Справочник по электротехническим материалам. Под ред. Ю.В.Корицкого и др. Том 2 (3-е изд., 1987) (1152096), страница 112
Текст из файла (страница 112)
сталлические фазы: корунд, кордиерит и муллит. При облучении быстрыми нейтронамн происходит постепенвх разрушение корднерита п муллита да волиого исчезновения после действия флюенса 1,06 10з' 1/см'. Однако эти изменения фазового состава не являются необратимыми. Отжиг при 1000 'С восстанавливает кристаллическую структуру кордиерита и муллита и стабилизирует структуру корунда. Среди жидких элеитроизоляциоиных материалов наиболее распространенными являются минеральные нефтяные масла, представляющие собой углеводороды парафннового или нафтенового ряда, н синтетические жидкости (кремний- и фторорганнческие, до недавнего времени хлорированные).
При воздействии ИИ на жидкие электроиэоляционные материалы происходят химические изменения, характерные для нх органических или синтетических составляющих. Тая, в нефтяных маслах увеличивается вязкость; при контакте с воздухом происходит более интенсивное окисление, сопровождающееся образованием >хирама кислот„ .выделяется газ (в основном Нг). При облучении галогеносодержащих масел образуются хлористый водород и фтористый водород, которые при соединении с водой образуют коррозионно-ахтявные среды. Рекомбннация свободных радикалов, образующихся при облучении, в жидких диэлектриках происходит белие свободно, чем в полимерах, благодаря своеобразию агрегатного состояния; для жидких электроизоляционных материалов характерны также ион-радияальпые реакции.
Жидкие диэлектрики при облучении в основиои структурируют, что приводит к образованию осадка в результате накопления усстойчивых продуктов радиационно-химическвх реакций. По окончании облучения в жидких элентроизоляциониъ1х материалах продолжительное время могут существовать свободные радикалы и захваченные ловушками ионы, что следует учитывать при проведении испытаний. Газообразные электронзоляциониые материалы: воздух, шестифторнстая сера (элегаз), азот, водород и др.
— при облучении ионнзируются с образованием свободных электронов, причем из-эа низкой плотности газа свободные ионы могут существовать длительно; в результате ион-молекулярных реакций могут образовываться ионы большей массы, чем масса исходных молекул, и появляться свободные атомы.
Особую опасность при облучении воздуха и его примесей в других гааах представляет образующийся озон, вызывающий разрушение неозоиостойких электроизоляционных материалов на органической основе. По окончаияв облучения в газах происходит быстрая рекомбивация и уничтожаются все химически активные часгнпы. 27.6. ЭЛЕКТРОПРОВОДПОСТЪ ОБЛУЧЕННЪ(Х ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОП НЫХ МАТЕРИ/зЛОВ Прн низких температурах радиационная проводимость электроизоляционного материала на нескольно норядков выше таковой без облучения. Влияние поляризации незначительно, стационарный ток устанавливается эа несколько минут.
Радиационный ток в эяектроизоляцнонном материале подчиняется закону Ома до напряженности около 10 МВ/м, нак н темновой ток (без облучеяия). При взанмодействюг ИИ с веществом материала в результате ионизации в материале образуются свободные электроны и ноны. Поток заряженных частиц (в случае их применения) при измерениях обычно компенсируется наложением внешнего поля и не принимает участия в радиационной электропроводностн. Прн объяснении элеятропроводности полимерных и керамических электроизоляциониых материалов в процессе их облучения широко Злептропроэадяость облучешгых материалов =-Г; ~ т, т 0~ язл 17,+т,( т„+т Арйг / (27. 7) нли о о о о а о о ш з Рнс. 27.3.
Энергетн геская схема физической мо- дели Роуза — Фаулера применяется модель Роуза — Фаулера, основанная на представлениях фотопроводимости полупроводников и неорганнческвх диэлектриков и зонной теории твердого тела. На рнс. 27.3 представлена энергетическая схема прнменяемой модели. В схеме приняты следующне обозначения: Π— дно эоны проводимости; Еч — край валентной зоны", Срч з— поток носителей, забрасываемых излучением нз валентной зоны в зону проводнмостн (О— радиационный выход электронов, на !00 эВ обычно 0=0,05 —:0,2; Рв,„— мощность ИИ): п — концентрацня свободных носителей (электронов) в зоне проводимости; гп — концентрация занятых ловушек, а также стабилизированных зарядов (дырок) в валентной зоне; дг — концентрация электронаакцепторных ловушек (лавушкамя могут быть свободные радикалы, структурные дефекты, например, в ваде механяческв напряженных областей с деформированнымя химнческнмн связями н полостей); Агпт — поток рекомбиннрованных носителей (А„ — константа рекомбннацин).
Считается, что распрелеленне ловушек по глубине запрещенной зоны (штрихи) экспонеггцнзльное. Черные точки на схеме означают электроны, кружкн — стабялнзированньге положительные ноны (дырки). Экспоневцнальное распределение коннентрацни ловушек по глубине Е (ширнна запрещенной зоны характеризуется энергией) описывается уравнением: г)дг (Е) Лг ! Е = — ехр г) — — 11, (27.5) г!Е АТг ~ АТг )* где А — постоянная Больцггзна; Т, — параметр распределения в единицах температуры, являющейся собственной характеристикой материала. Для данной модели приняты следующие допущения: !) пг»п, т. е.
число захваченных ловушками электронов намного больше числа свободных электронов н поэтому в случае электронейтральности концентрация дырок также равна ш; 2) излучение вырывает электроны из валентвой зоны (залентные внешнне электровьг атома) н забрасывает их только в зону проводнмостн; 3) захваченные ловушками электроны не 2! — 560 участвуют в рекомбннацян„в ней прнннмает участие лишь поток Арта; 4) между элеггтронамн, захвачепнымн ловушками, н электронами зоны проводимости провсходнт непрерывный обмен. Из второго н третьего допущений следует, что равновесие процессов генерации электронов из валентнов зоны в зону проводимости и рекомбинации между свободнымн электронами и дырками в валентной зоне описывается уравнением: 0~ аал = 1гршп. (27.6) Стационарная концентрация свободных электронов определяется из уравнення п=(ВР зв)Лед~, (27.5) где В=0)йр)1; Л=Тг1(Тг+Т); Ь=(п(г',)(Тг+ + Т); Лг, — эффективная платность электронных состояний вблнзи два зоны проводимости (для полимерных материалов дг, — !Ог' см-з).
Для модели с экспоненцязльным распределением ловушек характерно Тг~у (иначе нарушается условие т»п, т. е. концентрация занятых ловушек намного больше концентрацни свободных электронов в зоне проводнмости), поэтому пределы возмогкных значений Л составлягот 05~Л я!,0. Если ТгжТ, то т((п и рсалнзчется случай безловушечного механнзма (Л ж 0,5); если Тг»Т, реализуется случай равномерного распределения ловушек (Лш1) н температурная завнсямость и отсутствует. Так как концентрация свободных электронов пропорциональна мощности ИИ в степеги Л, для изотермнческих услошгй удельная электрическая проводимость определяется форму- лой у.= АРЛ (27.0) где А=сопз1, не завясшцая от Р .л в широком интервале мощности ИИ.
Прв экспоненцнальном распределении ловушек наклон грямой 157 =)(15Р зз) будет зависеть от Т. Уравнение (27.9) является общим для всех твердых элентронзоляцвонных материалов вне завнснмостн от вида ИИ н энергии, но местонахождснне прямых 1н у=((12 Ргмз) может завнсеть от этих факторов, так как ноннзврующая частица (нлн квант) прв взаимодействнн с веществом теряет свою энергию дискретными порцияии, создавая на своем пути микрообласти, в которых локальная поглошенная доза может быть очень высокой. Так как разные ионизирующие частицы яо-своему рассеивают энергига, создавая на своем пути разные концентрашгн ионнзнравэнных ялн возбугхденных молекул (атомов), прн одной н той же поглощенной дозе мнкрораспределеняе энергия в веществе может завясеть от вида и энергии ИИ.
Некоторые исследователи отмечали пере лом в зависимости 1ду-1(12Рззз), построенной в полулогарнфмпческнх коордияатах, пря некотором предельном значеннн Рясы например, для полистирола в полнкапролактама этот перелом характерен для мощности дозы 55 Гр/ш 322 Действие аонизирующеао излучения Элсктропроводность в процессе облучения зависит от температуры по закону у„= А ехр ( — Е/'зТ), (27. 10) где ур — электропроводность, наведенная ИИ А — коэффициент пропорциональности, слабо зависящий от температуры Т; Š— энергия ак типизации радиационного тока; й †постоянн Больцмана. Как правило, энергия активации темпового тока выше энергии радиационного.
В зависимостях 12ур=/(Т) обычно наблюдается излом кривой, связанный с преобладанием механизма электропроводности, зависящего от ионизирующего излучения н температурных процессов. При низких температурах процесс будет определяться в основном мощностью дозы ИИ, а прн высоких — действием температуры. Были проведены исследования поведения керамических злектроизоляционных материалов в процессе облучения у-квантами, электронами протонами н смешанным у-нейтронным излучением на стационарных и импульсных реакторах. Мощности лоз достигали 8,5 10' Гр/с, потоков вейтронов — 10н 1/(смжс).
Исследование зависимостей !8 р=/(1/Т) в облас-гн температур 20 — 800'С в процессе облучения на кобальтовых у-установках с мощностью дозы 38 Гр/с и в каналах стационарных и импульсных реакторов при плотности по тока нейтронов до 10ы 1/(см".с) и мощности дозы у-нзлучення до 8,5.10а Гр/с основных видов электрокерамическнх материалов и стекол показало, что при комнатной температуре р резка уменьшается н в процессе дальнейшего радиационного или обычного нагрева убывает по экспоненте с малой энергией активации [0,1 — 0,5 эВ) до некоторой температуры, после которой график зависимости 12 р=/(1/Т) имеет наклон, блнзкнй к наклону кривой без облу чения С увеличением мощности дозы эта точка обычно смещается в область более высоких температур (рнс.
27.4). Рис. 27.4. Зависимость удельного обьемного сопротивления для фарфоров М-23 (кривые 1, 8, 5, 6) и МЗА (2, 4) от температуры: /, 2 — беа абдучедддр 3 4 — ирз Р =зз Гр/ер з — дрд т дрд Р ЗЗО Гр/е, О =4 10м Ц/сма е), Ч 4,ЗХ т ' б.д ' б.е Х!Од 1Яемьс]; 6 — др» Р 4Л 1О' Гр/е, о =|Р = Ч ' ' бд и 2,4 1См 1/!см' с) Показано, что функционалыеан зависимосп температуры Т, от мощности дозы Рц вьппе которой действием радиацин,на суммарную проводимость диэлектрика можно пренебречь, име. ет вид (уз Тр — — й ()п (А /Ах) — А 1 р (, (27. П) если радиационная составляющая проводнмо. стн зависит от температуры по экспонерпе с энергией активации Гр'„н )Гга й '!!и (А,/А: ) — Ь ! п Р.р ) если она не зависит от температуры.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
