Испытания на воздействие ионизирующих излучений (потоков протонов, электронов и ионов)

Испытаниям на воздействие ионизирующих излучений подвергаются ЭС, используемые в космосе, или средства измерений, установленные в зоне действия ускорительной техники, для радиационной технологии. Эти испытания подразделяются на:

- натурные;

- лабораторные.

Натурные испытания на воздействие ионизирующих излучений проводят на космических объектах или с помощью исследовательских ракет. Целью этих испытаний является:

- оценка радиационной стойкости бортовых ЭС к длительному воздействию потоков с реальным энергетическим спектром и временными характеристиками;

- проверка устойчивости бортовых ЭС к радиационным воздействиям;

- оценка эффективности защиты ЭС от воздействия ионизирующих потоков.

Лабораторные испытания на воздействие ионизирующих излучений проводят с теми же целями, что и натурные, а также для определения наиболее критичных видов воздействия.

Для лабораторных испытаний используют специальные источники заряженных частиц. Они, как правило, в отличие от реальных условий, могут давать только моноэнергетические потоки, поэтому в ряде случаев необходимо обеспечить эквивалентность лабораторных и натурных испытаний.

В большинстве случаев такую эквивалентность определяют по «энергетическим эквивалентам», приравнивая между собой эквивалентные дозы излучений при натурных и лабораторных испытаниях.

Эквивалентная доза:

D_экв=Dk_kk_pk_и,

где D – поглощенная доза; k_k – коэффициент распределения, учитывающий линейное преобразование энергии; k_р – коэффициент распределения, определяемый степенью неравномерности поглощения энергии веществом; k_и – коэффициент интенсивности излучения, зависящий от плотности энергии излучения. Эти коэффициенты обычно приводятся в соответствующих методиках испытаний.

Для проведения лабораторных испытаний в качестве источника заряженных частиц могут использоваться две группы установок:

- источники со статическим пучком, у которых пучок заряженных частиц не меняет своей интенсивности, формы и пространственного расположения в течение всего времени облучения; такие источники называют ускорителями;

- источники с управляемым пучком, у которых в процессе облучения пучок может перемещаться по поверхности изделия, изменять свою форму и интенсивность; такие источники называют ионными источниками.

Обычно методика испытаний на воздействие ионизирующих излучений содержит ряд специфических разделов.

1. Монтаж ЭС для проведения испытаний:

- изделия крепятся так, чтобы обеспечивался отвод избыточного тепла и статического электричества;

- для проведения испытания изделия помещают в камеру, обеспечивающую необходимую радиационную защиту;

- подача питательных и сигнальных напряжений подается по возможности наиболее короткими проводами, имеющими заземленное экранирование.

2. Контроль реакции ЭС на радиационное воздействие. В этом разделе описываются какие и когда параметры ЭС необходимо измерять при проведении испытаний. При выборе параметров нужно учитывать:

- влияние излучения на электрофизические свойства материалов и элементов ЭС;

- необходимость дистанционного измерения параметров ЭС при проведении испытания.

Выбранные параметры измеряются до и после испытаний, а также во время воздействия.

3. Измерение параметров испытательных воздействий. Основными параметрами испытательных воздействий являются температуры окружающей среды и ЭС, а также значения параметров потоков частиц.

4. Требования к пучку заряженных частиц:

- пучок должен быть выведен из камеры в атмосферу;

- пучок должен иметь размеры не менее 50 мм в диаметре и хорошую равномерность по сечению, что при необходимости может достигаться сканированием пучка по поверхности ЭС;

- пучок должен равномерно облучать весь объем. Для этого энергия частиц выбирается такой, чтобы их пробег был примерно 2.5 раза больше эквивалентной толщины испытуемого ЭС;

- плотность потока и время воздействия пучка на ЭС должны быть такими, чтобы по результатам испытания можно было судить о работоспособности ЭС при эксплуатации.

5. Работы, выполняемые при подготовке, проведении и после завершения испытаний.

- при проведении испытаний необходимо подготовить ЭС и смонтировать его согласно приведенным выше правилам, рассчитать режимы воздействий и температурные условия;

- в процессе проведения испытаний необходимо следить за устойчивостью работы ускорителя (источника ионов) и тепловым режимом объекта испытаний;

- после завершения испытаний необходимо принять следующие меры:

· снять статическое напряжение с ЭС;

· выдержка объекта испытания до окончательного «вы-свечивания» или перекладка его в специальный контейнер для захоронения.

Испытания на надежность

Надежностью принято называть свойство изделия сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих работоспособность ЭС во время эксплуатации, хранения, транспортировки.

Надежность характеризуется показателями надежности, которые бывают:

- единичными (гамма-процентный ресурс, интенсивность отказов и т.д.);

- комплексными (безотказность, долговечность и т.п.).

Испытания на надежность позволяют определить показатели надежности ЭС в заданных условиях. Показатели надежности необходимы:

- для установления соответствия вновь разработанных ЭС требованию ТЗ;

- для оценки эффективности применения схемных и конструктивно-технологических решений при модернизации ЭС;

- для выявления недостатков производства, снижающих надежность ЭС.

Поэтому испытания на надежность проводятся как комплекс мероприятий по определению показателей надежности на этапах проектирования и производства с целью контроля надежности разрабатываемых и выпускаемых ЭС, а также с целью определения эффективности совершенствования ЭС и производства для повышения надежности изделий.

По назначению испытания на надежность могут быть:

- определительными;

- контрольными;

Группа определительных испытаний подразделяется на испытания по определению:

- запасов надежности;

- параметров безотказности;

- сохраняемости;

- ремонтопригодности;

- долговечности.

Контрольные испытания на надежность проводят для получения одной из указанных характеристик - надежности, по которой оценивают уровень качества изделия.

Испытания на надежность имеют общие и частные особенности, отличающие их от других видов испытаний. Общие особенности состоят в том, что:

- испытания являются, как правило, выборочными;

- характеризуются большим объемом испытаний.

Рассмотрим общие особенности испытаний на надежность.

Первая особенность относится к выбору объекта испытаний. Выборочный метод позволяет судить о характеристиках всей партии ЭС по характеристикам выборки, взятой из этой партии. Основное требование к выборке состоит в том, что ЭС, входящие в выборку, должны в полной мере отражать характер и структуру партии, т.е. выборка должна быть представительной.

Выборки различаются по ряду признаков:

1. По способу образования:

- повторные, которые образуются путем извлечения ЭС из партии с последующим их возращением обратно после определения параметра качества;

- бесповторные - это выборки, при которых извлеченные ЭС не возвращаются в партию. Это гарантирует невозможность попадания в выборку одного и того же изделия.

2. По преднамеренности отбора:

- преднамеренные - это выборки ЭС по определенному признаку;

- случайные выборки образуются, если при отборе для каждого ЭС обеспечивается равная вероятность быть отобранным.

3. По отношению ко времени образования:

- единовременные выборки образуются из партии ЭС после их изготовления, независимо от того, в какой момент времени было изготовлено ЭС;

- текущие выборки состоят из ЭС, последовательно изготовленных за определенный промежуток времени.

Партия ЭС характеризуется следующими параметрами:

- Q – вероятность нахождения в партии изделия, не удовлетворяющего заданным критериям качества.

Q=D/N,

где D – число дефектных изделий, N– общее число изделий;

- p – вероятность нахождения в партии бездефектного изделия

p=(N–D)/N=1–Q;

- M(c) – среднее значение фиксируемого параметра качества ЭС из всех параметров ЭС партии.

Параметр качества c в партии изделий распределяется по одному из известных статических законов распределения. Наиболее часто – это закон Гаусса. В этом случае параметры партии изделий оцениваются характеристикой рассеивания параметра c стандартным отклонением s.

Вторая общая особенность испытаний на надежность – большой объем испытаний. Он является следствием статистического подхода к описанию закономерностей, проявляющихся при рассматриваемых испытаниях, т.к основными характеристиками надежности ЭС являются статистические: вероятность безотказной работы в течение заданного времени, вероятность пребывания ЭС в рабочем состоянии и т.д.

Для сокращения объема испытаний при сохранении требуемого уровня достоверности и получения достаточно узкого доверительного интервала оценки параметра надежности, применяют специальные методы планирования испытаний. Это методы:

- последовательных испытаний, в том числе усеченный метод однократной выборки;

- оценки по доверительным интервалам.

Лекция 17