Радиационные испытания

Радиационные испытания (РИ) являются одной из составляющих комплексной системы обеспечения качества ЭУ. ЭУ в процессе работы может подвергаться облучению различными ионизирующими излучениями: электронами и протонами радиационных поясов Земли, космическими лучами, гамма- нейтронным излучением ядерных энергетических установок (ЯЭУ), излучением ускорителей частиц, рентгеновских и гамма установок, медицинских аппаратов.

Под ионизирующим излучением (ИИ) понимают любое излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию неравновесных электрических зарядов разных знаков. Ионизирующее излучение представляет собой поток заряженных и (или) незаряженных частиц, энергия которых достаточна для возбуждения и ионизации атомов вещества. Излучение, ионизирующее косвенно, состоит из незаряженных (нейтральных) частиц (нейтроны, фотоны), способных вызвать ионизацию вещества, через вторичные заряженные частицы, образующиеся в результате взаимодействия первичных частиц с атомами среды. Поля ИИ (плотность потока, энергия, интенсивность) характеризуются определенным пространственным и временным распределением. В зависимости от характера временных распределений различают непрерывные и импульсные излучения. Излучение считается непрерывным, если его характеристики за рассматриваемый промежуток времени остаются постоянными. Под импульсным понимается такое излучение, продолжительность действия которого значительно меньше времени наблюдения.

Радиационные факторы – комплекс воздействующих ИИ, которые могут вызывать (или вызывают) нарушение работоспособности ЭУ в процессе эксплуатации. В состав радиационных факторов входят излучения, создаваемые ядерным взрывом, ядерными силовыми и энергетическими установками, медицинскими и дефектоскопическими установками и излучения, существующие в космическом пространстве.

Ионизирующее излучение ядерного взрыва (ЯВ) содержит три компоненты: нейтроны, гамма кванты и рентгеновские лучи. Диапазон изменения основных параметров этих излучений, следующий:

- поток нейтронов 10¹¹ - 10¹⁵ нейтр./ см²;

- доза гамма квантов 10 -10⁵ Р;

- поток рентгеновского излучения 1,0 - 10⁴ кал / см².

Средняя энергия гамма- квантов ядерного взрыва близка к 1 МэВ, а длительность воздействия менее 10^-7 с. Диапазон мощностей доз лежит в пределах 10⁸ - 10¹² Рс^-1.

Спектр нейтронов ЯВ содержит группу нейтронов термоядерного происхождения с энергией около 14 МэВ, нейтроны, близкие к спектру деления, и замедленные нейтроны с энергией менее 0,1 МэВ.

Энергия, образующаяся в ядерных реакциях при ЯВ, передается осколкам деления, ядрам отдачи, заряженным частицам, нейтронам и гамма- квантам. При воздействии ионизирующего излучения ЯВ на электронные устройства, гамма- и рентгеновские кванты распространяются со скоростью света и длительность их воздействия не зависит от расстояния между центром взрыва и облучаемым объектом. Длительность воздействия нейтронов с энергией Е_п>0,1 МэВ лежит в диапазоне 10^-4 – 10^-2 с, а длительность воздействия группы нейтронов с энергией 14 МэВ – в диапазоне 10^-6 – 10^-5 с.

Радиационная среда, образованная ядерным взрывом, зависит не только от типа и вида взрыва, но и от расстояния до центра взрыва, погодных условий, плотности атмосферы. Амплитудно-временные и спектрально-энергетические характеристики поражающих факторов зависят также и от соотношения гамма и нейтронной составляющей ионизирующих излучений.

Ядерные силовые и энергетические установки (ЯЭУ) все шире применяются на надводных и подводных кораблях, космических аппаратах, автоматических метеостанциях. Однако наличие ЯЭУ на борту приводит к тому, что ЭУ и персонал подвергаются в течение длительного времени воздействию ионизирующих излучений, состав которых определяется тепловой мощностью реактора, расположением и характером защиты, продолжительностью работы реактора и наличием остаточного гамма- фона реактора в заглушённом состоянии.

Смешанное поле излучений ЯЭУ состоит из мгновенных нейтронов деления с энергией от 0,025 эВ до 2 МэВ, запаздывающих нейтронов со средней энергией 0,5 МэВ, мгновенных гамма - квантов с энергией 0,5 - 6,5 МэВ, гамма- квантов продуктов деления от 0,1 до 2 МэВ и захватных гамма- квантов с максимальной энергией до 10 МэВ. Реальные значения плотности потока нейтронов энергией Е_п>0,1 МэВ и мощности дозы гамма-излучения составляют соответственно 10⁴ - 10⁶ нейтр /с и 10^-3- 10^-1 Р/с.

Медицинские и дефектоскопические установки характеризуются генерацией сформированного в пространстве направленного потока ионизирующего излучения: нейтронов деления, гамма- квантов или потока электронов с энергией от 0,5 до 20 МэВ.

В околоземном космическом пространстве существует несколько полей космической радиации, к которым относятся естественные радиационные пояса Земли, галактические и солнечные космические лучи. Внутренний радиационный пояс Земли, состоит из протонов с энергиями до 700 МэВ и электронов с энергией от 20 кэВ до нескольких МэВ. Внешний – из электронов с энергией от 10 кэВ до 5 МэВ и протонов до 60 МэВ. Пространственно-временное распределение потоков частиц в этих полях в околоземном пространстве зависит от общих процессов, протекающих в Солнечной системе и магнитосфере Земли и изменяется по своим законам вдоль траектории движения космического аппарата.

Анализ особенностей ионизирующих излучений в возможных условиях эксплуатации реальных объектов показывает, что поля излучений в общем случае описывают пространственными, энергетическими и временными распределениями. При прогнозировании реакции ЭУ на воздействие ИИ различного вида необходимо переходить от спектрально-энергетических и временных распределений падающего на объект излучения к величинам, непосредственно характеризующим степень радиационного воздействия ИИ на ЭУ.

Количественное описание ионизирующих излучений выражается физическими единицами, которые можно разбить на две группы.

К первой группе относятся физические параметры поля ИИ и его воздействия на вещество. К ним относятся: поток и плотность потока частиц (квантов), поглощеннаяпоглощённая доза и мощность поглощеннойпоглощённой дозы, экспозиционная доза и мощность экспозиционной дозы, эквивалентная доза, мощность эквивалентной дозы.

Вторая группа величин служит для оценки количественного содержания радиоактивных веществ в материалах. К этим веществам относятся активность нуклида и время, в течение которого число ядер радионуклида уменьшится в два раза (период полураспада).