Экспозиционной дозы гамма излучения

ГОСТ 27602-88(МЭК 544.1-77)Группа Е39

МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ

Electrical insulating materials. Methods for determining the effects of ionizing radiation

Срок действия с 01.01.89до 01.01.94*________________________________* Ограничение срока действия снято по протоколу N 3-93 Межгосударственного Совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС N 5/6, 1993 год). — Примечание изготовителя базы данных.

1. ВНЕСЕН Министерством электротехнической промышленности СССР

3. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

______________* На территории Российской Федерации действует ГОСТ 8865-93, здесь и далее по тексту. — Примечание изготовителя базы данных.

Часть 1. ВОЗДЕЙСТВИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ

В настоящем стандарте широко представлены проблемы, связанные с оценкой влияния ионизирующего излучения на электроизоляционные материалы всех типов. Стандарт является руководством по дозиметрической терминологии, методам определения экспозиционной и поглощенной дозы, а также методам расчета поглощенной дозы.

2. Изменения, вызванные радиацией

2.1. Постоянные измененияПостоянные эффекты, обусловленные химической реакцией, изменяются в зависимости от поглощенной дозы и в некоторых ситуациях зависят от мощности дозы. Часто эти эффекты зависят как от условий окружающей среды, так и от механических нагрузок, воздействующих на материал во время облучения. В результате ухудшаются механические свойства, что часто сопровождается значительными изменениями электрических свойств.

2.2. Временные измененияВременные влияния облучения определяются, прежде всего, изменениями электрических свойств, таких как наведенная проводимость как во время облучения, так и спустя некоторое время после него. Эти эффекты, прежде всего, зависят от мощности дозы облучения.

3. Оценка поля излучения

3.1. Во всех случаях характеристику радиационного поля излучения надо дать таким образом, чтобы можно было произвести расчет полученной дозы при помещении любого материала в данное поле. Необходимо установить стандартные методы измерения характеристик радиационных полей, воздействие которых должны испытывать электроизоляционные материалы. Разд.2 отвечает этому требованию и является своеобразным перечнем радиационных дозиметрических методов с соответствующими ссылками.

В настоящее время усовершенствованы методы оценки, позволившие получать данные для расчета поглощенной дозы и мощности поглощенной дозы облучения, путем оценки с помощью таких детекторов, как ионизационные камеры, калориметры или химические дозиметры.В разд.2 приведены надежные и удобные методы таких измерений, а в разд.3 содержатся данные, включая зависящие от энергии факторы, которые используются при расчетах. Однако в разд.3 рассматривается только фотонное излучение. Природа воздействия, обусловленная нейтронами с энергией менее 1 МэВ, различна. Большая часть энергии передается в данном случае в виде упругого рассеивания и переноса зарядов и не имеет отношения к воздействию фотонной радиации.

5.1. Постоянные эффектыЦель стандартизации испытательных методов — создание единообразных методов, которые следует использовать при определении относительной радиационной стойкости электроизоляционных материалов. Рабочий индекс может быть механический и (или) электрический в зависимости от основной функции материала при его использовании.

5.1.2. Условия окружающей средыКак указывалось выше, и рабочая температура (во время и после облучения), и атмосфера (особенно кислород воздуха и влага) могут значительно повлиять на эффект, получаемый от действия радиации. Имеются указания на то, что на разные материалы температура оказывает различное воздействие: одни материалы подвержены ускоренному старению, другие имеют более высокую стойкость к старению в определенном диапазоне температур. Температура является также важным фактором в присутствии кислорода; при достаточно высокой температуре помимо радиационного окисления происходят нормальные процессы термического окисления. Антиоксиданты, которые обычно добавляют в изоляцию для уменьшения окисления, могут, по-видимому, терять свою активность при радиолизе. Поэтому вопрос о совместном рассмотрении нагревостойкости и стойкости к излучению актуален так же, как и положения, выдвинутые в Публикации МЭК 216.Кислород может оказывать большее воздействие при низкой дозе мощности, чем при высокой, так как у него будет больше времени для диффузии. Таким образом, может случиться так, что при облучении некоторых материалов на открытом воздухе будут наблюдаться большие различия в результатах между кратковременным облучением дозой высокой мощности и длительным облучением дозой низкой мощности, что и подтверждается практикой.

5.2. Временные эффектыИзмерение наведенной проводимости дело довольно тонкое, так как фотоэлектроны и комптоновские электроны в материале электродов будут стремиться исказить наведенный ток в самих образцах. Ионный ток за счет ионизированной атмосферы также будет способствовать появлению ошибок при измерениях, если не принять мер к их исключению. Необходимо сформулировать экспериментальные методы, которые, оставаясь сравнительно простыми, исключают большинство ошибок измерений.

5.2.2. После четкого определения большинства практических методов необходимо установить критерий чувствительности к излучению. Удобно пользоваться простой величиной, такой как наведенная проводимость () на единицу мощности дозы, или — отношение к темновой проводимости (), измеренные в тех же самых экспериментальных условиях (поле, температура, окружающая среда и т.д.).

Раздел 2. РУКОВОДСТВО ПО ДОЗИМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДАМ, СВЯЗАННЫМ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ

6.1. Как указано в разд.1 настоящего стандарта, для того чтобы сравнивать влияния различных видов облучения на свойства различных электроизоляционных материалов, необходимо определить дозу, поглощаемую материалом. Разные материалы, подверженные воздействию одного и того же потока фотонов или частиц, могут поглощать различные количества энергии.

6.3. Экспозиция является отношением к , где — абсолютная величина общего заряда ионов одного знака, имеющихся в воздухе, при условии, что все электроны (отрицательные и положительные), освобожденные фотонами в элементе объема воздуха с массой , полностью затормаживаются в воздухе.

За единицу экспозиции принят рентген (); его определение дано в п.11.2.

Абсолютные методы дают возможность определить экспозиционную или поглощенную дозу при помощи физических измерений, не зависящих от калибровки прибора в известном поле излучения. Это определение не подразумевает точности абсолютного метода; на основе результатов изучения измерительных методов и основных реакций, вызванных излучением, созданы три абсолютных метода, которые легли в основу первичных дозиметрических стандартов. Эти методы, как правило, не используются в исследованиях радиационных эффектов, но они приведены в национальных и международных стандартах и предназначены для калибровки источников излучений. Для фотонных источников точность калибровки находится в пределах 2-3%.

7.2. Резонаторная ионизационная камера является индикатором излучения, который может использоваться для измерения экспозиционной дозы, на основе чего можно рассчитать поглощенную дозу, если величина не будет слишком высокой и если будут обеспечены условия электронного равновесия. Если камера используется для измерения поглощенной дозы в определенной среде, то для этой среды необходимо подобрать как соответствующие стенки, так и газ. Для определенного типа излучения подбирают материал двух видов, если поглощение этого излучения приводит к тем же плотностям потока и энергетическому распределению вторичных ионизирующих частиц как в одной среде, так и в другой.

7.3.1. Калориметрические системы действуют на основе энергии, поглощенной от поля излучения, в котором они находятся; эта энергия сохраняется до тех пор, пока она не перейдет в тепловую энергию. Количество этого тепла оценивается измерением повышения температуры системы. Теплоемкость системы калибруется электрически путем измерения количества поступающей электрической энергии, требующейся для получения того же возрастания температуры, что и в результате излучения. В некоторых системах был отмечен переход энергии излучения в химическую, создающий наибольшие отклонения, для устранения которых можно сделать соответствующие поправки. Поскольку превращение поглощенной энергии излучения в тепловую устанавливает систему, которая измеряет выделение энергии почти независимо от количества радиации, калориметрическая система представляет собой абсолютный метод, по которому калиброваны другие стандартные методы.

Кроме первичных стандартных методов, есть другие методы, которые стали широко применяться как вторичные. Методы основаны на большом разнообразии поддающихся измерению химических реакций или превращений энергии, сообщаемой данному материалу как результат воздействия поля излучения. В тех случаях, когда требования к точности измерений невелики, вторичные методы имеют определенные преимущества.

9. Табулирование методов для измерения поглощенной дозы

9.1. Так как дозиметрия излучения пока еще является областью активных исследований, в данный стандарт невозможно было включить все разработанные методы. Точно также в стандарте не приведены все инструкции, необходимые для проведения дозиметрических измерений при помощи какого-нибудь из описанных методов. В перечень, в основном, включены методы, принятые как национальными, так и международными стандартами; в перечне также указаны диапазоны, принятые в настоящее время. Трудности, присущие дозиметрии при высоких поглощенных дозах или высоких мощностях поглощенных доз, — обычное явление при облучении электроизоляционных материалов, возникают из возможных радиационных эффектов или повреждений деталей дозиметров (например, повреждение изоляции ионизационных камер). Специальные методы испытания могут понадобиться во избежание подобных осложнений.

10. Цель

11. Величины излучений и единицы

11.2. Экспозиция определяется только для полей рентгеновского и гамма-излучений. Единицей экспозиции является рентген (Р); 1Р=2,58×10 Кл/кг. Рентген в цифровом отношении идентичен старой единице, под которой понималась доза, при которой в 0,001293 г воздуха образуются ионы с суммарным зарядом в одну электростатическую единицу количества электричества каждого знака.Таким образом, экспозиция описывает влияние поля электромагнитного излучения на вещество посредством ионизации, которую создает излучение в воздухе — стандартном контрольном материале. Использование термина «экспозиция» официально не было распространено до обозначения воздействия со стороны полей излучений других типов; отсюда неправильное его использование в других случаях помимо электромагнитного излучения. Поскольку экспозиция применима лишь к электромагнитному излучению, необходимо использовать другие величины, чтобы можно было описать условия, в которых происходит облучение частицами. Как для нейтронного, так и для электронного облучения описание поля ионизации обычно дается посредством количества частиц и их энергии.

12. Расчет поглощенной дозы на основе измерений экспозиции (экспозиционной дозы)

Таблица 1

Таблица 2

Примечание. Приведенные данные можно также использовать для Со и С гамма-лучей и для рентгеновских лучей с энергией 2-3 МэВ.

12.3. Поглощенную дозу на единицу экспозиции для любого материала с известным композиционным составом можно рассчитать, пользуясь методикой, приведенной ниже.

12.3.2. Из табл.1 получить значения для элементов в материале для данной энергии фотонов.

,

12.3.4. Для получения поглощенной материалом дозы значение, полученное для , следует умножить на экспозицию в рентгенах (полученную в результате ее измерения). Таким образом, .

12.4.1. Политетрафторэтилен (ПТФЭ) имеет эмпирическую формулу (CF) (не принимая во внимание концов цепи, ненасыщенность и примеси), отсюда доли массы и составляют соответственно 0,24 и 0,76.

12.4.3. Подставив эти значения в уравнение, получим: (0,24×0,866)+(0,76×0,822)=0,83 рад/Р. Поэтому облучение 10 Р дает поглощенную дозу в этом материале 0,83×10 рад.

.

13. Расчет поглощенной дозы в одном материале на основе поглощенной дозы в другом материале

13.2. Например, если измерить поглощенную дозу в дозиметре Фрике (см. приложение А), она составит 5,0×10 рад в течение 1 ч облучения в облучателе Со и потребуется определить поглощенную дозу в образце полиэтилена в том же самом облучателе в течение 1 ч, то расчет производят следующим образом.

13.2.2. Из табл.1 1,72, 0,869, 0,869 и 0,866 для энергии фотонов 1,0 МэВ.

(0,86×0,866)+(0,14×1,72)=0,986=0,99 рад/Р

1,02×5,0×10 рад=5,10×10 рад.

0,89 рад/Р; 0,99 рад/Р.

14. Ограничения

14.2. На рис.3 представлен график зависимости энергии фотонов от толщины образца для 10 и 25%-ного затухания для образца с плотностью, равной единице и 3,3×10 э/г (т.е. НО). Кривые на рис.3 будут сдвигаться влево для материалов с более высокой плотностью электронов. Значение толщины образца для 10 и 25%-ного затухания, полученное по рис.3, делят на отношение плотности электронов образца на 3,3×10 э/г.Примечание. Все значения, приведенные выше, справедливы лишь для материалов, состоящих из элементов с атомным номером меньше 18.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ В

В.1.1. Если происходит облучение материала рентгеновскими или гамма-лучами, не сопровождающимися вторичными электронами, то сначала наблюдается прирост поглощения энергии (поглощенная доза) по мере того, как излучение проникает в материал. После какой-то определенной толщины материала поглощение энергии излучения снижается. Толщина, необходимая для того, чтобы достичь максимального поглощения энергии, обычно называется толщиной равновесия заряженных частиц и является функцией энергии излучения и плотности электронов в облучаемом материале. Рис.1 является типичным графиком поглощения энергии как функции от толщины. При облучении образца со всех сторон его необходимо окружить поглотителем, чтобы обеспечить равновесие заряженных частиц по всему образцу. Однако в том случае, если образец облучать в одном направлении, то поглотитель необходимо расположить лишь с передней и с задней сторон образца. На рис.2 представлен график толщины поглотителя как функции от энергии для материала с плотностью электронов порядка 3,3×10 э/см. На рис.3 представлен график толщины слоя воды для заданного затухания облучения в одном направлении.Примечание. Плотность электронов любого материала можно рассчитать по формуле

где — плотность электронов, м; — плотность материала, кг/м; — 6,023×10 моль, постоянная Авогадро; — молярная масса, кг/моль; — атомный номер; — общее число электронов на каждую молекулу.

Поглощенная доза как функция от толщины

Примечание. Часть кривой слева от максимума недостаточно изучена. Поэтому необходимо иметь образец, обладающий достаточной толщиной, чтобы находиться или возле максимума, или справа от него

Рис.2. Толщина поглотителя для равновесия заряженных частиц как функция от энергии для воды (материал 3,3×10_(23) э/куб. см)

ГОСТ 27602-88 (МЭК 544.1-77) Материалы электроизоляционные. Методы определения влияния ионизирующего излучения

Рис.3. Толщина слоя воды (1г/ куб.см и 3,3×10_(23) э/г) как функция от энергии для данного затухания

ГОСТ 27602-88 (МЭК 544.1-77) Материалы электроизоляционные. Методы определения влияния ионизирующего излучения

Так как равняется примерно почти для всех материалов, это уравнение можно упростить и представить в следующем виде

Кривая, представленная на рис.2, будет сдвигаться влево по мере того, как плотность электронов у поглотителя будет выше этого расчетного показателя, и вправо для материалов с меньшей плотностью электронов, поэтому эквивалентной толщиной будет толщина, полученная на рис.2, разделенная на отношение плотности электронов поглотителя к 3,3×10 э/см.

ПРИЛОЖЕНИЕ С. Расчет поглощенной дозы в материале на основе экспозиции (экспозиционной дозы)

С.1. Информация для расчета поглощенной дозы на основе экспозиции

, (1)

С.1.2. Облучение порядка 1P в воздухе дает поглощение порядка 86,9+0,4 эрг/г воздуха или 0,869 рад (см. примечание, приведенное ниже), если в точке, представляющей интерес, существует равновесие заряженных частиц. Для того же облучения поглощенная доза, полученная материалом, подверженным облучению, рассчитывается по следующей формуле

где — поглощенная доза в материале; — поглощенная доза в воздухе; — массовый коэффициент истинного поглощения энергии для материала; — массовый коэффициент истинного поглощения энергии для воздуха;- экспозиция, р.Подставив уравнение (1) в (2), получим следующее:

Источник

Рейтинг
Ufactor
Добавить комментарий