Введение к работе
Актуальность темы. Уже первые исследования показали, что наиболее ра-диацнонно стоіікнмн среди всех электроизоляционных материалов являются керамические материалы, широко применяемые в различных системах ядерного реактора.
Предыдущими исследователями частично изучена радиационная стойкость электрокерамик. Исследосапия в основном касались изучения воздействия различных видов радиации на макроскопические характеристики диэлектриков.
В частности, в настоящее время накоплен значительный экспериментальный материал о действии облучения нейтронами, которые влияют на электрофизические параметры посредством структурных изменений в результате упругого взаимодействия.
Такие виды взаимодействия характерны для быстрых н промежуточных нейтронов, которые сопровождаются передачей значительной энергии ядру атома с образованием большого количества точечных дефектов. Уже при флюенсе до 10:| нейтр/см2 все атомы твердого тела оказываются смещенными, а структура вещества претерпевает существенные изменения.
В ряде случаев такие радиационные дефекты могут быть восстановлены отжигом. При этом радиационное материаловедение обычно поезящено изучению этих процессов дефектообразовгшщ, отжига и связанных с этим изменением свойств материалов.
При облучении нейтронами широким энергетическим спектром происходят чрезвычайно сложные комплексные процессы.
Большое значение может иметь химический состав облучаемого материала. Тепловые нейтроны при взаимодействии с веществом участвуют глазным образом в реакции радиационного захвата ядром. Для них характерен иеупруган вид взаимодействия с образованием новых стабильных или радиоактивных атомов. Так как такой вид взаимодействия сопровождается единичными нарушениями в форме образования дочерних элементоз (трансмутангоя), то скорость их накопления на несколько порядков ниже, чем з первом случаен обычно при малых флюенсах их влияние на изменение свойств твердого тела не учитывается.
Однако при больших флюенсах нейтронов порядка 10!1-10:2 см2, концентрация новообразованных атомов может достигать уровня химической примеси
'. З ' . -
и привести к изменениям химического состава облучаемого материала, а также существенно повлиять на его электрофизические свойства.
Такие радиационные эффекты носят устойчивый характер и не могут быть устранены высокотемпературным отжигом.
Влияния этих процессов на свойства керамических диэлектриков не изучались. В настоящей работе впервые проводится попытка теоретически оценить возможный вклад трансмутантов в изменение диэлектрических свойств ряда промышленных керамических материалов.
Целью диссертационной работы является - определение влияния трансмутантов на диэлектрические характеристики неорганических (керамических) диэлектриков в области радиотехнических и электротехнических частот после облучения их нейтронами флюенсом порядка Ю-'-Ю-см-2. Для этого необходимо решение следующих задач:
-
Оценить вклад трансмутантов в изменении диэлектрических свойств {Р, е, tg5) керамических материалов в зависимости от температуры, частоты электрического поля и энергии активации в области релаксационных поляризационных процессов.
-
Определить область наиболее существенного влияния трансмутантов на диэлектрические характеристики электрокерамических материалов.
Научная новизна работы состоит в следующем:
-
Впервые теоретически показано, что при облучении неорганических (керамических) диэлектриков потоками нейтронов флюенсом 1021-1022 см-2 накопление трансмутантов может существенно изменить диэлектрические характеристики в области релаксационных поляризационных процессов.
-
Дана теоретическая оценка влияния трансмутантов на диэлектрические характеристики керамических материалов в зависимости от температуры, частоты электрического поля и энергии активации в области релаксационных частот. Без учета структурных дефектов показано существенное влияние трансмутантов в низкотемпературной области 300-373 К при энергии активации от 0,3 до 0,6 эВ.
-
Накопление трансмутантов вызывает увеличение диэлектрической проницаемости в области релаксационных частот, которое не зависит от частоты и температуры.
4. Существенное влияние трансмутантов на величину tg5 возможно в низкотемпературной области 300-373К при 0,3-0,5 эВ только на сравнительно высоких частотах Ю5-Ю7Гцнпри 0,5-0,63 эВ во всем диапазоне частот 50-Ю7 Гц.
Практическая ценность :
В работе впервые проведены определения влияния трансмутантов на диэлектрические свойства керамических материалов и их связь с химическим составом на примере двух облучений в реакторе БОР-60.
Проведение исследований с целью выяснения этих вопросов позволит прогнозировать поведение электрокерамических материалов в полях радиации, создавать новые керамические материалы с заранее заданной чувствительностью н необходимой радиационной стойкостью. Данные исследования помогут инженерам - конструкторам аппаратуры, работающей в условиях радиации, в правильном выборе электроизоляционных материалов.
На защиту выносятся положения:
-
После облучения эяектрокерамических материалов фліоенсом более 1022 нейт/см2 трансмутанты изменяют диэлектрические свойства облученной керамики, так как при определенных условиях влияние их на диэлектрические характеристики (Р, є, tg5) становятся существенными.
-
Областью существенного влияния трансмутантов на диэлектрические характеристики этих материалов является низкотемпературная область 300-373К при энергии активации 0,3-0,5 эВ на частотах Ю3-107 Гц и при значениях энергии активации 0,5-0,63 эВ во всем диапазоне частот 50-107 Гц.
-
Накопление трансмутантов вызывает увеличение диэлектрической проницаемости в области релаксационных частот, которые не зависят от частоты и температуры.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались
на научно-методическом семинаре учреждений высшего профессионального образования Дальневосточного региона (Благовещенск, БВТКУ, 1996), на научно-технических конференциях (Благовещенск: ДальГАУ; АмГУ, 1996), на 5-й Межотраслевой конференции по реакторному материаловедению (Димитровград. 1997), на семинаре ЛмурКНИИ ДВО РАН «Физика полупроводников и диэлек-
трихов».
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 11 работах.
Структура и объем диссертации, Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, библиографии и приложения. Изложена на 227 страницах машинописного текста, включая 25 рисунка, 40 таблиц и список цитируемой литературы, содержащей 131 наименований.
