Способ измерения пространственного заряда в твердых диэлектриках Советский патент 1985 года по МПК G01R29/24 

ел ел

Jib

сд

Изобретение относится к способам исследования пространственного заряда в твердых диэлектриках, образованного в результате облучения диэлектрика пучком заряженных частиц (высокоэнергетичная инжекция заряда) и может быть использована в радиационом электроматериаловедении, радиацином элелстроматериаловедении, радиационой акустике, физике диэлектриков.

Известен способ измерен1ю потенциала пространственного заряда (ПЗ) в твердых диэ-лектриках, основанный на измерении зависимости коэффициента прохождения частиц радионуклида, предварительно внесенного в объем .диэлектрика, от потенциала ПЗ 1J.

Недостатками- способа являются возможность применения его лишь в специально подготовленных образцах (содержащих радионуклид), сравнительно низкая временная разрешающая способность.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения пространственного заряда в твердых диэлектриках, включающий высокоэнергетическую инжекцию в диэлектрик заряженных частиц и возбуждение в нем акустических ко-лебаний. При этом акустические.колебания возникают в результате воздействия на одну из пластин емкостью датчика, между которыми размещают исследуемый диэлектрик, мощным коротким импульсом лазерного излучения, по величине ПЗ судят по току во внешней цепи Г2 3.

Недостатками известного способа являются сложность процесса измерения и низкое быстродействие, связанные с необходимостью использования лазерной установки, что не позволяет вести непрерывную диагностику ПЗ в процессе его образования.

Цель изобретения - упрощение процесса измерений и повьшение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем что согласно способу измерения пространственного заряда в твердых диэлектриках, включающему высокоэнергетическую инжекцию в диэлектрик заряженных частиц и возбуждение в нем акустических колебаний, акусти- , ческие колебания возбуждают импульсным пучком заряженных частиц, измеряют амплитуды акустических колебаНИИ до и после образования пространственного заряда Q и определяют его величину по формуле

О - ll (О

иЭоТ J

где иак(О) и U«K(Q) - амплитуды акустических колебаний до и пос образования прстранственногоЗаряда; k - коэффициент

пропорциональности.

На чертеже представлено устройство для реализации предлагаемого способа.

Устройство содержит исследуемый образец 1, выполненньм, например, из оргстекла и сопряженньп со звуководом 2..К звуководу 2, служащему для удаления измерительной схемы из зоны облучения, примыкает акустический датчик 3, выполненный, например, из пьезокерамики и через усилитель 4 низкой частоты соединенный с осциллографом 5. Для акустического согласования желательно использовать звуковод, выполненный из того

же материала, что и исследуемый диэлектрик.

При облучении диэлектрического образца импульсным пучком ускоренных электронов в области взаимодействия за счет ее импульсного термоупругого расширения возбуждаются радиационно-акустические колебания , которые передаются по звуководу 2, преобразуются акустическим датчиком 3 в электрический сигнал, усиливаются и регистрируются с помощью осциллографа 5.

Для осуществления способа необходимо зарегистрировать амплитуду колебаний в начальньш момент, когда ПЗ, инжектированньй пучком, пренебрежимо мал, и спустя заданное время инжекции, когда напряженность поля ПЗ становится сопоставимой с величиной ионизационных потерь частиц в диэлектрике на единицу длины торможения. По приращению амплитуды радиационно-акустических колебан определяют величину ПЗ.

Определение коэффициента К (калибровка) может быть произведено эмпирически, например, путем выведения ПЗ на внешнюю емкость при стиму3 . 1 лированном электрическом пробое диэлектрика или расчетным путем. Быстродействие способа определяет ся временем заполнения акустического резонатора (исследуемого образца и вуковрда) И доставляет л- 10 с, что заметно превышает быстродействие известных способов. Также упрощается процесс измерения. Следует отметить, что в отличие от традиционных способов измерения пространственного заряда, предлагаемое решение не связано с каким-либо дополнительным воздействием на диэлектрик, а основано на эффекте, не454посредствешю сопровождающем процесс импульсной инжекции -заряда. I Таким образом, изобретение позволяет оперативно производить Диагностику зарядового состояния в твердых диэлектриках непосредственно в процессе инжекции в них пространственного заряда, что значительно расширяет диапазон исследований в области радиационного злектроматериаловедения, радиационной акустики, а также позволяет создать новую диагностическую методику в физике диэлектриков.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ЗАРЯДА ВТВЕРДЫХ ДИЭЛЕКТРИКАХ, включающий высокоэнергетич- ную инжекцию в (диэлектрик заряжен-ных частиц и возбуждение в нем акустических колебаний, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса измерения и повышения быстродействия, акустические колебания возбуждают импульсным пучком заряженных частиц, измеряют амплитуды акустических колебаний до и после образования пространственного заряда Q и определяют его величину по формуле О k(MS - 1) иаТ) где Uo,

2

г

X