРИ. -для оставшихся изделий проводится экспертная оценка стойкости по конструктивно-технологическим и электрическим характеристикам, полученным по каталогам иностранных фирм – разработчиков рассматриваемых ЭРИ.
19 Расчетная оценка спецстойкости РЭА Оценка радиационной стойкости По необратимым изменениям параметров (проводится для каждого вида воздействующих спецфакторов 7.И, 7.С и 7.К). Оценка проводится поэлементным методом по следующему алгоритму: -РЭА разбивается на составные части; -РЭА разбивается на составные части; -для каждой составной части проводится проверка правильности применения комплектующих ЭРИ в соответствии с рассмотренными выше методами; -для каждой составной части проводится проверка правильности применения комплектующих ЭРИ в соответствии с рассмотренными выше методами; -оценивается стойкость составной части, в качестве которой принимается стойкость наименее стойкого комплектующего ЭРИ: -оценивается стойкость составной части, в качестве которой принимается стойкость наименее стойкого комплектующего ЭРИ: R i сч = min (R 1,…, R i,…, R n ), R i сч = min (R 1,…, R i,…, R n ), R i – стойкость i-го ЭРИ; R i – стойкость i-го ЭРИ; -оценивается стойкость РЭА в целом и ее соответствие требованиям ТЗ: R РЭА = min (R 1 сч,…, R i сч,…, R n сч ) R ТЗ. -оценивается стойкость РЭА в целом и ее соответствие требованиям ТЗ: R РЭА = min (R 1 сч,…, R i сч,…, R n сч ) R ТЗ.
20 Оценка радиационной стойкости (продолжение) По полным (катастрофическим) отказам, вызываемым воздействием факторов 7.И с характеристиками 7.И 6, 7.И 10, 7.И 11 ) и 7.И И 15 (при необходимости). Оценка проводится на основе анализа значений ионизационных токов в ЭРИ, электрических принципиальных схем РЭА, данных ТУ на ЭРИ по предельно допустимым электрическим режимам и оценок значений предельно допустимых токов для токоведущих дорожек печатных плат. По обратимым (временным) эффектам (УБР, ВПР) воздействия факторов 7.И с характеристиками 7.И 2 -7.И 6, 7.И 10, 7.И 11 и 7.И И 15 (при необходимости). Оценка проводится путем анализа логических схем безотказности РЭА с учетом ее структурно-функционального и схемно- технического построения.
21 Оценка стойкости РЭА КА к воздействию протонов и ТЗЧ КП по одиночным сбоям и отказам Оценка проводится с использованием поэлементного метода и метода анализа реакции РЭА на импульсное действие ИИ и включает следующие операции: Оценка проводится с использованием поэлементного метода и метода анализа реакции РЭА на импульсное действие ИИ и включает следующие операции: -определение перечня комплектующих РЭА изделий, критичных к эффектам одиночных сбоев и отказов при воздействии протонов и ТЗЧ КП; -определение перечня комплектующих РЭА изделий, критичных к эффектам одиночных сбоев и отказов при воздействии протонов и ТЗЧ КП; -разукрупнение составных частей РЭА, в которых используются критичные изделия, на функционально-законченные узлы (блоки); -разукрупнение составных частей РЭА, в которых используются критичные изделия, на функционально-законченные узлы (блоки); -определение для каждого функционально-законченного узла возможных видов отказов, обусловленных одиночными сбоями и отказами в критичных изделиях при разных режимах их функционирования; -определение для каждого функционально-законченного узла возможных видов отказов, обусловленных одиночными сбоями и отказами в критичных изделиях при разных режимах их функционирования; -оценка последствий сбоев и отказов в составных частях на функционирование отдельных систем и аппаратуры КА в целом; -оценка последствий сбоев и отказов в составных частях на функционирование отдельных систем и аппаратуры КА в целом; -оценка показателей стойкости функциональных узлов, составных частей и отдельных систем, содержащих критичные изделия, и КА в целом. -оценка показателей стойкости функциональных узлов, составных частей и отдельных систем, содержащих критичные изделия, и КА в целом. -принятие решений. -принятие решений.
22 Оценка электромагнитной стойкости Оценка стойкости РЭА к воздействию электромагнитных факторов в Оценка стойкости РЭА к воздействию электромагнитных факторов включает проведение следующих операций: расчет вторичных электромагнитных полей (ВЭМП); расчет полей ЭМИ, ВЭМП и ЭМПТ ЕИ (по ГОСТ РВ ) с учетом экранной защиты корпусов объекта и РЭА; расчет токов и напряжений, наводимых ЭМИ, ВЭМП и ЭМПТ ЕИ в проводах, кабелях и антенных устройствах; расчет радиационно-наведенных токов и напряжений в проводных и кабельных линиях связи; оценка стойкости РЭА по необратимым полным (катастрофическим) отказам; оценка стойкости по обратимым (временным) отказам (сбои, ложные срабатывания и т.п.). Оценка стойкости проводится путем сравнительного анализа наведенных действием электромагнитных факторов импульсов напряжения, тока, энергии с данными импульсной электрической прочности ЭРИ к воздействию одиночных импульсов напряжения с учетом структурно-функционального и схемно-технического построения РЭА.
23 Экспериментальная оценка стойкости РЭА Включает: определение состава, условий и последовательности испытаний; выбор моделирующих установок и (или) имитаторов (импульсные генераторы напряжения и тока); определение норм испытаний РЭА на моделирующих установках; разработку и изготовление специального испытательного оборудования и средств контроля параметров-критериев; разработку и согласование программ и методик испытаний РЭА (составных частей); проведение испытаний РЭА (составных частей) на моделирующих установках и (или) имитаторах; обработку результатов испытаний и подготовку протокола испытаний, содержащего заключение по стойкости РЭА.
24 Программа Программа обеспечения стойкости РЭА (ПОСТ)
25 Требования ГОСТ РВ к ПОСТ ПОСТ разрабатывают на стадии разработки РЭА: - эскизного проектирования; - технического проектирования; - разработки рабочей, конструкторской документации для изготовления опытного образца; - изготовления опытного образца и проведения предварительных испытаний. В ПОСТ должны быть определены: - конкретные организационные и технические мероприятия по обеспечению установленных ТЗ требований спецстойкости; - исполнители мероприятий; - форма отчетности о выполнении мероприятий; - контрольные этапы, после завершения которых проводится оценка достигнутых показателей стойкости и рассматривается ход реализации программы. ПОСТ разрабатывают в виде самостоятельного документа (допускается объединять в один документ с ПОН). Для сложной РЭА допускается составлять ПОСТ на составные части. ПОСТ должна быть взаимоувязана с ПОН по составу и срокам планируемых мероприятий.
26 Нормативно- методические документы
27 ГОСТ РВ ГОСТ РВ ГОСТ РВ требования к ПОСТ. Г РВ ГОСТ РВ МП В – Методы военно-технической экспертизы по надежности и стойкости (Часть 2). РД В оценка эффективности технических решений по обеспечению стойкости к воздействию СФ. Часть 3 (ред ). РДВ порядок выбора и применения ЭРИ для РЭА, стойкой к воздействию спецфакторов. РДВ оценка и прогнозирование спецстойкости РЭА на этапах разработки. РД В Методы проектирования и конструирования РЭА, стойкой к воздействию спецфакторов. РД В – требования к комбинированных устройствам защиты. Средства обеспечения защиты от ЭМИ.
28 РМ Методы оценки стойкости к комплексному воздействию спецфакторов. РД методы оценки и испытаний на воздействие ВЭМИ. РД испытаний на к супер ЭМИ. РД В подтверждение вероятностных показателей на основе испытаний малых выборок. РД В – справочник по МУ и ИУ. РД В расчетная оценка стойкости РЭА к воздействию ЭМПТ ЕИ. РД В – методы испытаний РЭА на стойкость к воздействию ЭМПТ ЕИ. ОСТ методы испытаний и оценки стойкости бортовой РЭА КА к воздействию излучений КП по дозовым эффектам по результатам испытаний на воздействие нейтронов и статического гамма-излучения. РД методы испытаний и оценки стойкости РЭА КА к воздействию ЗЧ КП по одиночным сбоям и отказам.
Читайте также: