Ускорители заряженных частиц. Табл. 5 Основные характеристики статических ядерных реакторов

Табл. 5 Основные характеристики статических ядерных реакторов

Табл. 4 Основные характеристики импульсных ядерных реакторов

Реактор	Поток нейтронов за импульс, с-1	Максимальная мощность дозы -излучения	Длительность импульса на половине амплитуды, мкс
Р/с	2,58 А/кг
«Годива – 1»	2,5х1013	107	103
«Годива – 2»	2,5х1013	107	103	40-50
«Трига»	1014	3х106	3х102	104
ФБП	1014	-	-
«Сандиа»	1012	2х108	2х104
«Молли-1»	2х1014	-	-
«Кукла»	1,4х1014	109- 1010	105- 106
ОРН-1	-	108	104	-
Продолжение таблицы 4
ГЕПР	7х1012	7,14х106	7,14х106
АППА	1015	-	-

Реактор	Мощность реактора, МВт	Максимальная плотность потока нейтронов, с-1 см-2	Максимальная мощность дозы -излучения
103 Р/с	2,58 А/кг
ФНП (канал Д)		2,7х1012 тепловых 2,5х1010 0,5 МэВ 7,2х109 2,9 МэВ 2,3х109 5,3 МэВ 3,9х108 8,6 МэВ	1,2	0,12
СП-3		2,4х1012 тепловых 5,4х109 1,0 МэВ 108 2,5 МэВ	0,75	0,075
МТР		2,4х1014 тепловых 1,3х1012 1,0 МэВ	102	10,0
БЕПО		1,5х1012 тепловых	-	-
ДИДО		8,0х1013 тепловых	-	-

Особенностью испытаний и исследований материалов и изделий электронной техники на воздействие ионизирующих излучений является необходимость применения дистанционной измерительной аппаратуры для измерения временных и остаточных изменений их электрофизических параметров, как при импульсном, так и при непрерывном воздействии радиации. В каналах ядерных реакторов на изделия и материалы кроме ионизирующих излучений одновременно могут воздействовать температура, влажность, ионизированная окружающая среда. Чтобы исключить влияние этих побочных факторов, применяют различные контейнеры (пеналы), охлаждение изделий с помощью обдува, заливку открытых контактов изделий и т.д. Поэтому экспериментальные каналы реакторов, предназначенные для проведения испытаний и исследования материалов и изделий электронной техники на воздействие радиации, должны обеспечивать:

- дистанционные измерения параметров изделий в канале работающего реактора, а также возможность применения измерительной аппаратуры на входе канала, быструю смену аппаратуры и её регулировку;

- быстрое перемещение контейнеров с объектом облучения и измерительными линиями внутрь канала и перемещение их в канале с помощью дистанционных ручных или автоматизированных механических приспособлений, а также возможность быстрой смены контейнеров;

- охлаждение объекта облучения в канале реактора и проведение низкотемпературных исследований;

- установку сменных фильтров и коллиматоров в канале (для уменьшения - фона и фильтрации тепловых нейтронов).

Требования к испытательным каналам статических реакторов в равной мере относятся и к импульсным источникам проникающей радиации. Кроме того, при работе на импульсных источниках радиации появляются дополнительные трудности, связанные с дистанционными измерениями и автоматической регистрацией кратковременных изменений электрических параметров изделий электронной техники в момент действия импульса радиации и регистрацией остаточных изменений этих параметров изделий после воздействия импульса радиации. Необходимы также дополнительные меры для защиты изделий электронной техники от электромагнитных наводок.

Типовым импульсным реактором для исследовательских целей является реактор «Годива», представляющий собой критическую сборку из обогащенного урана U ²³⁵ с максимальной мощностью 1 кВт за импульс. Для проведения экспериментальных работ реактор имеет центральный канал диаметром 2,5 см, идущий внутрь установки. Энергетический спектр нейтронов в нем приведен в таблице 6. Для сравнения в этой же таблице приведен энергетический спектр нейтронов деления U ²³⁵.

Табл. 6 Энергетическое распределение нейтронов при делении ядер в центральном канале импульсного реактора «Годива»

При испытаниях материалов и изделий электронной техники в каналах исследовательских ядерных реакторов или в зоне облучения других источников на них могут воздействовать потоки нейтронов и – квантов со спектрами излучений и плотностью потока, существенно отличающимися от соответствующих характеристик радиационной обстановки в условиях эксплуатации. Обычно существенно могут различаться спектры нейтронов в низкочастотной области (до 0,1 МэВ). Высокоэнергетические части спектров нейтронов обычно не столь значительно отличаются друг от друга. Поскольку вклад доли нейтронов с низкой энергией в радиационное повреждение материалов обычно невелик по сравнению с воздействием быстрых нейтронов, на практике при таких испытаниях принято уровни воздействия нейтронов от различных источников оценивать по потоку быстрых нейтронов с энергией выше 0,1 МэВ.

В тех случаях, когда требуется более высокая точность оценки и спектр нейтронов при испытаниях значительно отличается от требуемого, вводят поправку на несоответствие энергетических спектров нейтронов – коэффициент эффективности воздействия – путем умножения на этот коэффициент потока быстрых нейтронов с энергией выше 0,1 МэВ, полученной при испытаниях.

Уровни воздействия - квантов при испытаниях материалов и изделий электронной техники с достаточной для практике точностью принято оценивать по экспозиционной или поглощенной дозе облучения (по NaI), поскольку средние энергии - излучения различных реакторов не столь существенно отличаются и составляют величину около 1 МэВ. Но при испытаниях материалов и изделий электронной техники поток быстрых нейтронов и экспозиционная доза - квантов испытательной установки могут отличаться от требуемых. В этих случаях, чтобы учесть вклад экспозиционной дозы - излучения в изменение параметров материалов и изделий электронной техники, проводят дополнительное облучение на - установке.

Ускорители – это устройства, в которых используется эффект ускорения заряженных частиц под действием электрического поля; при этом энергию в 1 эВ приобретает частица с единичным электрическим зарядом (электрон, протон) при прохождении участка поля с разностью потенциалов В. Кинетическая энергия, сообщаемая заряженной частице электрическим полем с разностью потенциалом U:

,

где Е и е - энергия и заряд частицы.

На практике пользуются единицами энергии заряженных частиц: 1 кэВ = 10 ³ эВ и 1 МэВ = 10 ⁶ эВ.

Основными характеристиками ускорителя являются энергия ускоренных частиц и ток пучка частиц. Например, при токе 1 мА поток однозарядных частиц составит 6,24х10 ¹⁵ с^-1.

Первыми, наиболее простыми типами ускорителей заряженных частиц были электростатические генераторы, основанные на использовании метода прямого ускорения заряженных частиц в электрическом поле. Некоторые конструкции электростатических ускорителей (вакуумные ускорительные трубки, генераторы Кокрофта-Уолтона, генераторы Ван-де-Граафа) широко используются в настоящее время. Недостатком электростатических ускорителей является трудность получения заряженных частиц с высокими энергиями (выше нескольких МэВ). Дальнейшее развитие и совершенствование техники ускорения заряженных частиц шло по пути использования высокочастотного электрического поля. Ускорители, основанные на ускорении заряженных частиц с помощью высокочастотного поля, в свою очередь, подразделяются на линейные и циклические.

Кроме того, ускорители подразделяются по виду орбиты частиц, ускоряющему электрическому полю, приложенному магнитному полю (для цилиндрических ускорителей).

Типы ускорителей, которые можно использовать для проведения испытаний и исследований материалов и изделий электронной техники, указаны в таблице 7.

В таблицах 8 и 9 приведены характеристики ускорителей, которые можно использовать в качестве источников электронов и протонов для исследований радиационных эффектов в материалах и изделиях.

В зависимости от типа ускорителя пучок заряженных частиц, выходящих из него, может быть непрерывным, импульсным и состоящим из одного или большего числа сгустков, следующих один за другим с большой частотой. Непрерывные пучки дают генераторы Ван-де-Граафа и высоковольтные ускорительные трубки. Источниками импульсных пучков служат импульсные ускоряющие трубки и индукционные ускорители. В резонансных и циклических ускорителях пучки частиц состоят из сгустков, которые могут следовать непрерывно (циклотроны, микротроны непрерывного действия) или импульсами (линейные ускорители, импульсные микротроны).