Приглашаем посетить сайт
РАДИАЦИОННАЯ СТОЙКОСТЬ МАТЕРИАЛОВ
РАДИАЦИОННАЯ СТОЙКОСТЬ МАТЕРИАЛОВ (твёрдых) - способность материалов сохранять свойства (механич., электрич., оптические и др.) при воздействии радиации. Изменение свойств обусловлено смещениями атомов в кристаллич. решётке (см. Радиационные дефекты), ядерными реакциями, разрывами хим. связей и др. Изменения могут быть обратимыми и необратимыми. Последние обусловлены преим. хим. превращениями молекул.
Наиб. воздействие оказывают нейтронное и g-излу-чение. На практике изменение свойств материала сопоставляется с величиной, характеризующей воздействующее излучение, напр. с флюенсом нейтронов или поглощённой дозойg-излучения.
Мн. свойства кристаллов чувствительны к повреждениям кристаллич. решётки. Одиночные дефекты обычно упрочняют металл, но снижают его пластичность. Электросопротивление металлов или сплавов возрас -тает за счёт образования дефектов, хотя в сплавах возможно уменьшение электросопротивления, если радиац. воздействие приводит к упорядочению структуры. В полупроводниках под действием облучения концентрация точечных дефектов увеличивается, что приводит к изменению электрич. и оптич. свойств.
Изменение свойств органич. веществ связано гл. обр. с процессами возбуждения и ионизации молекул. При этом образуются неравновесные электроны, ионы, ионные радикалы, молекулы в возбуждённом состоянии. Взаимодействие излучения с органич. веществами сопровождается газовыделением. Радиац. стойкость органич. веществ зависит от кол-ва растворённого в них O2 и скорости его поступления из окружающей среды. В присутствии О 2 происходит радиац.-хим. окисление вещества. В результате изменяется хим. и термич. стойкость вещества, может возрасти его хим. агрессивность по отношению к конструкц. материалам. "Сшивание" и деструкция полимеров - необратимые процессы, к-рые приводят к наиб. значит. изменениям структуры.
Осн. показатели, характеризующие необратимые изменения для механич. свойств полимерных материалов,- предел прочности, модуль упругости, предел деформируемости; для электрич. свойств - изменения диэлектрич. проницаемости, тангенса угла диэлект-рич. потерь, электрич. прочности, проводимости.
Обратимые изменения обусловлены установлением стационарного равновесия между генерацией нестабильных продуктов радиолиза и их гибелью, поэтому они зависят от мощности дозы. Сопротивление органич. изоляц. материалов падает с увеличением мощности дозы на неск. порядков. При больших дозах снижение остаточного электрич. сопротивления металлов носит необратимый характер. У мн. полимерных материалов, облучённых до доз 106 Гр, исходная электрич. проводимость изменяется в неск. раз (при дозе ~ 104 Гр изменения, как правило, незначительны).
В органич. материалах может возникать послерадиац. старение, к-рое обусловлено в осн. хим. реакциями свободных радикалов, образовавшихся при облучении полимеров с кислородом воздуха. Радиац. стойкость полимерных диэлектриков определяется, как правило, их механич. (а не электрич.) свойствами, т. к. большинство полимеров становятся хрупкими и теряют способность нести механич. нагрузки после доз, к-рые ещё не вызывают существ. изменений электрич. свойств.
Радиац. стойкость неорганич. веществ зависит от их кристаллич. структуры и типа хим. связи. Наиб. стойкими являются ионные кристаллы. Плотные структуры с высокой симметрией наиб. устойчивы к воздействию излучений. Для стёкол характерны изменение прозрачности и появление окраски, возникновение кристаллизации (см. Стеклообразное состояние). Силикаты начинают изменять свойства после оолучения флюенсом нейтронов ~1019 см -2. В результате облучения происходит анизотропное расширение кристалла, аморфизация его структуры, уменьшение плотности, упругости, теплопроводности и др. Окислы меняют свойства аналогично силикатам, но в меньшей степени. Существ. изменения в свойствах бетонов отсутствуют при облучениях нейтронными потоками с флюенсом до 3·1019 см -2.
|
Табл. 1. | |
|
Органические материалы |
Доза g-излучения, Гр |
|
Термореактивные смолы |
|
|
Фенольная смола с наполнителем |
|
|
из стекловолокна |
3·107-108 |
|
Фенольная смола с асбестовым |
|
|
наполнителем |
106- 3·107 |
|
Полиэфир с наполнителем из |
|
|
стекловолокна |
107 - 3·107 |
|
Эпоксидная смола |
106 - 2·107 |
|
Майлар |
2·105- 2·106 |
|
Полиэфирная смола без напол |
|
|
нителя |
3·103-104 |
|
Силикон без наполнителя |
106 - 5·106 |
|
Термопластичные смолы |
|
|
Полистирол |
5·106 - 5·107 |
|
Поливинилхлорид |
106- 107 |
|
Полиэтилен |
105- 106 |
|
Полипропилен |
5·103- 105 |
|
Ацетилцеллюлоза |
104 - 3·105 |
|
Нитроцеллюлоза |
5·103- 2·105 |
|
Полиметилметакрилат |
5·103- 105 |
|
Полиуретан |
105-106 |
|
Тефлон |
2·103 - 5·103 |
|
Тефлон 10 ОХ |
5·102-103 |
|
Эластомеры |
|
|
Натуральный каучук |
5·104 - 5·105 |
|
Полиуретановые каучуки |
104 - 3·105 |
|
Акриловые эластомеры |
104 - 7·105 |
|
Кремнийорганические эластоме |
|
|
ры |
104 - 105 |
|
Бутиловые эластомеры |
104 - 3·105 |
|
Табл. 2. |
|
|
|
Неорганические материалы |
Доза g-излучения, Гр |
Флюенс нейтронов, см -2 |
|
Стекло |
5·107 |
5·1017 |
|
Керамика |
|
1020- 3·1020 |
|
Железо |
|
2·1018- 3·1019 |
|
Сталь конструкционная |
|
1019 |
|
Бетон |
|
1020-5·1020 |
|
Si (кремниевые транзисторы) |
103- 105 |
3·1011 - 1013 |
|
Ge (германиевые транзисторы)
|
104- 106
|
4·1012- 1014
|
В табл. 1 и 2 приведены мин. уровни облучения, вызывающие заметные (20-30%) изменения свойств нек-рых материалов.
Лит.: Вавилов В. С., Ухин H. А., Радиационные эффекты в полупроводниках и полупроводниковых приборах, М., 1969; Радиационная стойкость материалов. Справочник, под ред. В. Б. Дубровского, М., 1973; Радиационная стойкость материалов радиотехнических конструкций. Справочник, под ред. Н. А. Сидорова, В. К. Князева, М., 1976; Радиационное электроматериаловедение, М., 1979; Действие проникающей радиации на изделия электронной техники, под ред. Е. А. Ладыгина, М., 1980; Радиационная стойкость органических материалов. Справочник, под ред. В. К. Милинчука, В. И. Туликова, М., 1986; Вавилов В. С., Кекелидзе Н. П., Смирнов Л. С., Действие излучений на полупроводники, М., 1988. Б. С. Сычёв.