27 Ulimovu Mart 2010популярный!

Обсуждаются требования нормативных
документов
к
выбору
источников
ионизирующих излучений при испытаниях ИЭТ
на радиационную стойкость, требования к
обеспечению
дозиметрии
и
измерению
характеристик ИЭТ.
Показана реализация этих требований
на примере испытательного центра ФГУП
«НИИП» (г. Лыткарино).
СОСТАВЛЯЮЩИЕ
радиационных испытаний ИЭТ:
- обеспечение воздействия ИИ
в соответствии с требованиями ГОСТ;
- обеспечение дозиметрии ИИ
в соответствии с требованиями ГОСТ;
- измерение характеристик ИЭТ
в соответствии с требованиями ТЗ.
ТРЕБОВАНИЯ
ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ИСПЫТАНИЙ
Средства измерений на экспериментальных базах
должны быть аттестованы в установленном порядке, а также
обеспечивать получение при КАЖДОМ ИСПЫТАНИИ
следующих данных:
- интегральных потоков ИИ и экспозиционных доз ИИ
с суммарной погрешностью не более ±20%;
- максимальных мощностей экспозиционных доз и плотностей
потоков энергии ИИ с суммарной погрешностью не более
±30%;
- амплитудно-временных характеристик (форм и
эффективных длительностей импульсов) с погрешностью не
более ±30%.
Согласно закону РФ «Об обеспечении единства
измерений» в социально значимых, а также важнейших для
государства сферах деятельности, таких, как обеспечение обороны
страны, единство измерений обеспечивается осуществлением
Государственного метрологического контроля и надзора (ГМКиН) за
соблюдением установленных метрологических правил и норм.
Отдел метрологии ионизирующих излучений ФГУП «НИИП»
аккредитован по следующим видам деятельности:
- поверка средств измерений (СИ);
- аттестация методик выполнения измерений (МВИ) и
метрологическая экспертиза документации;
- радиационные измерения;
- аттестация испытательного оборудования;
- калибровка СИ.
В
отделе
метрологии
ионизирующих
излучений
разработан
набор
методик
выполнения
измерений,
обеспечивающих определение основных характеристик полей ИИ РУ
с требуемой точностью.
Методики выполнения измерений
Наименование, номер методики
Определяемая
величина,
погрешность
РУ,
на которых
используются
методики
1
2
3
4
1
Методика определения флюенса
нейтронов с энергией более 0,1 МэВ.
М-159
1011 – 1015
нейтр.∙см-2
20%
РУЯР
Методика измерений экспозиционной
дозы гамма-излучений с помощью
детектора СГД-8.
М-158
5∙103 – 2∙106
Р·см-2
15%
ГУ-200,
АГАТ-С,
3
Методика измерений максимальной
мощности экспозиционной дозы
гамма-излучения.
М-160
2∙104 – 6∙108
Р·с-1
30%
Импульсные
РУЯР
4
Методика определения
максимальной плотности потока
нейтронов.
М-161
1013 – 5∙108
нейтр.∙см-2·с-1
30%
Импульсные
РУЯР
№
п/п
2
«Исследователь»
продолжение таблицы
1
2
3
4
5
Методика измерений
экспозиционной дозы фотонного
излучения НСИ АИСТ-5 с ТЛД ПСТ.
М-162
1 – 5·105 Р
20%
ГУ-200,
РИУС-5,
ЛИУ-10,
УИН-10
6
Методика измерений максимальной
мощности экспозиционной дозы.
М-163
106 – 1013
Р·с-1
30%
РИУС-5,
ЛИУ-10
7
Методика выполнения измерений
потока электронов, плотности
потока электронов, флюенса
электронов, потока энергии и
флюенса энергии электронного
излучения.
М-173
2∙109 – 2∙1013 с-1
2∙108 – 6∙1012 с-1см-2
2∙1010 – 2∙1016 см-2
1,0 – 5,0 Вт
10-1 – 5∙10-1 Вт·см-2
100 – 5∙102 Дж·см-2
6-10%
8
Методика измерений
экспозиционной дозы фотонного
излучения НСИ АИСТ-5 с ТЛД-500К.
М-170
10-2 – 10 Р
20%
РИУС-5
Высшим звеном в метрологической цепи
передачи размеров единиц физических величин являются
эталоны.
Эталон единицы - это СИ (или комплекс СИ),
обеспечивающее воспроизведение и хранение единицы с
целью передачи ее размера нижестоящим по поверочной
схеме СИ, выполненное по особой спецификации и
официально утвержденное в установленном порядке в
качестве эталона.
Создание, хранение, применение эталонов и
контроль
за
их
состоянием
регламентируются
требованиями действующих стандартов: ГОСТ 8.057.80
«ГСИ. Эталоны единиц физических величин. Основные
положения» и ГОСТ 8.372-80 «ГСИ. Эталоны единиц
физических величин. Порядок разработки, утверждения,
регистрации, хранения и применения».
Эталоны ФГУП «НИИП»
№
п/п
1
1
2
3
Наименование
Разряд
Воспроизводимые
единицы,
погрешность
2
3
4
5
Вторичн.
Флюенс нейтронов от
109 до 1014 нейтр·см-2
Погрешность 6-20%
Комплекс
СИ
I
Дифференциальный
спектр нейтронов в
диапазоне энергий
0,5 эВ - 18 МэВ
Погрешность 10-40%
РУЯР
БАРС-4
Вторичн.
Активность 102-105 Бк
Погрешность 4%
Радиометр
типа 20046
Эталон флюенса и
плотности потока
нейтронов
ВЭТ-51-1-87
Моделирующее
опорное поле
нейтронов МОП-1
Радиометрическая
установка
ОСУ-П-2
Реализация
Эталоны ФГУП «НИИП» (продолжение)
1
4
5
6
7
8
2
Радиометрическая
установка
КРОНА-П-04
Эталон ЭД и МЭД
ВЭТ-8-13-92
Эталон ЭД и МЭД на
РУ «Исследователь»
Эталон экспозиционной дозы и её
мощности на базе
дозиметра 27012
Эталон
экспозиционной
дозы и её мощности
на РУ «Гамма»
3
4
5
II
Активность 102-106 Бк
при энергиях
0,059 - 3,0 МэВ
ППД типа
EGPC20
II
Доза 7,7·10-2- 5,1·102 Р
Мощность дозы
5,8·10-3- 3,9·10-1 Р·с-1
РУ АГАТ-С
I
Мощность дозы
12,5 Р·с-1
Погрешность 3,5%
РУ
«Исследова
тель»
Мощность дозы
1 мР·ч-1 - 100 Р·с-1
Погрешность 3,5%
Дозиметр
типа 27012
I
II
Мощность дозы
1,9 - 172,2 мР·ч-1
Погрешность 4,8%
РУ «Гамма»
Эталоны ФГУП «НИИП» (окончание)
1
2
9
Эталон поглощённой
дозы и её мощности
на базе дозиметра
М-2300
10
11
Эталон потока
электронов на базе
цилиндра Фарадея
Эталон потока
электронов, потока
энергии и энергии
электронного
излучения на базе
Комбинированного
цилиндра Фарадея
3
4
5
I
Доза 4·10-4 - 104 Гр,
мощность дозы
2·10-4 – 200 Гр·мин-1
Дозиметр
типа М-2300
I
Поток электронов
2·104 - 2·1013 с-1
при энергиях
0,15 – 8,0 МэВ
Цилиндр
Фарадея
ЦФ-2
I
Поток электронов
2·109- 2·1013 с-1,
поток энергии
электронов 1,5 – 3 Вт,
энергия электронов
4 – 8 МэВ,
погрешность 6-10%
Комбинированный
цилиндр
Фарадея
КЦФ-1
Перечень спецфакторов «Кл - 7»,
обеспечиваемых
моделирующими установками НИИП
Факторы ЯВ и ЯЭУ
Барс - 4
РИУС - 5,
ЛИУ - 10,
УИН - 10
7И1 = 1012 - 5.10 14
7И3 = 1016 -10 19
7И4 - по СЭС
7И5 - для тип.
формы имп. №2
7И7 = 102 - 105
7С1 = 1012
7С3 - по СЭС
7И6 =107 -1012
(УИН - 10 по 7И7
до 105)
7И8 - 7И10 поСЭС
7И11 - тип.
формам №1,
(РИУС - 5) и №2
УИН - 10
Факторы КП
ГУ - 200,
АГАТ - С,
ГАММАРИД-М
7И7 = 103 - 106
7С4 = 105 - 108
Электроника,
Сириус - 3200,
Калифорний
7К1 =104 - 6.107
7К3 - по СЭС
7К11 , 7К12 - по
плотн. частиц
и СЭС ТЗЧ
И - 2 (ИТЭФ),
И - 100 (ИФВЭ)
7К4 = 105 - 106
7К6 - по СЭС
Обеспечение испытаний на всех моделирующих установках в рабочем диапазоне
температуры окружающей среды (-60 - +125оС)
Обеспечение испытаний на воздействия повышенной и пониженной температуры
и механических нагрузок после воздействия ИИ.
Тип моделирующей установки и место
расположения образцов выбирают в зависимости
от значений характеристик ИИ, указанных в ТЗ,
стандартах и ТУ на изделия,
исходя из необходимости обеспечения в местах
размещения испытываемых ИЭТ максимального
приближения амплитудно-временных и
спектрально-энергетических характеристик
излучений МУ к реальным условиям и
неравномерности облучения по всей поверхности
не более 30%.
Характеристики гамма-установок
на основе изотопа радионуклида
кобальт-60 ФГУП «НИИП»
1.Изотопная облучательная установка
на базе гамма-терапевтического аппарата АГАТ-С.
Мощность экспозиционной дозы: (1,710-31,110-1) Р/с.
Размеры аттестованного облучательного объёма (в пределах 3% по
экспозиционной дозе) гамма-излучения в рабочих точках установки
(ширина d, высота h) представлены в таблице:
Точка
1
2
3
4
5
6
7
8
9
R, м
0,85
1,00
1,40
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
8,00
d x h, см2
9х10
12х13 16х20 24х28 34х38 46х50 60х66 72х80 80х90
Характеристики гамма-установок ФГУП «НИИП»
(окончание)
Изотопная облучательная установка на базе гамматерапевтического аппарата АГАТ-С аттестована в качестве
вторичного эталона единиц экспозиционной дозы и мощности
экспозиционной дозы, свидетельство № 763/08 выдано 05.06.08
ФГУП «ВНИИМ им.Д.И.Менделеева».
2.Изотопная кобальтовая установка ГУ-200
Мощность экспозиционной дозы: (1,1143) Р/с.
Размеры аттестованного облучательного объёма: 441 м3.
Изотопная кобальтовая установка ГУ-200 аттестована в качестве
эталона 2 разряда мощности экспозиционной дозы, свидетельство
№ 2/11-09 выдано 29.05.2009 ФГУП «НИИП».
3. Изотопная кобальтовая установка «Гамма-Н»
Мощность экспозиционной дозы: (0,162,8) Р/мин.
Размеры аттестованного облучательного объёма: область
однородного (в пределах 6 %) поля излучения на расстояниях
2 м и 3 м от крышки выходного окна имеет диаметр не менее
100 и 200 см, соответственно.
К рекомбинации > 2
(10 кэВ/Со60)
К усиления дозы = 1…40
К мощности дозы = 1…>20
К, рад (SiO2) / P
100
10
1
2
1
0,1
0,01
0,1
1
Е, МэВ
Расчетная зависимость отношения плотности
поглощенной энергии в чувствительном слое SiO2 КМОП ИС
(корпус - ковар толщиной 100 мкм ), рад(SiO2),
к экспозиционной дозе Р от энергии фотонов:
1 - расчет с учетом реальной структуры ИС (в диапазоне Е > 100 кэВ
перед корпусом размещался дополнительный слой алюминия
толщиной 2 мм для обеспечения условий электронного
равновесия в чувствительном слое),
2 - расчет для условий электронного равновесия.
Зависимости сдвига порогового напряжения n-MOП
транзистора от дозы облучения при различных
мощностях дозы
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ВЛИЯНИЯ
ИНТЕНСТВНОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ НА БТ И ЛИНЕЙНЫЕ ИС
Тип ИЭТ
Горизонтальный
БТ(LPNP)
Вх.
каскад
-
Критич.
парам.
Pγн,
pад(Si)/c
Pγн,
pад(Si)/c
Кр
Dγ,
pад(Si)
Лит.
∆Ib
0,001
0,01
0,1
294
294
294
9,7
6,9
2,9
20
[1]
∆Ib
0,001
0,01
0,1
294
294
294
16,4
10,0
2,7
20
Вертикальный
БТ(SPNP)
-
LM124 (ОУ)
SPNP
(БТ)
∆Iвх.см
0,03 (*)
0,03 (**)
30
30
5,0
10,0
100
[20]
LM224 (ОУ)
SPNP
(БТ)
∆Iвх.см
0,03 (**)
30
1,7
40
[20]
LM111
(компаратор)
PNP
(БТ)
∆Iвх.см
0,005
50
4,7
10
[21]
[1]
Продолжение таблицы
Тип ИЭТ
Вх.
каскад
Критич.
парам.
Pγн,
pад(Si)/c
Pγн,
pад(Si)/c
Кр
Dγ,
pад(Si)
Лит.
LM108
(компаратор)
NPN
(БТ)
∆Iвх.см
0,02
50
1,0
10
[21]
Дискретные
БТ
-
0,02
50
1,0
10
LM311
(компаратор)
PNP
(БТ)
∆Iвх.см
5,5
0,55
0,008
28
28
28
1,4
1,7
17,0
40
[22]
ОР 470 (ОУ)
NPN
(БТ)
∆Iвх.см
5,5
0,55
0,008
28
28
28
~1,0
~ 1,0
0,3
40
[22]
Дискретные
БТ
PNP,
NPN
(БТ)
∆Ib/Dγ,
Dγ→0
0,075
140-150
2,87,0
-
ФГУП
«НИИП»
∆Ib
[3]