Воздействие радиоактивных излучений на физические свойства некоторых материалов

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.

Воздействие проникающей радиации на элементы схем

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.