CN106404651B - 脂肪族聚合物绝缘材料的空间辐照效应等效性评价方法 - Google Patents
脂肪族聚合物绝缘材料的空间辐照效应等效性评价方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106404651B CN106404651B CN201610911382.2A CN201610911382A CN106404651B CN 106404651 B CN106404651 B CN 106404651B CN 201610911382 A CN201610911382 A CN 201610911382A CN 106404651 B CN106404651 B CN 106404651B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- absorbed dose
- detected materials
- relation curve
- radiation source
- ionization
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N17/00—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Ecology (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
脂肪族聚合物绝缘材料的空间辐照效应等效性评价方法，涉及粒子辐射环境用脂肪族聚合物绝缘材料不同辐照源位移辐照效应的等效性评价方法。解决了现有的宇航用脂肪族聚合物空间辐照效应评价方法，评价误差大的问题。计算各辐射源在待测材料样品中的LET值、电离吸收剂量及射程；根据各辐射源在待测材料样品中的射程，确定待测材料样品的厚度，使每种辐射源对应一块待测材料样品进行辐照试验，使各辐射源的辐照粒子完全穿透所对应的待测材料样品的厚度；辐照后，制定各辐射源在辐照条件下微观结构分析获得的各物理量与电离吸收剂量关系曲线，及性能测试获得的各物理量与电离吸收剂量的关系曲线。本方法用于对脂肪族聚合物绝缘材料进行评价。
Description
技术领域
本发明涉及粒子辐射环境用脂肪族聚合物绝缘材料不同辐照源位移辐照效应的等效性评价方法。
背景技术
随着航天器可靠性要求的不断提高，对电连接器、继电器及电线电缆等电气元件的空间环境可靠性也提出了更高的要求。大量工程实践表明，由于电连接器、继电器及电线电缆的绝缘性能影响到电子设备工作的稳定性、可靠性，并对其寿命起决定作用，所以必须对宇航电连接器、继电器及电线电缆所用的绝缘材料进行研究。
绝缘材料可以分为两大类，聚合物绝缘材料和无机绝缘材料。其中，聚合物绝缘材料以其优异的电气绝缘性能、综合平衡性能、良好的加工成型性能，在航天器中有着广泛的应用。
在宇宙空间中存在大量的带电粒子，包括：地球辐射带、太阳宇宙射线及银河宇宙射线，其能量可达数十keV甚至数百MeV以上，同时也存在着穿透能力极强的各种射线，如γ射线。
空间实践表明，在空间服役时，来自空间的带电粒子和射线会引起聚合物绝缘材料的分子结构发生变化，从而导致绝缘材料的绝缘性能降低，直接影响到电气设备的可靠性。
由此可见，聚合物绝缘材料作为航天器上电气、电子器件的关键组成部分，其性能直接影响到仪器设备乃至航天器运行的可靠性和寿命。
因此，针对聚合物绝缘材料空间应用的需要，通过地面辐照试验有效地表征和评价聚合物绝缘材料空间辐射损伤行为是十分必要的。
迄今，国内外针对聚合物绝缘材料的研究主要集中于单一辐照源，包括带电粒子和各种射线的能量、注量对其性能及微观结构的影响，并没有深入探究不同辐照源作用下聚合物绝缘材料的辐照损伤机理的差异，并且对于不同辐照源作用下聚合物绝缘材料的辐照效应及损伤机理能否等效这一问题还不清楚。
因此，目前国际上针对聚合物空间辐照效应等效性的评价方法处于空白。这必然会导致空间用聚合物绝缘材料的空间辐照效应的评价不够准确，从而直接影响到仪器设备乃至航天器运行的可靠性和寿命。
发明内容
本发明是为了解决现有的宇航用脂肪族聚合物空间辐照效应评价方法，评价误差大的技术问题，本发明提供了一种宇航用脂肪族聚合物绝缘材料的空间辐照效应等效性评价方法。
脂肪族聚合物绝缘材料的空间辐照效应等效性评价方法，该方法包括如下步骤：
步骤一、根据各辐射源的能量、待测材料样品的化学组分及待测材料样品的密度，利用基于Monte Carlo方法的GEANT4模拟软件，计算各辐射源在待测材料样品中的LET值、电离吸收剂量及射程；
所述的待测材料样品为脂肪族聚合物绝缘材料；
所述的各辐射源包括Co源、电子、质子及重离子；
步骤二、根据各辐射源在待测材料样品中的射程，确定待测材料样品的厚度，且以各辐射源在待测材料样品中的最小射程作为待测材料样品的厚度；
步骤三、取四块待测材料样品，且每块待测材料样品的厚度均与步骤二中确定的待测材料样品的厚度相同，使每种辐射源对应一块待测材料样品进行辐照试验，使各辐射源的辐照粒子完全穿透所对应的待测材料样品的厚度；
步骤四、辐照后，对各待测材料样品进行微观结构分析和性能测试；
步骤五、根据步骤四获得的测试数据，制定各辐射源在辐照条件下的微观结构分析获得的各物理量与电离吸收剂量的关系曲线，及性能测试获得的各物理量与电离吸收剂量的关系曲线，作为对脂肪族聚合物绝缘材料辐照效应等效性的评价结果。
所述的微观结构分析的分析内容包括自由基、基团和化学成分；性能测试的测试内容包括力学性能、介电性能、绝缘性能及光学性能。
步骤五中，微观结构分析获得的各物理量与电离吸收剂量的关系曲线包括自由基与电离吸收剂量的关系曲线、基团与电离吸收剂量的关系曲线和化学成分与电离吸收剂量的关系曲线；
性能测试获得的各物理量与电离吸收剂量的关系曲线包括力学性能与电离吸收剂量的关系曲线、介电性能与电离吸收剂量的关系曲线、绝缘性能与电离吸收剂量的关系曲线及光学性能与电离吸收剂量的关系曲线。
本发明带来的有益效果是，依据本发明方法对脂肪族聚合物绝缘材料进行等效评价，在辐照粒子能够完全穿透被测材料样品整体厚度的情况下，不同辐照源粒子均对该类聚合物绝缘材料造成的损伤以电离损伤为主，材料性能的退化程度与辐照源无关，即不存在LET效应，只与电离吸收剂量有关；本发明等效方法操作简单，评价结果的准确度高。
附图说明
图1为本发明所述的脂肪族聚合物绝缘材料的空间辐照效应等效性评价方法的流程图；
图2为Co-60、1MeV电子及10MeV质子辐照条件下，交联乙烯-四氟乙烯共聚物(XETFE)绝缘材料的介电常数随着电离吸收剂量的演化曲线；
图3为Co-60、1MeV电子及10MeV质子辐照条件下，交联乙烯-四氟乙烯共聚物(XETFE)绝缘材料的绝缘电阻随着电离吸收剂量的演化曲线；
图4为Co-60、1MeV电子及10MeV质子辐照条件下，XETFE绝缘材料的断裂延伸率随着电离吸收剂量的演化曲线；
图5为Co-60、1MeV电子及10MeV质子辐照条件下，XETFE绝缘材料的终止融化温度随着电离吸收剂量的演化曲线；
图6为1MeV电子和10MeV质子辐照条件下，脂肪族聚合物绝缘材料聚乙烯(PE)的拉伸强度与电离吸收剂量关系曲线；
图7为1MeV电子和10MeV质子辐照条件下，脂肪族聚合物绝缘材料聚乙烯(PE)的断裂延伸率与电离吸收剂量的关系曲线；
图8为1MeV电子和10MeV质子辐照条件下，两种脂肪族聚合物绝缘材料聚四氟乙烯(PTFE)的拉伸强度与电离吸收剂量的关系曲线；
图9为1MeV电子和10MeV质子辐照条件下，两种脂肪族聚合物绝缘材料聚四氟乙烯(PTFE)的断裂延伸率与电离吸收剂量的关系曲线。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的脂肪族聚合物绝缘材料的空间辐照效应等效性评价方法，该方法包括如下步骤：
步骤一、根据各辐射源的能量、待测材料样品的化学组分及待测材料样品的密度，利用基于Monte Carlo方法的GEANT4模拟软件，计算各辐射源在待测材料样品中的LET值、电离吸收剂量及射程；
所述的待测材料样品为脂肪族聚合物绝缘材料；
所述的各辐射源包括Co源、电子、质子及重离子；
步骤二、根据各辐射源在待测材料样品中的射程，确定待测材料样品的厚度，且以各辐射源在待测材料样品中的最小射程作为待测材料样品的厚度；
步骤三、取四块待测材料样品，且每块待测材料样品的厚度均与步骤二中确定的待测材料样品的厚度相同，使每种辐射源对应一块待测材料样品进行辐照试验，使各辐射源的辐照粒子完全穿透所对应的待测材料样品的厚度；
步骤四、辐照后，对各待测材料样品进行微观结构分析和性能测试；
步骤五、根据步骤四获得的测试数据，制定各辐射源在辐照条件下的微观结构分析获得的各物理量与电离吸收剂量的关系曲线，及性能测试获得的各物理量与电离吸收剂量的关系曲线，作为对脂肪族聚合物绝缘材料辐照效应等效性的评价结果。
本实施方式中，当各辐射源在相同坐标关系下的曲线重合，则证明各辐射源可相互等效，各辐射源在相同坐标关系下的曲线越趋近于一致，则证明各辐射源的特性越趋于一致。
步骤二中，由于各辐射源的辐照粒子在待测材料样品内部的射程不同，评价不同辐照源(Co60、高低能电子、高低能质子及各总能量重离子)条件下聚合物绝缘材料的辐照损伤效应时可能会遇到两种情况；
一种情况，辐照粒子能够完全穿透待测材料样品的整体厚度，即能够对待测材料样品造成均匀性损伤，适用于评价材料的整体性能；
另一种情况，辐照源粒子射程较短(小于待测材料样品厚度)，对待测材料样品造成非均匀性损伤，难于评价材料的整体性能，适合评价表面性能。
因此，本申请以各辐射源在待测材料样品中的最小射程作为待测材料样品的厚度；使各辐射源的辐照粒子完全穿透所对应的待测材料样品的厚度；在同等条件下进行辐照试验，提高测试结果的精确度。
辐照后对聚合物绝缘材料进行微观结构分析，测试时应满足各种分析仪器设备对测试样品的要求。通常，在辐照试验后应在短时间内进行测试，特别是对聚合物绝缘材料内部自由基的测试。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一所述的脂肪族聚合物绝缘材料的空间辐照效应等效性评价方法的区别在于，所述的微观结构分析的分析内容包括自由基、基团和化学成分；性能测试的测试内容包括力学性能、介电性能、绝缘性能及光学性能。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二所述的脂肪族聚合物绝缘材料的空间辐照效应等效性评价方法的区别在于，步骤五中，微观结构分析获得的各物理量与电离吸收剂量的关系曲线包括自由基与电离吸收剂量的关系曲线、基团与电离吸收剂量的关系曲线和化学成分与电离吸收剂量的关系曲线；
性能测试获得的各物理量与电离吸收剂量的关系曲线包括力学性能与电离吸收剂量的关系曲线、介电性能与电离吸收剂量的关系曲线、绝缘性能与电离吸收剂量的关系曲线及光学性能与电离吸收剂量的关系曲线。
由图2至图5可知，不同辐射源辐照条件下XETFE绝缘材料的性能退化与电离吸收剂量能够较好地满足一定的关系。这说明该材料由不同辐照源导致的性能退化只取决于电离吸收剂量与辐照源无关。基于上述分析结果可以充分说明，针对XETFE这种聚合物绝缘材料，不存在LET效应，即Co-60、1MeV电子及10MeV质子辐照源是可以相互等效的。
图6和图9为1MeV电子和10MeV质子辐照条件下两种脂肪族聚合物绝缘材料聚乙烯(PE)和聚四氟乙烯(PTFE)拉伸性能(拉伸强度和断裂延伸率)与电离吸收剂量关系曲线。试验结果表明，针对这两种材料，1MeV电子和10MeV质子之间也是可以等效的。
Claims (3)
1.宇航用脂肪族聚合物绝缘材料的空间辐照效应等效性评价方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤一、根据各辐射源的能量、待测材料样品的化学组分及待测材料样品的密度，利用基于Monte Carlo方法的GEANT4模拟软件，计算各辐射源在待测材料样品中的LET值、电离吸收剂量及射程；
所述的待测材料样品为脂肪族聚合物绝缘材料；
所述的各辐射源包括Co源、电子、质子及重离子；
步骤二、根据各辐射源在待测材料样品中的射程，确定待测材料样品的厚度，且以各辐射源在待测材料样品中的最小射程作为待测材料样品的厚度；
步骤三、取四块待测材料样品，且每块待测材料样品的厚度均与步骤二中确定的待测材料样品的厚度相同，使每种辐射源对应一块待测材料样品进行辐照试验，使各辐射源的辐照粒子完全穿透所对应的待测材料样品的厚度；
步骤四、辐照后，对各待测材料样品进行微观结构分析和性能测试；
步骤五、根据步骤四获得的测试数据，制定各辐射源在辐照条件下的微观结构分析获得的各物理量与电离吸收剂量的关系曲线，及性能测试获得的各物理量与电离吸收剂量的关系曲线，作为对脂肪族聚合物绝缘材料辐照效应等效性的评价结果。
2.根据权利要求1所述的宇航用脂肪族聚合物绝缘材料的空间辐照效应等效性评价方法，其特征在于，所述的微观结构分析的分析内容包括自由基、基团和化学成分；性能测试的测试内容包括力学性能、介电性能、绝缘性能及光学性能。
3.根据权利要求2所述的宇航用脂肪族聚合物绝缘材料的空间辐照效应等效性评价方法，其特征在于，步骤五中，微观结构分析获得的各物理量与电离吸收剂量的关系曲线包括自由基与电离吸收剂量的关系曲线、基团与电离吸收剂量的关系曲线和化学成分与电离吸收剂量的关系曲线；
性能测试获得的各物理量与电离吸收剂量的关系曲线包括力学性能与电离吸收剂量的关系曲线、介电性能与电离吸收剂量的关系曲线、绝缘性能与电离吸收剂量的关系曲线及光学性能与电离吸收剂量的关系曲线。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610911382.2A CN106404651B (zh) | 2016-10-19 | 2016-10-19 | 脂肪族聚合物绝缘材料的空间辐照效应等效性评价方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610911382.2A CN106404651B (zh) | 2016-10-19 | 2016-10-19 | 脂肪族聚合物绝缘材料的空间辐照效应等效性评价方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106404651A CN106404651A (zh) | 2017-02-15 |
| CN106404651B true CN106404651B (zh) | 2019-03-29 |
Family
ID=58012275
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610911382.2A Active CN106404651B (zh) | 2016-10-19 | 2016-10-19 | 脂肪族聚合物绝缘材料的空间辐照效应等效性评价方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106404651B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108303629B (zh) * | 2018-02-08 | 2020-09-15 | 哈尔滨工业大学 | 一种确定辐照源在双极晶体管中产生辐射效应的方法 |
| CN108334706B (zh) * | 2018-02-09 | 2021-10-01 | 哈尔滨工业大学 | 双极器件位移损伤引起的性能退化的等效评价方法 |
| CN108346565B (zh) * | 2018-02-09 | 2020-06-09 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于电离辐照诱导位移缺陷退火的方法 |
| CN108345746B (zh) * | 2018-02-09 | 2021-05-04 | 哈尔滨工业大学 | Mos工艺器件电离损伤引起的性能退化的等效评价方法 |
| CN108333212B (zh) * | 2018-02-09 | 2020-10-30 | 哈尔滨工业大学 | 基于自由基含量预测辐致聚合物基复合材料热膨胀系数的方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103091698A (zh) * | 2013-01-23 | 2013-05-08 | 哈尔滨工业大学 | 一种质子/电子综合辐照束流注量的检测方法 |
| CN103116176A (zh) * | 2013-01-23 | 2013-05-22 | 哈尔滨工业大学 | 电子元器件带电粒子辐照效应地面等效注量计算方法 |
-
2016
- 2016-10-19 CN CN201610911382.2A patent/CN106404651B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103091698A (zh) * | 2013-01-23 | 2013-05-08 | 哈尔滨工业大学 | 一种质子/电子综合辐照束流注量的检测方法 |
| CN103116176A (zh) * | 2013-01-23 | 2013-05-22 | 哈尔滨工业大学 | 电子元器件带电粒子辐照效应地面等效注量计算方法 |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| CMOS器件60Coγ射线、电子和质子电离辐射损伤比较;何宝平 等;《物理学报》;20060712;第55卷(第7期);第3546-3551页 |
| Effects of radation types and dose rates on selected cable-insulating materials;F.Hanisch et al.;《European organization for nuclear research》;19870318;第1-19页 |
| 不同粒子辐射条件下CC4013器件辐射损伤研究;李兴冀 等;《物理学报》;20130308;第65卷(第5期);第058502-1至058502-5页 |
| 纳米粒子改性硅橡胶空间辐照损伤效应及机理;邸明伟;《万方学位论文》;20130305;第30-35页 |
| 聚硅氧烷辐射效应研究进展;姜志钢 等;《化学进展》;20051124;第17卷(第6期);第1096-1011页 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106404651A (zh) | 2017-02-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106404651B (zh) | 脂肪族聚合物绝缘材料的空间辐照效应等效性评价方法 | |
| Johnson et al. | Parametric study of PV arc-fault generation methods and analysis of conducted DC spectrum | |
| Lozano et al. | Total electron scattering cross sections from para-benzoquinone in the energy range 1–200 eV | |
| Adili et al. | Application of pulsed x-ray induced partial discharge measurements | |
| Chalashkanov et al. | Re-examination of the dielectric spectra of epoxy resins: bulk charge transport and interfacial polarization peaks | |
| CN102621577A (zh) | 混合离子束各成分束流强度及注入剂量的实时监测方法 | |
| CN106404810B (zh) | 芳香族聚合物绝缘材料的位移辐射损伤等效性评价方法 | |
| Zhou et al. | Investigation of charge transport in LDPE/SiO 2 nanocomposite based on the simultaneous observation of charge and current behaviour | |
| Abdelmalik et al. | Statistical analysis of dielectric breakdown of liquid insulated printed circuit boards | |
| Nagi et al. | Ionizing radiation generated by the electrical discharges from medium and high voltage in the air | |
| Piasecki et al. | Centrality dependence of subthreshold ϕ meson production in Ni+ Ni collisions at 1.9 A GeV | |
| CN104535598A (zh) | 加速器质谱测量微粒中铀同位素丰度比的方法 | |
| Jaster-Merz et al. | Development of a silicon strip detector for novel accelerators at SINBAD | |
| CN109521295A (zh) | 一种低剂量率辐照损伤增强效应判定方法 | |
| CN108562831A (zh) | 一种绝缘材料的检测方法及制造方法 | |
| Gabler et al. | Effect of the non-linear electric conductivity of mineral insulating oil on the dielectric strength at high DC voltage stress | |
| Belhaj et al. | Charging behavior of Al2O3 and AlN under positive and negative charge injection using a kV electron beam | |
| Strauchs et al. | The impact of electrical field stress on the volume conductivity of syntactic foam | |
| Bachiller-Perea et al. | New energy calibration of the CMAM 5MV tandem accelerator | |
| Putnam et al. | Effect of diffusion on the peak value of energy loss observed in a LArTPC | |
| Constantin et al. | Positron annihilation spectroscopy studies of implanted polymer membranes | |
| Grav et al. | PD occurrence in liquids in ac stressed needle plane gap | |
| CN108333212A (zh) | 基于自由基含量预测辐致聚合物基复合材料热膨胀系数的方法 | |
| Zimmermann | Development of the fast timing P¯ A N D A Barrel Time-of-Flight detector | |
| Wolf et al. | A beam-driven proton irradiation setup for precision radiation damage tests of silicon detectors |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |