книги / Основы проектирования РЭС в жестких условиях эксплуатации

заряда, зысоты подрыва, характеристик окружающей среды и рас­ стояния от центра взрыва до объекта.

Для приближенной оценки характеристик полей излучений ЯВ

Запаздывание момента прихода нейтронного импульса относи­ тельно гамма-импульса позволяет оценить стойкость аппаратуры раздельно для гамма-квантов и нейтронов при условии, что дли­ тельность переходных процессов в аппаратуре, вызванных воздей­ ствием импульса гамма-излучения меньше, чем время запаздывания нейтронного импульса.

1.3.2 Электромагнитный импульс

Электромагнитный импульс (ЭМИ) является одним из быстро­ действующих (кратковременных) поражающих факторов ядерного взрыва. Его проявление было обнаружено спустя несколько лет после первых испытаний ядерных взрывных устройств. ЭМИ, иногда называемый 'рацэовспышкой (радиовсплеском),представляет собой кратковременную совокупность электрического и магнитного ползй, возникающих при ядерном взрыве /А] .

Некоторая часть энергии, выделяющаяся при ядерном взрыве, преобразуется в электромагнитную энергию с радиочастотным спектром. Это преобразование можно представить несколькими про­ цессами. Начальным является образование гамма-излучения в мо­ мент ядерного взрыва. Далее гамма-излучение взаимодействует с атмосферой, вызывает ионизацию и придает направленное движение электронам. Поток электронов возбуждает электромагнитную энер­ гию. Пространство, где гамма-излучение взаимодействует с атмо­ сферой, называют районом источника Э5Д'.

Одним из необходимых условий возникновения Э Ш является несимметюия среды вокруг центра ядерного взрыва, что свойст­ венно приземной области (наличие магнитного поля земли, гради­

ента плотности атмосферы).

£t . 5-ю3 к - Lijfr* if <xK,bf ),

-вертикальная составляющая электрического поля, В/ы.

Для наземного взрыва К = I, а для воздушного значение определяется по графику (рис. 1.6).

Горизонтальная составляющая энергетического поля примерно в 500 раз меньше вертикальной составляющей.

ЭМИ - это одиночный однополярный импульс с очень коротким передним фронтом и спадающий по экспоненциальному закону.

Поля ЭМИ (электрическое и магнитное) обычно выражают за­ висимостью

В Н ) - ( е ы ± - е ' - ^ ) .

Спектральная плотность Такого (двухэкспоненциального) импульса определяется выражением

занные на рис. 1.7. В некоторых случаях применяют линейную аппроксимацию импульса.

Спектр ЭМИ ядерного взрыва является сплошным и содержит частоты от десятков кГц до сотен МГц, занимая таким образом радиодиапазон, в котором работают широковещательные радиостан-

ции, системы радио-, радиорелейной связи, телевидения, радио­

навигации, радиолокации*

При заатмосферном взрыве (выше 40 км) гамма-излучение мо­ жет пройти большие расстояния без потери энергии до встречи с атмосферой. Вторгаясь в атмосферу, гамма-излучение проходит че­ рез разряженные слои и производит интенсивную ионизацию слоя атмосферы, находящегося на высотах примерно от 20 до 40 км. Об­ разуется район источника ЭМИ, радиус которого исчисляется сот­ нями километров. Пространство, подверженное ЭМИ, оказывается чрезвычайно большим, далеко выходящим за пределы района дейст­ вия других кратковременных поражающих факторов.

Размеры территории, охваченной действием ЭМИ внеатмосфер­ ного взрыва, можно количественно характеризовать посредством тангенциального радиуса (рис. 1.8). Тангенциальным радиусом на­ зывают дугу (АС), заключенную между точкой касания поверхности Земли линией, соединяющей центр Земли прямой, проведенной из центра ядерного взрыва, и точкой пересечения поверхности лини­ ей, соединяющей центр Земли с центром взрыва. Все, что находит­ ся на поверхности Земли в пределах этого радиуса, может быть

подвешено влиянию ЭМИ. Интенсивность поля на этой территории монет изменяться в зависимости от расположения рассматриваемо­ го объекта относительно места взрыва, магнитного поля Земли.

Как правиле, напряженность полягЭММ невелика в обоих направле­ ниях вдоль силовой линии магнитного поля, проходящей через пенто ьзрыва и максимальна в направлениях,перпендикулярных им.

О

Рис. 1.8. Тангенциальный радиус для высотного взрыва

Считают, что размер района источника ЭМИ для внеатмосфер­ ного ддерного взрыва, е следовательно и площадь земной поверх­ ности, подверженной влиянию ЭММ, пропорциональны в некоторой степени мощности ядерного боещкпаса и обратно пропорциональны е изменяющейся степени высоте взрыва. Полагают, что пиковое значение напряженности электрического поля заатмосферного взры­ ва может достигать 50...100 кВ/м, а магнитного поля - 250 к /м. Энецгкя ЭМИ может достигать 2 Дж/м^.

Приведенный обзор радиационных сред и источников ИИ иллю­ стрирует разнообразие радиационных условий л факторов, действу­ ющих на РЭС в реальных условиях эксплуатации. Сводная таблица радиационных воздействий в процессе эксплуатации РЭС приво­ дится ниже.

На практике жесткие условия эксплуатации задаются в виде групп эксплуатации. Разбиение на такие группы и их описание^

содержится в одном из ГОСТов.

2. ВЛИЯНИЕ ИОНКЗИРУЩИХ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ НА РАБОТОСПОСОБНОСТЬ РЭС

£.1. Деградация электрофизических параметров полупроводников при их облучении

Облучение полупроводниковых материалов нейтронами ведет к образованно радиационных дефектов, которые оказывают влияние практически на'все их электрофизические параметры.

Важнейший параметр полупроводника - время жизни неоснов­ ных носителей заряда (ННЗ) - зависит от концентрации центров рекомбинации. Радиационные дефекты являются эффективными цен­ трами рекомбинации. Поэтому время жизни ННЗ существенно умень­ шается при облучении. Деградация времени жизни ННЗ описывается

- коэффициент деградации времени жизни;

ф- флюенс нейтронов.

Взаимодействие ИИ с веществом приводит к двум основным эф­ фектам - смещению атомов из узлов кристаллической решетки и их ионизации.

Эффекты смещения подразделяются на долговременные и крат­ ковременные*

Кратковременные эффекты смещения представляют собой тер­ модинамически неустойчивые образования, имеющие малую энергию активации (высокую скорость рекомбинации). Они характерны для ^импульсного облучения,и за короткие промежутки времени после Прекращения воздействия ИМ значительная доля таких дефектов от­ жигается.

Долговременные радиационные эффекты могут существовать в кристалле длительное время после окончания облучения.

Ионизация в полупроводниках приводит к возникновению неР равновесных носителей заряда и паразитных фототоков, а в диэ­ лектриках - к возникновению эффектов переноса заряда, которые

проявляются в виде неустановившихся токов и захваченного диэ­ лектриком заряда и в силу особенностей проявления выделяются в отдельную группу радиационных эффектов.

Диффузионная длина носителей непосредственно связана с их временем жизни соотношением

Подвижность носителей заряда также снижается по мере уве­ личения концентрации радиационных дефектов» причем для низких температур деградация этого параметра оказывается более суще­

ственной.

3 результате уменьшения концентрации и подвижности носи­ телей заряда удельное сопротивление полупроводника возрастает. Увеличение удельного сопротивления описывается выражениями:

ленное электронной и дырочной проводи­ мостью, до и после облучения;

“ коэффициенты деградации удельного сопротивления, обусловленного электронной и дырочной проводимостью.

-20 -

2.2.Радиационные эффекты в электрорадиоиэделиях

Характер и степень деградации параметров ЭРИ и компонен­ тов зависит от характеристик излучения (временных, спектраль­ ных и амплитудных), конструктивных особенностей изделий и при­ мененных в них материалов.

Устойчивые необратимые изменения электрических параметров ЭРИ происходят вследствие нарушения структуры применяемых в них материалов и определяются потоком нейтронов, их энергети­ ческим спектром и поглощенной дозой гамма-излучения.

В конденсаторах временные изменения параметров обусловле­ ны в основном ионизационными эффектами. При воздействии им­ пульсного гамма-излучения ионизация диэлектрика вызывает изме­ нения заряда конденсатора, что проявляется в нестационарном увеличении тока утечки. Переходные процессы в конденсаторах характеризуются радиационной постоянной времени, зависящей только от параметров диэлектрика / 1]

Zp *

гДе Zp ~ радиационная постоянная конденсатора,с; $р - сопротивление утечки при воздействии

излучения, Ом;

С- емкость конденсатора, ft;

£- относительная диэлектрическая проницаемость;

£= 8,85 Ю ~ 12 ft м*1;

(У - удельная проводимость диэлектрика при воэдейст-

^вии импульсного ИИ.

Ток разряда конденсатора определяется соотношением /§/

ip и сz/}

где V - напряжение На обкладках конденсатора.

Остаточные необратимые изменения электрических параметров конденсаторов (емкости, тангенса угла потерь и сопротивления изоляции) определяются физическими и химическими процессами, происходящими в диэлектрике-. Экспериментальные данные показы­ вают, что по степени деградации параметров конденсаторы можно разбить на 3 группы £?]х