Вестник МГТУ. 2017, №4.

Вестник МГТУ. 2017. Т. 20, № 4. С. 729–733. DOI: 10.21443/1560-9278-2017-20-4-729-733 729 УДК 539.1.07:621.382.21.3 Н. Н. Морозов, В. С. Гнатюк Метод защиты электронной аппаратуры от импульсного рентгеновского излучения Рентгеновские установки с высокой мгновенной интенсивностью применяются в ходе неразрушающего контроля массивных изделий, при радиационных испытаниях, а также для придания новых свойств различным полимерным материалам. В этих условиях входные каскады измерительных систем, призванных контролировать параметры процессов, подвержены воздействию мощного потока рентгеновского излучения, который порождает лавины вторичных электронов в чувствительной части первичных измерительных преобразователей, что приводит к выходу их из строя или временной неработоспособности из-за тиратронного эффекта в р - n- переходах полупроводниковых электронных устройств. Представлен метод шунтирования цепей питания в реальном масштабе времени, применяемый для защиты входных каскадов электронных устройств, находящихся в зоне ионизации. Шунтирование обеспечивается посредством создания в защитном устройстве высокой проводимости тем же потоком излучения. Рассмотрена возможность разработки защитных устройств на основе полупроводниковых камер со стенками с высокой тормозной способностью. Излучение формирует в стенке камеры высокий уровень потока вторичных электронов, которые пронизывают пластину из полупроводника с высокой подвижностью электронов проводимости. Электроны проводимости образуются в полупроводнике на последних стадиях электронных лавин, вызванных высокоэнергетичными вторичными электронами. Такая возможность подтверждена расчетами защитных свойств конкретной камеры со стенкой из свинца, в которую помещена пластина из арсенида галлия (толщина стенки равна средней длине свободного пробега фотоэлектрона). В этом случае соблюдается условие электронного равновесия, т. е. число вторичных электронов, рожденных в стенке вследствие внутреннего фотоэффекта, будет равно числу электронов, поглощенных стенкой, но при этом поток рентгеновских фотонов заметно не меняется. Выполнение этого условия дает наибольший шунтирующий эффект. Ключевые слова: электронное оборудование, защита, шунтирование, импульсное рентгеновское излучение. Введение В настоящее время радиационные технологии получили широкое распространение; они применяются в ходе радиационных испытаний, при проведении исследований в области физической химии, медицины и т. д. Для контроля процессов, протекающих в зоне ионизации, необходимо иметь измерительные системы, способные регистрировать эффект сразу после действия импульса излучения [1]. Определение параметров этих процессов сопряжено с рядом трудностей, связанных с наведенной проводимостью в полупроводниковых приборах регистрирующей аппаратуры. Особенно подвержены данному воздействию полупроводниковые датчики и входные каскады измерительных систем. Внутренний фотоэффект приводит к наведенной излучением проводимости в полупроводниковых приборах, что при наличии напряжений питания создает в них значительные токи, и выделению высоких плотностей энергии, способствующих выходу из строя электронных систем. Материалы и методы Теоретические основы метода Отключение питания первичных преобразователей в реальном масштабе времени посредством шунтирования цепи питания – один из возможных способов защиты электронных систем, находящихся в зоне ионизации мощных импульсных рентгеновских установок. Для данной цели применяются устройства, в которых наводится значительная проводимость этим же излучением, что позволяет по меньшей мере на 2–3 порядка уменьшать напряжения, подаваемые на первичные преобразователи, тем самым сохранять их работоспособность для регистрации процессов, протекающих сразу после прохождения мощного импульса излучения. В качестве шунтирующего элемента целесообразно выбирать полупроводник с высокой подвижностью основных носителей заряда, малым временем жизни носителей и относительно широкой запрещенной зоной. Указанным условиям наиболее всего отвечает арсенид галлия [2, с. 14]. В полупроводнике под действием рентгеновского излучения в результате внутреннего фотоэффекта возникают лавины вторичных электронов. Электроны, рожденные на последних стадиях лавин, определяют наведенную проводимость σ = en µ, (1) где е – заряд электрона; µ – подвижность электронов в полупроводнике; n – концентрация электронов проводимости.