страница - 80
5. Приборы, основанные на фотографических методах регистрации ионизирующих излучений. Измеряются почернения облученных, проявленных и отфиксированных фотопленок или подсчитывается число зерен или треков в фотоэмульсии и изучается их распределение. Эти приборы используются для индивидуального контроля дозы рентгеновского, у -, р - и
нейтронного излучений, а также для оценки пространственного распределения экспозиционной дозы.
В практике измерений ионизирующих излучений применяют односторонние и двусторонние фотопленки и фотопластинки, с одной стороны покрытые эмульсией.
2.5.10.2. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ
Методы испытаний могут быть разделены на группы по следующим квалификационным признакам:
а)характеру процесса взаимодействия излучения с веществом:
испытания на радиационную стойкость, при которых проверяется работоспособность аппарата относительно происходящих в ней дозных эффектах;
испытания на радиационную устойчивость, при которых проверяется работоспособность аппаратуры относительно происходящих в ней мощностиых эффектов;
б)по условиям проведения испытаний: натурные испытания, которые проводятся
при эксплуатационных воздействиях;
лабораторные испытания, которые проводятся на установках, где моделируются эксплуатационные условия (например, на ускорителях, изотропных источниках и т.п.);
в)по виду воздействия:
испытания на воздействие электромагнитных излучений (рентгеновских и у -квантов);
испытания на воздействие потоков нейтронов;
испытания на воздействие потоков ионов и протонов.
При проведении радиационных испытаний решаются следующие основные задачи:
определяется вероятность безотказной работы (для непрерывного воздействия) и интенсивность отказов (при воздействии одиночных ионов) в реальных условиях эксплуатации;
оценивается уровень стойкости (прочности) и (или) устойчивости к воздействию излучений во время и после воздействия;
проверяется эффективность работоспособных методов повышения стойкости и устойчивости изделия;
собирается информация для реализации расчетных моделей и методов прогнозирова-
ния стойкости и устойчивости изделия к воздействию излучений.
При проведении испытаний, кроме перечисленных выше задач, обычно решаются следующие методические вопросы:
определение требований к изделиям с учетом вида излучения, режима испытаний, необходимости защиты и т.п.;
организация дозиметрического контроля;
выбор методов обработки результатов лабораторных испытаний и приближения их к реальным эксплуатационным условиям.
Испытанна на воздействие рентгеновского и у -излучений. Изделия, подвергаемые в эксплуатационных условиях воздействию непрерывного излучения ядерных реакторов, изотопных источников и вторичного излучения от попадания на корпус высокоэнергетического космического ионизирующего излучения, ис-пытываются на стойкость с использованием статического у -излучения. При этом проверяется сохранение работоспособности в условиях как необратимых, так и обратимых изменений во время воздействия.
Изделия, подвергаемые в эксплуатационных условиях воздействию импульсного излучения ядерных реакторов и при ядерном взрыве и вторичного излучения от попадания импульсных потоков протонов и электронов соответствующих ускорителей, испытываются на стойкость с использованием генераторов импульсного излучения.
Испытания на импульсное воздействие рентгеновского и у -излучений осуществляется с помощью генераторов импульсов этих излучений, построенных по единой схеме. Коаксиальная накопительная линия, заполненная жидким диэлектриком (чаще всего трансформаторным маслом), заряжается от источника высокого напряжения (например, генератора Аркадьева-Маркса, трансформатора Тесла, резонансного трансформатора и др.). При срабатывании коммутатора линия разряжается на ускорительную трубку. Основными элементами ускорительной трубки являются диод и изолятор. Благодаря взрывной эмиссии в диоде создается мощный поток электронов, который с катода направляется на мишень, в результате чего возникает мощная вспышка рентгеновского излучения. Диапазон энергий фотонов, генерируемых таюгми установками, составляет от 300 кэВ до 10 МэВ.
Для получения импульсного тока амплитудой в сотни и тысячи ампер при энергии электронов в несколько мегаэлектрон-вольт используются линейные ускорители.
При этих испытаниях используются следующие средства измерений:
средства измерения значений параметров (характеристик), по показаниям которых судят о сохранении его работоспособности;
средства измерения режимов работы установок, позволяющие контролировать значения параметров (например, напряжение на аноде ускорителя и его силу тока);
дозиметры для определения дозы и мощности дозы излучения, воздействующего на изделие.
Основными задачами испытаний на установках тормозного излучения являются:
определение максимальной мощности экспозиционной дозы излучения, при которой еще не происходит сбоев в работе изделия (уровень работы без сбоев);
выявление наличия и вида обратимых и необратимых отказов в работе изделия при требуемых уровнях мощности дозы;
оценка степени восстанавливаемости работоспособности изделия и способности решать возложенные на него целевые задачи после воздействия ионизирующего излучения с требуемой мощностью дозы, а также возможного времени потери работоспособности изделия.
При определении уровня работы без сбоев испытуемые образцы изделия многократно нагружаются импульсным тормозным излучением. При этом осуществляется направленный поиск диапазона мощности доз, при верхней границе которой сбой в работе изделия происходит, а при нижней - нет.
При решении задач определения видов сбоев и времени потери работоспособности изделий нагружение проводится, как правило, импульсом тормозного излучения с требуемой мощностью дозы. Учитывая, что переходные процессы в изделиях зависят от формы и длительности импульса излучения, уровень нагружения определяют с учетом различий параметров импульсов при испытаниях и в условиях эксплуатации аппаратуры.
В силу ограничений, связанных с площадью выходного окна ускорительной трубки и мощностью установки, в ряде случаев не представляется возможным осуществлять нагружение с требуемыми мощностью и равномерностью облучения всей аппаратуры в целом. В этих случаях облучение площади испытуемого образца изделия проводится по частям поочередно с двух противоположных сторон. Изделия целесообразно испытывать в режиме функционирования, наиболее тяжелом с точки зрения последствий воздействия рассматриваемых излучений.
Изделие соединяется с контрольно-измерительной и регистрирующей аппаратурой, задающей режим работы, соединительными линиями длиной 5 ... 20 м. Для снижения уровня электромагнитных наводок и помех соединительные линии прокладываются в стальных трубах. Перед испытаниями без подачи электрического питания на изделия регистрируется уровень электрических наводок на
соединительных линиях в момент возникновения импульса рентгеновского (у-) излучения. Если уровень электромагнитных наводок и помех оказывается выше допустимого, принимаются дополнительные меры защиты.
Особого внимания требует согласование волновых сопротивлении соединительных линий с входными импедансами контрольно-измерительной и регистрирующей аппаратуры, а также учет затуханий и искажений формы импульсных сигналов, передаваемых по этим линиям. При длине соединительных линий 5 ... 10 м эти искажения могут быть учтены при оценке погрешности измерения параметров изделий. При большей длине соединительных линий измеряемые сигналы от изделия к измерительной аппаратуре и управляющие сигналы к изделиям от операторов передаются через специальные выносные блоки, устанавливаемые на расстоянии 1 ... 2 м от изделий вне действия прямого пучка излучения и с дополнительной экранной защитой от попадания рассеянного излучения.
Испытания на воздействие статического (непрерывного) у-излучения, выявляющие необратимые изменения параметров, реализуются с помощью кобальтовых установок, в которых в качестве излучателя применяются радиоактивные изотопы 60Со. Энергия у-излучения 60Со составляет примерно 1,25 МэВ.
Кобальтовые установки имеют много различных модификаций (конструкций). Особенностью установок, используемых для испытаний аппаратуры и средств измерений соединительных линий, является достаточно высокая мощность дозы у-излучения источника 60Со - не менее 500 Рс1. Эти источники хранятся в бетонном хранилище, из которого в камеру для облучения подаются автоматически по специальным каналам. Управление работой установки осуществляется оператором дистанционно. Набор необходимой дозы у-излучения регистрируется расстоянием до облучателя и временем облучения.
При проведении рассматриваемых испытаний используются средства измерений двух видов:
средства измерений значений параметров (характеристик) изделия и дополнительные средства измерений температуры наиболее термочувствительных узлов (элементов) изделия;
средства измерения амплитудно-временных характеристик, энергетического спектра, дозы.
Амплитудно-временные характеристики измеряются с использованием сцинтилляци-онных детекторов, PIN-диодов или полупроводниковых детекторов. Энергетический спектр измеряется методом анализа функции
ослабления у-излучения, т.е. расчетным методом на основе анализа формы импульсов тока и напряжения.
Испытания на воздействие потока нейтронов проводятся для определения обратимых и необратимых изменений параметров изделий, которые могут возникнуть при воздействии нейтронов ядерных энергетических установок, ядерного взрыва или вторичного нейтронного излучения.
Поскольку имеются существенные различия во влиянии на работоспособность непрерывных и импульсных излучений, то в зависимости от того, каким видам воздействия они подвергаются в эксплуатации, используются испытания на исследовательских импульсных или статических ядерных реакторах.
Испытания на воздействие импульсных потоков нейтронов проводятся на импульсных ядерных реакторах. Спектр нейтронов импульсных ядерных реакторов близок к спектру деления ядер U235 (табл. 2.5.12).
2.5.12. Предельные значения параметров импульсных исследовательских ядерных реакторов
Параметр
Мощность реактора Плотность потока нейтронов с энергией £>0,1 МэВ Мощность дозы у-излучения Длительность импульса нейтронов, измеренная по точкам, соответствующим половине амплитуды импульса
Единица измерения
МВт
СМ 2С-1
Акт-1 с
Значения
(1 ... 2)1(Г3 2-1016...51018
3-103...3-105 5-10-5...2-10-з
Особенности размещения изделий обусловливаются двумя обстоятельствами.
Во-первых, изделия располагаются вблизи активной зоны; поток нейтронов изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния от центра активной зоны, поэтому воздействующий поток нейтронов регулируется путем выбора соответствующего расстояния от центра активной зоны до испытуемого изделия.
Во-вторых, с помощью охлаждаемых экранов стремятся предотвратить попадание на изделия сильных потоков теплового и у-излучения.
Длина соединительных линий между изделиями и контрольно-измерительной аппара-
турой может достигать 40 м. Регистрация значений параметров при испытании аппаратуры выполняется аналогично регистрации при испытаниях на установках импульсного рентгеновского излучения.
Следует отметить, что изделия после испытаний становятся радиоактивными, поэтому они, как правило, подлежат уничтожению.
При оценке результатов испытаний необходимо учитывать следующее:
спектрально-энергетические характеристики нейтронов исследовательских ядерных реакторов и в условиях эксплуатации могут существенно различаться. Это различие учитывается коэффициентами относительной эффективности действия нейтронов с различными энергетическими спектрами;
показания дозиметров могут содержать погрешность вследствие воздействия у-излучения, которое вносит также дополнительные изменения в параметры изделия, что необходимо учитывать введением соответствующих поправок.
Испытания на воздействие непрерывных потоков нейтронов проводятся с помощью водоводяных реакторов бассейного типа на тепловых нейтронах (табл. 2.5.13).
При рассматриваемых испытаниях используют те же средства измерения, правила размещения изделий, соединительных линий и оценки результатов, что и при испытаниях на импульсных ядерных реакторах.
2.5.13. Предельные значения параметров статических исследовательских реакторов
Параметр | Единица измерения | Значения |
Мощность реактора | МВт | 0,2 ... 50 |
Плотность потока | СМС"1 | 10и...2-1014 |
нейтронов с энерги- | ||
- ей £>0,1 МэВ | ||
Мощность дозы | А-кг1 | 1 ... 80 |
у-излучения |
Испытаниям на воздействие ионизирующих излучений подвергаются изделия, используемые для работы в космосе, или средства измерений, устанавливаемые в зоне действия ускорительной техники для радиационной технологии. Эти испытания подразделяются на натурные (испытания с комбинированным воздействием различных видов излучений) и лабораторные (испытания на раздельное воздействие каждого вида излучений).
Натурные испытания на воздействие потоков космических электронов, протонов и
содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3] [стр.4] [стр.5] [стр.6] [стр.7] [стр.8] [стр.9] [стр.10] [стр.11] [стр.12] [стр.13] [стр.14] [стр.15] [стр.16] [стр.17] [стр.18] [стр.19] [стр.20] [стр.21] [стр.22] [стр.23] [стр.24] [стр.25] [стр.26] [стр.27] [стр.28] [стр.29] [стр.30] [стр.31] [стр.32] [стр.33] [стр.34] [стр.35] [стр.36] [стр.37] [стр.38] [стр.39] [стр.40] [стр.41] [стр.42] [стр.43] [стр.44] [стр.45] [стр.46] [стр.47] [стр.48] [стр.49] [стр.50] [стр.51] [стр.52] [стр.53] [стр.54] [стр.55] [стр.56] [стр.57] [стр.58] [стр.59] [стр.60] [стр.61] [стр.62] [стр.63] [стр.64] [стр.65] [стр.66] [стр.67] [стр.68] [стр.69] [стр.70] [стр.71] [стр.72] [стр.73] [стр.74] [стр.75] [стр.76] [стр.77] [стр.78] [стр.79] [стр.80] [стр.81] [стр.82] [стр.83] [стр.84] [стр.85] [стр.86] [стр.87] [стр.88] [стр.89] [стр.90] [стр.91] [стр.92] [стр.93] [стр.94] [стр.95] [стр.96] [стр.97] [стр.98] [стр.99] [стр.100] [стр.101] [стр.102] [стр.103] [стр.104] [стр.105] [стр.106] [стр.107] [стр.108] [стр.109] [стр.110] [стр.111] [стр.112] [стр.113] [стр.114] [стр.115] [стр.116] [стр.117] [стр.118] [стр.119] [стр.120] [стр.121] [стр.122] [стр.123] [стр.124] [стр.125] [стр.126] [стр.127] [стр.128] [стр.129] [стр.130] [стр.131] [стр.132] [стр.133] [стр.134] [стр.135] [стр.136] [стр.137] [стр.138] [стр.139] [стр.140] [стр.141] [стр.142] [стр.143] [стр.144] [стр.145] [стр.146] [стр.147] [стр.148] [стр.149] [стр.150] [стр.151]