СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ КОМПЛЕКСНОГО РАДИАЦИОННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ Российский патент 2013 года по МПК G21K5/00 

Данное изобретение относится к области физики радиационного воздействия на материалы, изделия электронной техники, радиоэлектронной аппаратуры и предназначено для испытаний с целью разработки аппаратуры с повышенной устойчивостью к радиационному воздействию, в частности может применяться в способах моделирования комплексных излучений, а также для проверки существующих методов расчета стойкости облучаемых объектов.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание комплексного воздействия дестабилизирующих факторов на объект исследования (материалы, радиоэлектронную аппаратуру и технику) для определения его характеристик в созданных условиях.

Из предшествующего уровня техники известны способы создания комплексного воздействия, например, способ моделирования различных радиационных воздействий, описанный в патенте №2178182, «Способ испытаний полупроводниковых приборов», авторы: Вовк О.В., Зинченко В.Ф., опублик. 10.01.2002, который включает в себя:

- облучение гамма-нейтронным импульсом со средней энергией нейтронов 1,0-3,0 МэВ заданного уровня;

- облучение гамма-нейтронным импульсом со средней энергией нейтронов 1,0-3,0 МэВ уровня 10^-2 см^-2 и выдержка при повышенной температуре 40-135°С в течение 10-150 часов;

- облучение гамма-нейтронным импульсом со средней энергией нейтронов 1,0-3,0 МэВ уровня, соответствующего протонному излучению.

Моделирование различных радиационных воздействий производят с использованием одной установки, создающей гамма-нейтронное излучение.

Недостатком данного способа является отсутствие моделирования импульса короткодействующего (до 20 нс) тормозного излучения, с максимальной мощностью излучения до 10¹² Р/с и стационарного низкоинтенсивного гамма-нейтронного излучения с плотностью потока быстрых нейтронов не менее 10⁹ м^-2·с^-1, которые позволяют получить данные о радиационной стойкости объекта исследования в предлагаемых условиях облучения.

Известен другой способ моделирования комплексного воздействия [В.Т. Пунин, В.А. Савченко, М.В. Завьялов, В.С. Гордеев, А.И. Герасимов, И.Г. Смирнов, М.А. Воинов, А.С. Кошелев, М.И. Кувшинов. Мощные линейные индукционные ускорители электронов и облучательные комплексы на их основе для радиационных исследований // ВАНТ. Сер. Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру, 2000, Вып.3/4, с.95-99}, который выбран в качестве прототипа, как наиболее близкий по количеству сходных признаков. Способ включает в себя формирование импульсного реакторного гамма-нейтронного излучения с длительностью не более 300 мкс и значением флюенса частиц до 10¹⁴ см^-2 и импульсного тормозного излучения ускорителя с максимальным значением мощности дозы до 10 Р/с и длительностью не более 20 нс. Воздействие на объект исследования осуществляют двумя режимами импульсных излучений. Моделирование воздействия осуществляют на одном из двух облучательных комплексов: ускоритель ЛИУ-30 и реактор БР-1; ускоритель ЛИУ-10М и реактор ГИР2.

Недостаток прототипа, как и аналога, заключается в том, что генерируемое воздействие не имеет стационарной составляющей низкоинтенсивного гамма-нейтронного излучения.

Технический результат заключается в обеспечении более широкого набора дестабилизирующих факторов испытания объекта исследования, что приближает модель к реальным условиям возможного воздействия, тем самым повышает достоверность определения характеристик радиационной стойкости объекта исследования.

Технический результат достигается тем, что способ моделирования комплексного радиационного воздействия на объект исследования, включает формирование импульсного гамма-нейтронного излучения и импульсного тормозного излучения. Новым является то, что дополнительно, не менее чем в течение часа до формирования импульсного излучения генерируют стационарное низкоинтенсивное гамма-нейтронное излучение с плотностью потока частиц не менее 10⁹ см^-2·с^-1 и воздействие на объект исследования импульсным гамма-нейтронным излучением осуществляют на его фоне.

Воздействие на объект исследования стационарным низкоинтенсивным излучением, не менее чем в течение часа позволяет стабилизировать релаксационные процессы в объекте исследования, тем самым увеличивается достоверность имитирования реальных условий возможного облучения и создаются новые факторы, влияющие на методы и параметры расчета стойкости облучаемых объектов.

Генерация стационарного низкоинтенсивного гамма-нейтронного излучения, с плотностью потока частиц не менее 10⁹ м^-2·с^-1 позволяет обеспечить достаточную точность реальных условий радиационного воздействия на объект исследования.

Осуществление воздействия на объект исследования импульсным гамма-нейтронным излучением на фоне стационарного низкоинтенсивного излучения позволяет организовать новый режим облучения и получить более достоверные данные о радиационной стойкости материалов, изделий электронной техники, радиоэлектронной аппаратуры в предлагаемых условиях облучения.

Рассмотрим вариант реализации способа, осуществляемого с помощью облучательного комплекса, включающего линейный импульсный ускоритель ЛИУ-10М и импульсный ядерный реактор ГИР2. ГИР2 исходно был предназначен для генерирования импульсного гамма-нейтронного излучения с длительностью импульса 300 мкс, при энерговыделении реактора 7 МДж и максимальном флюенсе нейтронов 10¹⁴ см^-2. Существует режим совместного облучения испытываемого объекта импульсом тормозного излучения ЛИУ-10М с максимальной мощностью дозы 10¹² Р/с и длительностью импульса не более 20 нс, и импульсом гамма-нейтронного излучения реактора ГИР2. Помимо этого, одним из возможных режимов работы ГИР2 является режим генерирования стационарного гамма-нейтронного излучения с плотностью потока частиц до 5·10⁹ см^-2·с^-1. Эти особенности работы комплекса ЛИУ-10М-ГИР2 позволяют сформировать комплексное радиационное воздействие, включающее формирование импульсного гамма-нейтронного излучения с длительностью не более 300 мкс и значением флюенса частиц до 10¹⁴ см^-2 и импульсного тормозного излучения, с максимальным значением мощности дозы до 10¹² Р/с и длительностью не более 20 нс, на фоне стационарного низкоинтенсивного гамма-нейтронного излучения, с плотностью потока частиц не менее 10⁹ см^-2·c^-l.

На фиг.представлена зависимость плотности потока частиц комплекса ЛИУ-10М-ГИР2 от времени, где 1 - низкоинтенсивное стационарное гамма-нейтронное излучение, 2 - импульсное тормозное излучение, 3 - импульсное гамма-нейтронное излучение.

Формирование данного режима облучения происходит следующим образом. В зоне совместной работы комплекса размещается испытываемый образец и детекторы гамма-нейтронного излучения, сигналы реакции на облучение от которых передаются по кабельным коммуникациям в измерительное помещение, находящееся за биологической защитой. Реактор ГИР2 выводится в стационарный режим работы с требуемой плотностью потока частиц, вследствие чего происходит формирование низкоинтенсивного стационарного гамма-нейтронного излучения 1. Через промежуток времени, требуемый для стабилизации релаксационных процессов в объекте испытаний, производится генерация импульсов тормозного излучения 2 ускорителя и гамма-нейтронного 3 реактора в любой последовательности.

На предприятии разработан и создан комплекс ЛИУ-10-ГИР, впоследствии модернизированный в комплекс в ЛИУ-10М-ГИР2, успешно эксплуатируемый с 1984 г. За период эксплуатации комплекса решены основные научно-технические проблемы и отработаны вопросы устойчивого совместного функционирования двух различных по принципу действия физических установок. Предлагаемый режим формируется на основании апробированных режимов работы. ВНИИЭФ располагает еще одним облучательным комплексом ПУЛЬСАР, включающим ускоритель ЛИУ-30 и реактор БР-1, на котором также можно формировать комплексный режим воздействия низкоинтенсивным стационарным реакторного излучением и импульсным излучением.

Способ моделирования комплексного радиационного воздействия на объект исследования относится к области физики радиационного воздействия на материалы, изделия электронной техники, радиоэлектронной аппаратуры и предназначено для испытаний с целью разработки аппаратуры с повышенной устойчивостью к радиационному воздействию, в частности может применяться в способах моделирования комплексных излучений, а также для проверки существующих методов расчета стойкости облучаемых объектов. Способ включает формирование импульсного гамма-нейтронного излучения и импульсного тормозного излучения. Новым в изобретении является то, что дополнительно, не менее чем в течение часа, до формирования импульсного излучения генерируют стационарное низкоинтенсивное гамма-нейтронное излучение, с плотностью потока частиц не менее 10⁹ см²·с^-1 и воздействие на объект исследования импульсным гамма-нейтронным излучением осуществляют на его фоне. Технический результат способа заключается в обеспечении более широкого набора дестабилизирующих факторов испытания объекта исследования, что приближает модель к реальным условиям возможного воздействия, тем самым повышает достоверность определения характеристик радиационной стойкости объекта исследования. 1 ил.

Способ моделирования комплексного радиационного воздействия на объект исследования, включающий воздействие сформированного импульсного гамма-нейтронного излучения и импульсного тормозного излучения, отличающийся тем, что дополнительно до формирования импульсного излучения генерируют стационарное низкоинтенсивное гамма-нейтронное излучение с плотностью потока частиц не менее 10⁹ м^-2·с^-1 и воздействие на объект исследования импульсным гамма-нейтронным и импульсным тормозным излучением осуществляют на его фоне.