Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Техника лабораторного эксперимента 30
1.1. Электрические поля и токи электретов 30
1.2. Зондовые диагностические устройства 32
1.3. Экспериментальные установки для поляризации полимерных и слюдяных электретов 34
1.4. Экспериментальные установки для измерения поляризуемости полимерных и слюдяных электретов 39
1.4.1. Расчет электрического сигнала в цепи, использующей электрет в качестве идеального источника тока 42
1.4.2. Компенсационные измерения электретной разности потенциалов 43
1.4.3. Техника использования деформации растяжения для изменения сечения захвата электронов и ионов ЭГР в полимерных электретах 46
1.5. Экспериментальные установки для измерения токов термостимулированной деполяризации и электропроводности полимерных и слюдяных электретов 48
1.6. Экспериментальные установки для генерации и регистрации рентгеновских излучений электрического газового разряда
1.6.1. Плоский источник рентгеновского излучения ЭГБР 51
1.6.2. Трубчатый источник рентгеновского излучения ЭГБР 54
1.6.3. Дозиметрия рентгеновского излучения ЭГР 56
1.6.4. Детекторы мягкого рентгеновского излучения 57
1.6.4.1. Электретные дозиметры рентгеновского излучения ЭГР з 1.6.4.2. Техника использования пленочных электретных дозиметров для измерения распределения интенсивности рентгеновского
излучения ЭГБР в плоском и трубчатом источниках 58
1.6.5. Рентгеновская дозиметрическая камера для регистрации излучения анодов ЭГБР способами "на отражение" и "на прострел" 64
1.7. Экспериментальная установка для обеспечения параметров электрического газового разряда 65
1.8. Методика формирования толщинного градиента электропроводности в полимерных пленках для измерения подвижности носителей заряда в электретах 67
1.9. Измерение подвижности носителей заряда в полимерных электре тах методом формирования радиационного градиента электропроводности по толщине диэлектрика 69
Вывод первой главы 70
Глава II. Электретная поляризация модифицированных полимерных и слюдяных диэлектриков 72
П.1. Короноэлектретный эффект в диэлектриках 72
11.2. Влияние угла конусности коронирующего электрода (р и температуры на процесс поляризации электретов в электрическом коронном разряде 73
П.З. Влияние межэлектродного расстояния на процесс поляризации электретов в электрическом коронном разряде 75
П.4. Система многоиголчатых электродов и поляризация электретов вЭГКР 77
III.5. Ионизационный коэффициент Таунсенда а и поляризация полимерных и слюдяных короноэлектретов 79
П.6. Эмпирическая формула для определения ионизационного коэффициента а по результатам измерения электретной разности потенциалов иэ 82
П.7. Деформация растяжения и поляризация полимерных диэлектриков в коронном разряде 83
П.8. Термическое окисление, радиационное сшивание и поляризация полиолефиновых и ПВХ диэлектриков в ЭГКР 86
П.9. Влияние высокотемпературного отжига на электретную поляризацию слюд 99
11.10. Исследование процессов зарядки полимерных и слюдяных диэлектриков в электрическом газовом барьерном разряде 103
Выводы второй главы 104
Глава III Электрическая релаксация в модифицированных полимерных и слюдяных электретах 108
III. 1. Влияние предварительного облучения электронами и у излучением Со на стабильность электретного состояния полимерных пленок полиэтилентерефталата ПЭТФ и поликарбоната ПК 108
111.2. Спектры токов ТСД полимерных пленок ПЭТФ и ПК, облучённых электронами и у - излучением Со 112
111.3. Влияние дозы предварительного облучения на стабильность электретного состояния, токи термостимулированной деполяризации и электропроводность пленок ПЭТФ и ПК 118
111.4. Влияние выдержки при комнатной и повышенной температуре на стабильность электретного состояния, спектры токов ТСД и электропроводность облучённых пленок ПЭТФ и ПК 124
111.5. Влияние облучения в ЭГБР на электретные свойства и электропроводность полимерных пленок ПЭТФ и ПК 131
111.6. Подвижность носителей заряда [лЄіР и эффект влияния толщины на релаксацию полимерных электретов 137
111.7. Облучение в ЭГБР, стабильность иэ, спектры ТСД и электропроводность кристаллов слюды 142 Выводы третьей главы 145
Глава IV. Электретный эффект и транспортная подвижность объёмного заря да в полимерах и кристаллах слюды 148
IV. 1. Рентгеновское излучение электрического газового коронного разряда 149
IV.2. Особенности использования электретных дозиметров из пленки ПЭТФ для дозиметрии рентгеновского излучения ЭГКР 158
IV.3. Влияние рентгеновского излучения ЭГКР на спетры токов ТСД полимерных короноэлектретов 160
IV.4. Регистрация рентгеновских излучений ЭГКР с помощью фото, электретных и сцинтилляционных дозиметров 162
IV.5. Рентгеновское излучение электрического газового барьерного разряда 166
IV.5.1. Регистрация рентгеновского излучения трубчатого реактора ЭГБР 166
IV.6. Влияние рентгеновского излучения электрического газового коронного разряда на свойства тонкопленочных электретных дозиметров 171
IV.7. Рентгеновское излучение электрического газового разряда и генерация озона в воздухе и кислороде 177
IV.7.1. Генерация озона излучением электрического газового разряда 187
IV.7.2. Особенности синтеза озона рентгеновским излучением электрического газового барьерного разряда 182
IV.7.3. Эффект влияния мелкодисперсной летучей примеси на основе РЬ02 на интенсивность рентгеновского излучения электрического газового барьерного разряда 186
IV.8. Транспортная подвижность объёмного заряда в полимерах и кристаллах слюды 193
IV.8.1. Стабильность U3 и транспортная подвижность объёмного заряда в полимерных диэлектриках 193
IV.8.2. Стабильность U3 и транспортная подвижность объёмного заряда в электретах из политетрафторэтилена 197
IV.8.3. Времяпролётный метод определения транспортной подвижности объёмного заряда в электретах из полиэтилентерефталата 199
IV.8.4. Спектры токов ТСД и транспортная подвижность объёмного заряда в полимерных диэлектриках 201
IV.8.5. Стабильность U3 и транспортная подвижность объёмного заряда в кристаллах слюды 208
IV.8.6. Спектры токов ТСД и транспортная подвижность объёмного Заряда в кристаллах слюды 211
Выводы четвёртой главы 213
Глава V. Модельные расчеты процессов электретной поляризации и релаксации в полимерных и слюдяных диэлектриках 215
V.I. Корпускулярная и волновая модели поляризации электретов вЭГР 215
V.2. Модель взаимодействия электронов и ионов ЭГКР с поверхностью поляризуемых диэлектриков 221
V.3. Рассеяние электронов и ионов ЭГКР силовыми центрами в диэлектрике 222
V.4. Возбуждение ЭАЦЗ в диэлектриках электронами и ионами ЭГКР 227
V.5. Связь ориентации с поляризацией полимерных короноэлектретов 230
V.6. Проверка выполнения классической Максвелловской модели релаксации электретного эффекта в полимерных пленках ПЭТФ и ПК методом соответствия между спектрами токов ТСД и зависимостями y=f(T) - (при отсутствии толщинного градиента радиационной
электропроводности) 237
V.7. Модель Максвелловской релаксации электретного эффекта с учетом подвижности носителей заряда в полимерных диэлектриках с толщинным градиентом радиационной электропроводности 244
V.7.I. Деполяризационная модель движения объёмного заряда в собственном поле электрета с учетом эффекта релаксации и отражения на границе раздела сред 244
V.8. Модель Дебаевской деполяризации слюдяных электретов 249
V.9. ТСД диполей в кристаллах слюды с распределением времен релаксации 253
V.10. Расчет функции распределения для электретов из кристаллов слюды мусковит и флогопит 258
V.11. Общая рекомбинационная модель деполяризации полимерных и слюдяных электретов 261
Выводы пятой главы 263
Глава VI. Электретная дозиметрия ионизирующих излучений 265
VI. 1. Сопоставление свойств полимерных электретных дозиметров Рентгеновского излучения ЭГР 265
VI.2. Учёт влияния толщины на свойства электретных полимерных плёночных дозиметров рентгеновского излучения ЭГР 267
VI.3. Влияние радиационного сшивания на свойства полимерных электретных дозиметров 271
VI.4. Электретная дозиметрия рентгеновского излучения ЭГР по степени радиационного сшивания полимерной плёнки 274
VI.5. Электретная дозиметрия ионизирующего излучения с использова нием карманной ионизационной камеры 278
VI.6. Термоэлектретная дозиметрия ионизирующего излучения с по 8
мощью кристаллов слюды 280
VI.7. Характеристики электретных дозиметров 282
VI.8. Нижний предел детектируемой дозы 283
VI.9. Многоразовое приенение электретных дозиметров 285
VI. 10. Применение слюдяных электретов для дозиметрии излучения уСо и мягкого рентгеновского излучения ЭГР 287
VI. 10.1. Электретная ТСД дозиметрия излучения уСо с использованием кристаллов слюды 288
VI. 10.2. Электретная дозиметрия рентгеновского излучения ЭГБР с использованием кристаллов слюды 289
Выводы шестой главы 293
Заключение 294
Библиографический список использованной литературы
- Экспериментальные установки для измерения токов термостимулированной деполяризации и электропроводности полимерных и слюдяных электретов
- Влияние межэлектродного расстояния на процесс поляризации электретов в электрическом коронном разряде
- Влияние выдержки при комнатной и повышенной температуре на стабильность электретного состояния, спектры токов ТСД и электропроводность облучённых пленок ПЭТФ и ПК
- Особенности синтеза озона рентгеновским излучением электрического газового барьерного разряда
Экспериментальные установки для измерения токов термостимулированной деполяризации и электропроводности полимерных и слюдяных электретов
При изучении физической природы электретов и для определения их свойств необходимо выяснение характеристик электрических полей , токов и напряжений, соответствующих определенному распределению заряда в диэлектрике и его релаксации. Полученные далее выражения для этих величин будут соответствовать геометрии плоскопараллельного заряженного слоя в неоднородном диэлектрике с резко различающимися электрофизическими параметрами внешнего и внутреннего слоев рис.1.1. (Тареев Б.М., Губкин А.Н. , Сесслер Г., Лущейкин Г.А. и др.) [1, 2, 9 - 11].
Схема распределения электрических полей в электрете, расположенном между закороченными измерительными электродами
Для одного заряженного слоя поверхностной ПЛОТНОСТЬЮ с, расположенного в диэлектрике на глубине х условие непрерывности нормальной составляющей вектора индукции с учетом второго закона Кирхгофа позволяет определить значения напряженности электрического поля с обеих сторон диэлектрика Е\ и в следующем виде: я; =-—(i ), (1-і)
Из последнего выражения следует, что для полиэтилена с є = 2,1, ловушками заряда, в котором могут служить полярные связи С-Н даже при очень невысокой плотности их заполнения о=10" Кл/м мы получаем значение напряженности электрического поля близкое к значению электрической прочности воздуха при атмосферном давлении Е=3,0 МВ/м.
На измерительных металлических электродах индуцируются заряды пртивоположного знака, имеющие значения плотности оіи и оги соответственно:
Электрическое поле Е\ объемного заряда, распределенного в диэлектрике с плотностью р(х) определяется методом интегрирования по толщине вкладов дифференциальных плоских распределений вида Рис. 1.1 ,
Из последнего следует выражение для величины заряда противоположного знака, индуцируемого на зондовом электроде, прилегающем или располагающемся на малом расстоянии вблизи поверхности электрета:
Плотность тока проводимости и тока смещения определяются проводимостями (у 2 и у і) и диэлектрическими проницаемостями (єг и Єї) материала электрета и изолирующего приэлектродного слоя ]і(і) = е0е1Щ + УіЕ1. (1.2) В соответствии с первым законом Кирхгофа электрические токи, протекающие через толщу электрета и через изолирующие прокладки блокированных электродов равны между собой.
Выражение (1.2) широко используется в расчетах времен релаксации электретной разности потенциалов т из зависимостей Uэ = fit), спектров токов термостимулированной деполяризации-ТСД и температурных зависимостей электропроводности y = f(T) (Губкин А.Н., Лущейкин Г.А., Гороховатский Г.Ю., Перльмен М.М., Сесслер Г. и др.) [9-11, 80, 102 - ПО].
Следует подчеркнуть, что короткозамкнутая схема измерений с использованием блокирования одного из зондирующих измерительных электродов с помощью или изолирующей прокладки или изолирующего воздушного промежутка наиболее часто используется на практике [9 - 11]. Так при измерении электретной разности потенциалов, наиболее распространенным методом компенсации, измерительный вибрирующий электрод отделяется от поверхности электрода тонким воздушным промежутком. При измерении спектров токов ТСД с блокированным измерительным электродом между поверхностью электрета и электродом располагается высокоомная измерительная прокладка, которая предотвращает движение носителей заряда в сторону измерительного электрода [80]. зондовых измерений электрических полей и токов - (два токовых и один полевой зондовые методы).
На рис. 1.2 представлены три схемы измерений токов деполяризации и электретной разности потенциалов зондовыми методами.
Первый и второй зондовые методы (см. Табл. 1.1) относятся к измерению токов деполяризации электретов. Они используются при определении значений поверхностной ys и объемной уу проводимости.
Третий зондовый метод относится к измерению электретной разности потенциалов - 17э. В первом токовом зондовом методе металлизированный с обеих сторон электрет закорачивается между измерительными электродами и измеряется заряд стекающий с электрета. Во втором токовом зондовом методе в условиях разомкнутой электрической цепи измеряется заряд, индуцированный на изолированном измерительном электроде.
Токовый зондовый й\E(x)dx j o метод с закороченными 0 электродами Токовый зондовый й\E(x)dx j o метод с 0 блокированными электродами Зондовый метод йU3 = JE(x)dx 7 = 0 измерения иэ с 0 блокированными электродами 34 В третьем зондовом методе измеряются значения напряжения компенсации U]H U2 с двух сторон электрета.
Экспериментальные установки для поляризации полимерных и слюдяных электретов При поляризации в электрическом газовом коронном разряде ЭГКР в работе использовались конические электроды из нержавеющей стали с разными углами конусности # =(18 - 90), которые располагались на расстоянии /=(5 - 20мм) от поверхности заземленного электрода.
При достаточно высоком напряжении вблизи острия иглы развивается коронный разряд. Ионы и электроны из внутренней области короны перемещаются во внешнюю область коронного разряда, к поверхности диэлектрика, где закрепляются в ловушках и поляризуют его.
Если отсутствует остаточная поляризация в униполярном коронном разряде, то знак заряда на поверхности полимерных и слюдяных диэлектриков всегда соответствует полярности напряжения на коронирующем электроде.
В переменном коронном разряде, при атмосферном давлении в воздухе на поверхности полимерных и слюдяных электретов формируется заряд положительной полярности.
При переменном напряжении в аргоне и гелии или в Аг-He смеси на поверхности полимерных и слюдяных электретов накапливается отрицательный абсорбционный заряд.
Полимерные и слюдяные электеты, поляризовались в униполярном, биполярном электрическом газовом коронном разряде ЭГКР или в электрическом газовом барьерном разряде - ЭГБР в вакуумируемой газовой камере.
Поляризация осуществлялась в среде инертных газов- (гелия, аргона) и в воздухе, при разных давлениях газовой среды.
При поляризации полимерные и слюдяные диэлектрики закреплялись в специальные кассеты, строго определенного размера рис.1.3. При исследовании поляризации кассеты с закрепленными полимерными и слюдяными образцами размещались в 8 резьбовых отверстиях на поверхности заземленного вращающегося диска из посеребренной латуни. Резьбовые отверстия располагаются на строго одинаковых расстояниях друг от друга и от центра вращения металлического диска, на котором устанавливаются кассеты.
Экспериментальная установка для поляризации короноэлектретов располагается в крио - термокамере ТК-500, что предусматривает возможность поляризации полимерных и слюдяных диэлектриков в самом широком температурном интервале от 300 до 800 К.
Принципиальная схема установки для поляризации полимерных и слюдяных диэлектриков в коронном разряде представлена на рис. 1.4.
Высокое напряжение от тансформаторов НОМ - 10 и АИИ - 70 после выпрямителя D через ограничительное сопротивление Rorp (Rorp=10 МОм) подавалось на электроды коронирующего устойства. Величини напряжения регулировалась при помощи авторансформатора.
Для измерения напряжения на коронирующем электроде использовался статический киловольтметр С - 96, позволяющий измерять высокое постоянное и переменное напряжение до 35 кВ и трехнедельный статический киловольтметр С - 100- до 75 кВ. Измерение тока коронного разряда осуществлялось при помощи миллиамперметра Ц 4311.
Электрическая схема установки для поляризации полимерных и слюдяных электретов в электрическом газовом барьерном разрядае представлена на рис. 1.5.
Высокое переменное напряжение от тансформатора АИИ-70 через ограничительное сопротивление Rorp (Rorp=10 МОм) подавалось на плоские стальные электроды с диэлектрическими барьерами на поверхности. Величини напряжения регулировалась при помощи авторансформатора.
Влияние межэлектродного расстояния на процесс поляризации электретов в электрическом коронном разряде
Полученные экспериментальные результаты по влиянию высокотемпературного отжига на поляризуемость слюд свидетельствуют о том, что явление электретнои поляризации в слюде определяет ее кристаллическое строение. Действием высокотемпературного отжига доказано, что неполярные структурные кремний кислородные тетраэдры не оказывают влияния на электретную поляризуемость слюд. Из рентгеноструктурного анализа и результатов исследования газовыделения известно - (Мецик М.С., Лиопо В.А., Кузнецова Г.А., Калихман В.М.), что при температуре Т=1200 К в слюде разрушается ионная К ОН подрешетка.
Термическое разрушение ионной К ОН подрешетки и обусловленное этим уменьшение концентрации радиационных вакансионных дефектов, как мы увидим дальше, в первую очередь вызывает необратимое тушение электретнои поляризации слюд.
При измерениях спектров токов ТСД кристаллов слюды подвергнутых действию высокоэнергетичных ионизирующих у излучении Со и прогретых при температуре 1000 К обнаружено уменьшение отношений максимумов пиков деполяризационного тока к максимуму для непрогретого кристалла (табл. П.6.). Кристаллы после отжига облучались одинаковой дозой у излучения Со Д=50 Мрад. Исследовались радиационно чувствительные пики в спектре ТСД мусковитовых и флогопитовых слюд разных месторождений.
Как следует из таблицы, радиационно чувствительные пики ТСД при Тм=500 К для мусковита и Тф=440 К для флогопита с увеличением времени отжига при Т=1000 К уменьшаются тем сильнее, чем длительнее отжиг кристаллов слюды. Исследования показали [7, 34, 35, 128], что скорость отжига пиков тока ТСД подчиняется закону Аррениуса с одинаковым значением энергии активации - iia=2,5 эВ для мусковитовых и флогопитовых слюд. Эта величина хорошо согласуется с энергией дегидроксилации слюд [33-35, 112-114].
Таким образом, полученные результаты по влиянию излучений уСо и длительности отжига слюд на высоту пиков ТСД свидетельствуют о том, что процессы электретной поляризации в мусковитовых и флогопитовых слюдах обусловлены в первую очередь дефектностью К ОН ионной подрешетки кристаллов слюды.
Исследование процессов зарядки полимерных и слюдяных диэлектриков в электрическом газовом барьерном разряде Пребывание полимерных пленок и кристаллов слюды в ЭГБР при переменном напряжении, как было установлено, приводит к накоплению в них электрических зарядов. Сторона диэлектрика, обращенная к газоразрядному промежутку и подвергающаяся действию частиц электрического газового барьерного разряда, в электроотрицательных газах- (например, в воздухе) заряжается всегда положительно, а противоположная сторона, прилегающая к контактирующей поверхности и не подвергающаяся непосредственному действию разряда, приобретает отрицательный заряд. В таких инертных газах как гелий и аргон, где нет отрицательных ионов, наоборот, сторона диэлектрика, обращенная в сторону газоразрядного промежутка, всегда заряжается отрицательно.
Этот экспериментальный результат, по нашему мнению, связан с разной проникающей способностью электронов, положительных и отрицательных ионов газового разряда в полимерные и слюдяные диэлектрики. Компенсирующие разности потенциалов Uo и Uh, измеряемые методом компенсации с противоположных сторон диэлектрика, после его пребывания в электрическом барьерном разряде, примерно равны по величине и противоположны по знаку.
Изучение поляризации полимерных и слюдяных диэлектриков в работе проводилось в плоском реакторе ЭГБР, методом компенсации с вращающимся измерительным электродом. Измерялись зависимости U3 =f(ts) , спектры токов
ТСД и температурная зависимость проводимости для образцов полимерной пленки ПЭТФ и ПК и кристаллов слюды, разное время подвергавшихся действию ЭГБР. Зависимости электретной разности потенциалов U3 от времени обработки ts пленок ПЭТФ и ПК в барьерном разряде имеют вид кривых с максимумом рис. 11.21(a). и„кВ А_о 10 иЭГКР,кВ Зависимости U3=f(tJ для пленок ПЭТФ - 1, ПК - 2 и кристаллов слюды мусковит - 3, облученных электронами и ионами ЭГБР в воздухе при атмосферном давлении, иЭгБР=40кВ;(б)-Зависимости иэ=/(1/Эгкр) для пленок ПЭТФ-А, ПК-Б и кристаллов слюды мусковит-В при поляризации в ЭГКР.
Экспериментально установлено, что поверхность полимерных и слюдяных диэлектриков, обращенная в сторону газового промежутка в барьерном разряде в воздухе заряжается положительно. Величины абсорбционного заряда U3, накопленного на поверхности, в зависимости от времени воздействия плазмы ЭГБР ts существенным образом различаются для полимерных диэлектриков и слюд. Зависимости U3=f(ts) для полимерных диэлектриков всегда имют вид кривых с максимумом. Время достижения максимального значения в ходе кривых Uэ = f(ts) определяется величиной рабочего напряжения- ЦЭГБР И размерами реактора ЭГБР. Для слюдяных диэлектриков, ход зависимости Uэ =f(ts) всегда имеет вид монотонно возрастающей зависимости- экспоненты насыщения - (для кристаллов слюды мусковит - рис. 11.21 ((а), кривая 3).
Это различие в ходе кривых Uэ = f(ts) для полимерных и слюдяных диэлектриков находит объяснение с учетом физических представлении о природе факторов действующих на диэлектрики в ЭГБР. Видно, что мягкое рентгеновское излучение ЭГБР не оказывает влияния на электрофизические свойства слюдяных электретов.
На рис.П.21.(6) представлены результаты исследования процесса переполяризации полимерных и слюдяных электретов при смене полярности ЭГКР. В качестве источника напряжения использован ГИН-700 с длительностью высоковольтного импульса- 40 мкс. Видно, что процесс поляризации полимерных и слюдяных электретов происходит с очень высокой скоростью.
Высокая скорость поляризации полимерных и слюдяных электретов может быть объяснена туннелированием носителей заряда на ловушки, что свидетельствует о волновой природе процесса поляризации полимерных и слюдяных электретов.
Влияние выдержки при комнатной и повышенной температуре на стабильность электретного состояния, спектры токов ТСД и электропроводность облучённых пленок ПЭТФ и ПК
Зависимости lgy=f(l/T) облученных у-излучением Со (Д=1 Мрад ) и необлученных пленок ПЭТФ и ПК приведены на рис. III.7,8. Из рисунков видно, что облучение приводит к увеличению проводимости полимерных пленок. Наибольшая разница проводимости облученных и необлученных образцов наблюдается в области комнатной температуры. С ростом температуры эта разница уменьшается, а при Т 90 С у пленки ПЭТФ и при Т-120 С у пленки ПК практически исчезает.
Кривые lgy=f(l/T) для облученных и необлученных пленок условно можно разбить на две температурные области: 1 - (30 С Т 50 С), 2 - (Т 50 С) для пленок полиэтилентерефталата и 1 - (30 С Т 60 С), 2 - (Т 60 С) для пленок поликарбоната. В области низких и высоких температур (области 1 и 3) зависимость lgy=f(l/T) изображается прямой линией и, следовательно, величина проводимости экспоненциально зависит от температуры: у = /0exp(-W/kT). Величины энергии активации W, определенные по наклону прямых lgy=f(l/T) приведены в табл.III.2. В области 2, вблизи температуры стеклования, зависимость lgy=f(l/T) испытывает излом.
Как следует из рисисунков и табл. IV.2. зависимости lgy=f(l/T) как после электронного, так и после у облучения (при равной дозе) одинаковы, т.е. вид излучения не оказывает существенного влияния на проводимость. Проводимости образцов облученных электронами и у излучением Со оказываются близки, а энергии активации в области низких и высоких температур совпадают.
Итак, в результате проведенных исследований установлено, что облучение тонких полимерных пленок ПЭТФ и ПК электронным пучком с энергией 500 кэВ (Д=1 Мрад) и у излучением Со (Д=1 Мрад) приводит к радиационным изменениям их электретных и электрических свойств:
1 .Увеличивается скорость спадания электретнои разности потенциалов, т.е. уменьшается стабильность электретного состояния. 2. Изменяются спектры токов ТСД: кривые токов ТСД смещаются в область более низких температур. 3.Увеличивается проводимость тонких полимерных пленок в области низких температур. 4.Радиационные изменения электрических и электретных свойств тонких полимерных пленок ПЭТФ и ПК не зависят от физической природы ионизирующего излучения (у излучение Со или пучек электронов с энергией 500 кэВ).
Для изучения влияния поглощенной дозы ионизирующих излучений на скорость релаксации электретнои разности потенциалов и для уточнения роли собственной проводимости пленок в процессе релаксации заряда в электрете были изучены зависимости U3=f(t) пленок ПЭТФ и ПК, облученных разными дозами проникающего электронного и у излучения Со .
Облученные полименые пленки выдерживались в течение одного часа после облучения в комнатных условиях, затем заряжались в коронном разряде, после чего измерялась зависимость U3=f(t), спектры токов ТСД и зависмости y=f(T).
Зависимости скорости релаксации электретной разности потенциалов от дозы ионизирующего излучения - (электрны с энергией 500 кэВ и излучение у Со ) показали, что наиболее сильное влияние поглощенной дозы на время релаксации U3 наблюдается в диапазоне доз от 0 до 0,1 Мрад. При дальнейшем увеличении дозы вплоть до 10 МРад. влияние дозы уже перестает сказываться (рис. III.9).
В диапазоне доз от 0 до 1 Мрад величина —к, у Для пленок ПЭТФ и ПК толщиной 10 мкм остается величиной пропорциональной экспозиционной дозе излучения. Этот экспериментальный результат позволяет рекомендовать тонкие полимерные пленки ПЭТФ и ПК в качестве материала для электретных дозиметров жесткого ионизирующего излучения в указанном диапазоне доз (рис. ШЛО).
Полученный экспериментальный результат для полимерных ПЭТФ и ПК пленочных дозиметров находит свое подтверждение при исследовании температурной зависимости проводимости и спектров токов термостимулированной деполяризации облученных пленок ПЭТФ и ПК.
Этот экспериментальный результат свидетельствует о том, что электретные дозиметры из полимерных пленок ПЭТФ и ПК наиболее целесообразно использовать на линейном участке зависимости \gD = f(lgy) в дозном диапазоне от 0 до ОД Мрад - рис. IV. 10. Спектры токов ТСД электретов из пленок ПЭТФ, облученных разными дозами у излучения Со (в пределах от 0 до 10 Мрад) представлены на рис. 111.11. 121 60 80 100 ҐС
Как видно из рисунка, облучение пленки дозой 0,01 Мрад не приводит к изменениям спектра токов ТСД электретов, изготовленных из этой пленки. Для нее, также как и для необлученной плёнки спектр ТСД состоит из двух максимумов с вершинами в области 60 и 100 С. При увеличении поглощенной дозы у излучения свыше 0,01 Мрад наблюдается постепенное смещение кривой ТСД в область более низких температур деполяризации. Так для пленки, облученной дозой 0,05 Мрад кривая ТСД состоит уже из двух одинаковых максимумов с вершинами вблизи 60 С и 90 С. Еще более заметное смещение кривой тока ТСД наблюдается для пленки, облученной дозами 0,075 Мрад и 0,1 Мрад: в обоих этих случаях наибольшую высоту имеют низкотемпературные максимумы с вершинами вблизи 60 С и 40 С, следовательно, с увеличением дозы облучения максимумы кривых токов ТСД. Следовательно, и область релаксации заряда, смещается к более низким температурам.
Особенности синтеза озона рентгеновским излучением электрического газового барьерного разряда
Диапазон измерений мощности экспозиционной дозы дозиметра ДРГЗ -04 от 0 до 3000 мкР/с.
Для измерения экспозиционной дозы (ее мощности или средней мощности) в дозиметре используется сцинтилляционный пластмассовый детектор СДП - 14 ТУ6 - 09 - 4425 - 82. На рис. IV. 13 представлены зависимости мощности дозы ионизирующего излучения Р от величины напряжения U, при разном давлении в разных газах. Видно, что наибольшая интенсивность проникающего рентгеновского излучения трубки ЭГБР наблюдается в ртутных парах при низком давлении 0,3 атм. При постепенном переходе от газов с большими атомными номерами- Z к более легким газам - (Hg - 80; Аг - 18; водух - 7,8; Не - 2) наблюдается монотонное снижение интенсивности рентгеновского излучения ЭГБР, при прочих одинаковых условиях эксперимента. Видно, что зависимости \gP/P0 = /(d) представляются прямыми линиями.
Это свидетельствует о выполнении закона Таунсенда для зависимости интенсивности рентгеновского излучения от диаметра трубки.
С учетом этого можно сделать вывод о том, что интенсивность рентгеновского излучения ЭГБР является величиной пропорциональной плотности тока газового разряда/
На рис. IV. 14 представлены результаты оценки проникающей способности рентгеновского излучения ЭГБР в полиэтилен, полипропилен и алюминий разной толщины h при напряжении ЭГБР - 60 кВ.
Видно, что зависимости lgP/P0 = /(h) представляют собой прямые линии, что свидетельствует о выполнении для рентгеновского излучения ЭГБР закона поглощения Бугера - Ламберта - Бера.
Видно также, что при рабочем напряжении на электродах трубки 60 кВ генерируется рентгеновское излучение с глубиной полупоглощения в полиэтилене 5 мм.
Этот экспериментальный результат свидетельствует в пользу заключения о том, что рентгеновское излучение ЭГБР может быть использовано для радиационного сшивания сравнительно тонкой полиолефиновой изоляции силовых кабелей на напряжение- 6-10 кВ (h= 4 мм) [2, 12, 13, 15 - 17, 27 - 32].
Проникающая способность рентгеновского излучения ЭГБР в полимерные материалы также сравнительно просто определяется по следам от низкомолекулярных продуктов радиолиза в многослойных полиолефиновых образцах. После длительного облучения излучением ЭГБР достаточно толстого многослойного образца полиолефиновой изоляции на поверхности отдельных полимерных пленок выделяются низкомолекулярные продукты радиолиза (водород, вода- из ПЭ, ПП) и (водород, вода и соляная кислота- из ПВХ). В толще пленок накапливаются мелкие газовые пузыри.
Определяя количество выделившихся продуктов радиолиза на поверхности пленок с помощью взвешивания или ИК - спктроскопии или определяя потери веса в отдельных слоях полимерного диэлектрика путем взвещивания на электронных микровесах можно самыми простыми методами определить проникающую способность ионизирующего излучения ЭГБР в полиолефиновые диэлектрики.
На рис. IV. 15,16 представлены результаты измерения потерь веса в отдельных слоях многослойных полиолефиновых диэлектриков и ПЭТФ после облучения ионизирующим излучением ЭГБР с использованием результатов взвешивания на электронных весах "Adventurer OHAUS".
Видно, что потери веса после облучения в толстых образцах ПЭ,ПП, ПВХ диэлектриков, толщиной 120 мкм, могут достигать 15 % и 50 % в наиболее тонких пленках ПЭТФ, толщиной 1 мкм. Видно также, что наиболее существенные потери веса наблюдаются в приповерхностном слое ПЭТФ, который подвергается наиболее интенсивному воздействию излучения ЭГБР.
Электрический газовый коронный разряд ЭГКР в настоящее время широко применяется для изготовления полимерных электретов при производстве электретных микрофонов, телефонов, датчиков давления, дозиметров и т.д. Однако до настоящего времени остается недостаточно исследованным вопрос о влиянии ионизирующего излучения ЭГКР на свойства тонких полимерных электретных дозиметров.
В ЭГКР заряжаются пленочные электретные дозиметры и по этой причине необходимо уточнение влияния самого ЭГКР на свойства тонких полимерных пленочных дозиметров. Необходимо оценить влияние дозного вклада, который способен вносить ЭГКР при использовании особо тонких электретных полимерных дозиметров- (h 1 мкм).
Ранее считалось - (Тареев Б.М., Губкин А.Н., Лущейкин Г.А., Сесслер Г., Гросс Б., Райзер Ю.П., Финкель Э.Э., Борисова М.Э.) [2, 9-11, 22, 76, 123, 168, 169], что кратковременное действие ЭГКР на сравнительно толстые полимерные пленки - (h 10 мкм) не вызывает сещественно заметных изменений их электрофизических свойств.
Ионизирующее излучение ЭГКР, если оно оказывает действие, является сравнительно длинноволновым рентгеновским и УФ излучением и поглощается в этого слоя, как показали наши исследования, не превышает 1 мкм, что составляет всего 10% от толщины электретных дозиметров из пленки ПЭТФ толщиной 10 мкм. По этой причине ионизирующее излучение ЭГКР, действующее при зарядке электретных дозиметров ,в принципе, не способно существенно повлиять на величину дозы, зарегистрированной толстопленочным электретным дозиметром (h 10 мкм). Например, на величину дозы от жесткого у излучения Со или пучка электронов с энергией 500 кэВ и более [6, 8, 23, 25, 119, 120].
Однако, известно, что очень длительно действующий электрический коронный разряд вызывает изменение электрофизических свойств полимерных органических диэлектриков, вызывая их ускоренное электрическое старение. В научной литературе существует специальный термин "короностойкость", который характеризует способность электроизоляционных материалов безотказно выдерживать воздействие ЭГКР [15 - 17, 61, 79, 85, 124, 130, 131, 155, 192, 193].
Недостаточно изученным остается вопрос о влиянии рентгеновского излучения ЭГКР на свойства особо тонких полимерных пленок и электреных дозиметров на основе этих особо тонких пленок.
В результате такого исследования открывается перспектива использования особо тонких электретных дозиметров для целей регистрации длинноволнового рентгеновского и излучения ЭГКР. В работе, методом сопоставления свойств, исследовалось действие ионизирующего излучения ЭГКР на электропроводность, стабильность иэ и спектры токов ТСД полимерных короноэлектретов из пленок полиэтилентерефталата - ПЭТФ, толщиной 10 мкм и 1 мкм. Измерениями электропроводности, стабильности иэ в изотермических условиях и спектров токов ТСД пленок ПЭТФ различной толщины показано, сильное различие свойств тонких - (толщина 1 мкм) и сравнительно толстых-(толщина 10 мкм) короноэлектретов между собой.
При этом, толщина полимерных пленок ПЭТФ не оказывает существенного влияния на начальное значение 17эо при разных углах конусности коронирующих электродов и разных напряжениях поляризации- (рис.1У.17). Это свидетельствует об одинаковой и очень небольшой глубине проникновения д]/2е электронов и ионов ЭГКР в полимерные пленки ПЭТФ толщиной 1 и 10 мкм.