WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Расчеты коэффициента обратного отражения, имеющего большое практическое значение при учете электрического поля и характеризующего точность углового распределения частиц, оценивались в сравнении с данными, рассчитанными по алгоритму (T. Tabata et al., 1974). Результаты сравнений выбранных параметров для ПММА, боросиликатного стекла, алюминия и железа показали, что коэффициенты обратного отражения имеют расхождения, что объясняется использованием сечения Резерфорда, занижающего вероятность рассеяния частиц на большие углы. Для боросиликатного стекла и алюминия коэффициенты обратного отражения имеют удовлетворительное (не хуже ±10%) схождение в интересующем нас интервале энергий 0.25 – 3 МэВ, что позволяет сделать вывод о возможности применения данного алгоритма расчета в рамках поставленной задачи.

В условиях изотропного падения пучка точность расчета вероятностей рассеяния частиц на большие углы влияет на конечный результат существенно меньше, особенно при расчете пучков широкого энергетического спектра. Результаты сравнения расчетных энергетических спектров прошедших электронов за поглотителями из различных материалов с экспериментальными показали высокую (не хуже ±5%) точность расчета. Различия в спектрах для тонких поглотителей объясняется неточностью задания формы падающего спектра, поскольку в расчете используется измеренный спектр источника Sr90-Y90, отличающийся от реального из-за ограниченной точности бета-спектрометрии. Проблема более точного восстановления падающего спектра в данной работе не поднималась, поскольку толщина стекол, использующихся в качестве защитных покрытий на практике, достаточно велика.

Результаты верификации позволяют сделать вывод о применимости данного алгоритма в диапазоне атомных номеров материалов Z до 15 – 17 и энергии падающих электронов от 0.25 до 3 МэВ в условиях нормального падения на образец моноэнергетического пучка при точности расчета не хуже ±20%.

При расчете изотропных пучков широкого энергетического спектра возможно применение данного алгоритма в более широком диапазоне атомных номеров (Z ~30) и энергий падающих электронов (до 5 – 7 МэВ) при той же точности.

В четвертой главе диссертации представлены результаты исследования радиационно-защитных свойств заряжающихся неорганических стекол.

Первая часть главы посвящена теоретическому исследованию влияния поля ОЗ на прохождение моноэнергетических пучков электронов в условиях нормального и изотропного падения на мишень. Результаты исследования подтверждают сделанный ранее (Цетлин В. В., 1998) вывод о том, что наиболее целесообразно применять заряжающиеся защитные покрытия для снижения дозовых нагрузок на объекты в области соотношения толщины покрытия d и ионизационного пробега электронов R – 0.6 d/R < 1.

Важным результатом теоретического исследования влияния поля ОЗ на прохождение моноэнергетических пучков, изотропно падающих на образец, является определение вида зависимости коэффициента прохождения от напряженности поля ОЗ Kp(E). Эта зависимость близка к линейной в широком диапазоне начальных энергий электронов. Знание вида зависимости Kp(E) позволяет определять величину напряженности поля накопленного ОЗ в образцах, используя данные по относительному изменению коэффициента прохождения, полученные при бета-зондировании образцов до и после их зарядки на линейном ускорителе.

Вторая часть главы посвящена определению напряженности поля ОЗ в тонких образцах по результатам бета-зондирования.

Эффект зарядки наиболее выражен в образцах стекол составов 1008, 1010 и Ц– 13, в которых достигается наибольшее различие коэффициентов прохождения до и после зарядки, а также дольше удерживается объемный заряд. Расчеты напряженности поля в среднем по этим образцам дают значение ~1.5 МВ/см, что соответствует разности потенциалов между слоем ОЗ и поверхностью образца порядка 80 – 90 кВ.

Уменьшение коэффициента прохождения достигает ~12%.

Третья часть главы посвящена определению напряженности поля и глубины залегания ОЗ в массивных образцах стекол по результатам измерений спектров тормозного излучения, генерируемого электронами источника Sr90–Y90.

Глубина залегания слоя ОЗ зависит от соотношения ионизационного пробега электронов пучка ускорителя и толщины образца. Если ионизационный пробег близок к толщине образца или превышает ее, слой ОЗ формируется ближе к середине толщины образца. При уменьшении ионизационного пробега глубина залегания слоя ОЗ смещается в сторону облучаемой поверхности. Оценки напряженности электрического поля достигают 2.2 МВ/см, что соответствует уменьшению интеграла спектра тормозного излучения при зондировании образца с облученной поверхности до 25%.

Установлено, что при прохождении бета-частиц через массивные образцы заряженных стекол присутствие ОЗ вызывает эффект снижения потока тормозного излучения на 10 – 25%. Эффект снижения зависит от глубины расположения слоя ОЗ, что подтверждает идею о неравномерности распределения слоя ОЗ в образце.

На основании сопоставления экспериментальных результатов с модельными расчетами получено, что напряженность электрического поля в образцах достигает 0.5 – 2.2 МВ/см, электрический потенциал составляет 130 – 330 кВ.

Заключительная часть главы посвящена оценкам эффективности радиационнозащитных свойств заряжающихся стеклянных покрытий в околоземном космическом пространстве.

Эффективность использования заряжающихся покрытий оценивалась по относительному уменьшению поглощенной энергии электронного излучения в фотоэлектрическом преобразователе солнечной батареи, упрощенная схема которого представлена на рис. 5. Расчеты поглощенной энергии проводились в предположении о наличии электрического поля ОЗ в стеклянных покрытиях с напряженностью 1, 3, 6 и 10 МВ/см и сравнивались со значениями поглощенной энергии в отсутствии электрического поля.

Рисунок 5. Упрощенная схема элемента солнечной батареи, использованная в расчетах.

Для проведения теоретических оценок поглощенной энергии электронного излучения в фотопреобразователе солнечной батареи необходимо знание пространственного и энергетического распределения электронов на околоземных орбитах искусственных спутников. Определение пространственного и энергетического распределения частиц, особенно на малых высотах, является весьма сложной задачей вследствие влияния плотных слоев атмосферы и структуры геомагнитного поля. Потоки электронов испытывают различные вариации в зависимости от уровня геомагнитной возмущенности, фазы солнечного цикла и местного времени. Причем вариации потоков электронов различных энергий неодинаковы, что приводит к изменению их энергетического спектра (Гецелев и др., 2001).

В расчетах поглощенной энергии были использованы данные по потокам электронов на различных орбитах искусственных спутников (Гецелев и др., 2001), а также энергетические спектры электронов различной жесткости, полученные из анализа потоков электронов на геостационарной орбите спутника GOES–10 (Space Environment Center of National Oceanic & Atmospheric Administration (NOAA), Boulder, USA, http://sec.noaa.gov/). Пространственное распределение электронов принималось изотропным.

Значения потоков электронов на околоземных орбитах при изменении энергии от 50 кэВ до 7 МэВ уменьшаются на 6–7 порядков. Для учета вклада в поглощенную энергию электронов всех энергий, энергетические спектры разбивались на 6 диапазонов, а результаты суммировались с соответствующими весовыми коэффициентами.

Проведенные расчеты показали, что наличие электрического поля ОЗ в стеклянных покрытиях приводит к уменьшению поглощенной энергии за счет дополнительного ослабления потока электронов. Наиболее эффективно ослабляется мягкая часть спектра, для которой уменьшение поглощенной энергии достигает 50–70%. Однако, суммарные изменения оказываются не столь велики и для напряженности поля 3 МВ/см, соответствующей разности потенциалов 0.075 МВ, составляют 10–12%.

Наибольший вклад в величину поглощенной энергии приходится на мягкую (до 0.5 – 0.6 МэВ) и среднюю (0.6 – 1.2 МэВ) по жесткости части спектра. Причем, электроны второго диапазона ослабляются гораздо меньше, а при ужесточении спектра их вклад возрастает и становится определяющим.

При напряженности электрического поля ОЗ ~1.5 МВ/см, полученной экспериментально для тонких образцов стекол, наибольший эффект уменьшения поглощенной энергии достигается в области стеклянных покрытий и достигает 30%. В области кремниевого фотоэлектрического преобразователя уменьшение поглощенной энергии в среднем составляет 10% и слабо зависит от жесткости спектра.

В заключении приводится обсуждение полученных результатов.

Существенной особенностью проведенных теоретических оценок является то обстоятельство, что в расчетах поглощенной в фотопреобразователе энергии учитывался вклад электронов, отраженных от тыльного защитного покрытия. В условиях отсутствия электрического поля ОЗ в защитных покрытиях вклад отраженных электронов составляет ~5% для изотропного моноэнергетического пучка с энергией МэВ. В присутствии ОЗ этот вклад возрастает и для напряженности поля 5 МВ/см составляет ~8%. В расчетах поглощенной в фотопреобразователе энергии для электронов широкого энергетического спектра неучет вклада отраженных электронов приводит к значительному занижению абсолютного значения и завышению эффекта влияния поля ОЗ.

Следует отметить, что оценка поглощенной энергии в фотопреобразователе солнечной батареи может быть заниженной, поскольку в данном алгоритме расчета не учитывается генерация вторичных электронов. Поскольку энергии электронов на околоземных орбитах достигают 6–7 МэВ, вклад вторичных частиц может оказаться существенным. С другой стороны, вторичные частицы увеличат поток мягкой части энергетического спектра электронов, что в свою очередь может приводить к занижению оценки эффективности использования радиационно-заряжающихся защитных покрытий. Кроме этого, наличие электрического поля ОЗ приводит к уменьшению поглощенной энергии в стеклянном покрытии до 30%, что может сказываться на уменьшении скорости радиационной деградации стекла.

Для оценки суммарного эффекта при использовании радиационнозаряжающихся стеклянных покрытий необходимо проведение натурных испытаний солнечных батарей на околоземных орбитах.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1. Создана спектрометрическая установка для радиационного зондирования электрических потенциалов в диэлектрических материалах.

2. Спектрометрическая установка включает в себя два сцинтилляционных детектора для измерения спектров бета-частиц (стильбен) и спектров тормозного излучения (NaI). Используется спектрометр, выполненный в виде платы расширения персонального компьютера.

3. Разработана методика радиационного зондирования электрических потенциалов в диэлектрических материалах произвольной толщины.

4. Методика радиационного зондирования включает в себя возможность зондирования как тонких образцов, толщина которых не превышает пробега бета-частиц источника Sr90–Y90, так и массивных образцов, полностью поглощающих бетачастицы источника, путем измерения спектров тормозного излучения.

5. Разработан алгоритм и программа расчета взаимодействия электронов с веществом учитывающий наличие поля объемного электрического заряда произвольно распределенного по толщине образца, и позволяющий использовать произвольные энергетические и угловые распределения падающих частиц.

6. Разработанный алгоритм позволяет получать угловые и энергетические распределения прошедших и отраженных частиц, трехмерное распределение поглощенных частиц и поглощенной энергии, а также спектры тормозного излучения за образцом.

7. Проведены эксперименты по зондированию объемного электрического заряда в неорганических стеклах различного состава, облученных на линейном ускорителе электронов.

8. По полученным экспериментальным данным проведены теоретические оценки величины напряженности поля накопленного объемного заряда, а так же расположения слоя объемного заряда в массивных образцах.

9. Проведены расчеты поглощенной дозы электронного излучения в фотоэлектрическом преобразователе солнечной батареи для различных орбит искусственных спутников. Выполнены оценки возможного влияния электрического поля объемного заряда на величину поглощенной в фотоэлектрическом преобразователе энергии.

ВЫВОДЫ.

1. Проведенные исследования тонких образцов стекол показали, что после облучения на ускорителе электронов в них сохраняется объемный электрический заряд с напряженностью поля порядка 1.5 МВ/см при разности потенциалов 80–90 кВ, что приводит к уменьшению коэффициента прохождения на 10–12%.

2. Исследования массивных образцов стекол позволили выявить неравномерность распределения объемного заряда по глубине образца по различию в спектрах тормозного излучения за образцами при зондировании с облученной на ускорителе и обратной сторон.

3. Значения напряженности электрического поля ОЗ в массивных образцах после облучения на ускорителе достигают значения 2.2 МВ/см при разности потенциалов 330 кВ, что приводит к уменьшению интеграла спектра тормозного излучения на 25%.

4. Наибольшая эффективность применения радиационно-заряжающихся стеклянных покрытий достигается при соотношении толщины покрытия d и ионизационного пробега электронов R в области 0.6 d/ R < 5. Результаты расчетов поглощенной энергии электронов в фотоэлектрическом преобразователе солнечной батареи показали уменьшение поглощенной энергии на 8– 12% при разности потенциалов электрического поля ОЗ ~80 кВ.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.

1. В. В. Цетлин, Махотин Д. Ю., В. Г. Митрикас, В. И. Редько, В. В. Милявский, Т. К.

Павлушкина. Взаимодействие электронных пучков с радиационнозаряжающимися неорганическими стеклами. //Тезисы XV международной конференции «Уравнения состояния вещества», Терскол–2000.

2. V. V. Tsetlin, V. I. Red’ko, V. V. Milyavskiy, V. G. Mitrikas, T. K. Pavlushkina, V. N.

Kochkin, D. U. Makhotin. Experimental Investigation of Charged State of Dielectric Radiation-Protective Covers. //Proc. 1st International Congress on Radiation Physics, High Current Electronic and Modification of Materials. Tomsk, 24-29 Sept. 2000. Proc.

11th Conf. on Radiation Physics and Chemistry. Vol. 11, p. 104–106.

3. В. В. Цетлин, Т. К. Павлушкина, В. В. Милявский, В. И. Редько, В. Н. Кочкин, Д.

Ю. Махотин. Радиоэлектреты – материалы для радиационной защиты. //Тезисы XVI международной конференции «Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество», Эльбрус–2001.

Pages:     | 1 | 2 || 4 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.