ГОСТ 27602-88
(МЭК 544.1-77)

Группа Е39

     

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ

Методы определения влияния ионизирующего излучения

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

ОКП (ОКСТУ) 3491

Срок действия с 01.01.89
до 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.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1. ВНЕСЕН Министерством электротехнической промышленности СССР

2. Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 29.02.88 N 388 Публикация МЭК 544.1-77 введена в действие непосредственно в качестве государственного стандарта СССР

3. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

4. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

______________

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

   Часть 1. ВОЗДЕЙСТВИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ

1. ОБЛАСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ

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.

Раздел 1. ПРОБЛЕМЫ, СВЯЗАННЫЕ С ОЦЕНКОЙ РАДИАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

2. ИЗМЕНЕНИЯ, ВЫЗВАННЫЕ РАДИАЦИЕЙ

Хотя различные типы излучения действуют на вещество по-разному, первичным процессом является процесс возникновения ионов и электрически возбужденного состояния молекул, что, в свою очередь, приводит к образованию свободных радикалов. Последующие химические изменения показывают результаты взаимодействия излучений с веществом материала.

2.1. Постоянные изменения

Постоянные 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.

2.1.1. Для большинства электротехнических применений вполне возможно, что ухудшение механических свойств будет основным критерием для оценки радиационной стойкости. Однако изменения или диэлектрической проницаемости (например, в резонансной схеме) могут быть очень серьезными.

2.2. Временные изменения

Временные 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.

2.2.1. Проводимость при постоянном токе, которая наблюдается во время облучения, связана, по-видимому, с мобильными электронами, которые генерируются в результате облучения. Стойкость эффекта в течение длительного времени после облучения объясняется содержанием электронов, образующихся в результате облучения, которые во время облучения улавливаются в участках с низкой потенциальной энергией. Они медленно выходят из своих потенциальных ям и рекомбинируют с противоположно заряженными катионами.

3. ОЦЕНКА ПОЛЯ ИЗЛУЧЕНИЯ

Для органических соединений поглощенная доза является параметром первостепенного значения, так как эффекты от радиации, наблюдающиеся в таких материалах, в большинстве случаев пропорциональны поглощенной энергии. Однако экспериментально обычно бывает удобнее измерять плотность потока энергии поля излучения, по которой можно рассчитать поглощенную дозу. Для излучений различных типов поле излучений описывается по-разному.

Поле заряженных частиц или нейтронное поле обычно характеризуется мощностью потока, т.е. количеством частиц, проходящих через единицу площади поперечного сечения за единицу времени.

В тех случаях, когда энергия частиц имеет разные значения, требуется дополнительная информация, касающаяся спектра энергии частиц. Аналогичным образом можно описать поле электромагнитного излучения с помощью плотности фотонного потока и распределения энергии. Однако для рентгеновских и гамма-лучей поле обычно характеризуется эффектом ионизации воздуха. Для этой цели JCRU дала количественное определение "экспозиции", взяв за единицу измерения рентген (см. пп.6.2 и 11.2).

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.

4. ОЦЕНКА ПОГЛОЩЕННОЙ ДОЗЫ И МОЩНОСТИ ПОГЛОЩЕННОЙ ДОЗЫ

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. ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ РАДИАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ

5.1. Постоянные эффекты

Цель 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.

5.1.1. Методы испытаний и образцы

В публикации МЭК 216 говорится следующее: "Для удовлетворительной работы электроизоляционные материалы должны обладать необходимым сочетанием физических, химических и диэлектрических свойств, а эти свойства должны быть характерны для каждого применения, для каждого вида изоляции". Таким образом, например, для полиэтилена измерения его механических и электрических свойств на листовых образцах должны быть достаточными, чтобы охарактеризовать изменения, обусловленные излучением, в то время как для слоистых труб необходимы другие методы испытаний. Для эмалированных проводов в качестве удовлетворительных методов оценки могут быть проведены испытания на изгиб на оправке, истирание и пробой скрученной пары.

5.1.2. Условия окружающей среды

Как 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.

5.1.3. Послерадиационные эффекты

В некоторых органических полимерах могут наблюдаться послерадиационные эффекты, обусловленные разными причинами, например постепенным распадом остаточных свободных радикалов. На подобные явления необходимо делать поправку в любой оценочной методике. Там, где во время облучения испытания проводить нельзя, их необходимо проводить через интервалы, зарегистрированные после облучения, обеспечивая хранение образцов в стандартной атмосфере лаборатории.

5.2. Временные эффекты

Измерение 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.

5.2.1. Было разработано и опубликовано несколько способов, которые позволят избежать вакуумирования в измерительной ячейке, поисков самых лучших электродных материалов и конфигураций образца; различные методы с идентичными образцами должны быть тщательно оценены до того, как можно будет предложить конкретные рекомендации.

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.).

5.2.3. Опыт показал, что наведенная проводимость обычно бывает не совсем пропорциональна поглощенной мощности дозы (обозначена ), а изменяется в отношении , где меньше единицы. Отсюда чувствительность к излучению можно представить в виде зависимости . Для того чтобы определить и , требуется, по меньшей мере, два измерения. Дальнейшие осложнения возникают из того факта, что и также зависят от интегральной дозы, поглощенной образцом.

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

6. ВВОДНАЯ ЧАСТЬ

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.

6.2. Поскольку непосредственные измерения дозы, поглощенной материалом, обычно невозможны, измеряют или степень воздействия, или поглощаемую мощность дозы в стандартном материале (таком как воздух), затем измерения переводят в поглощенную дозу в образце методами, описанными в следующем разделе.

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.

7. АБСОЛЮТНЫЕ МЕТОДЫ

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%.

7.1. Ионизационная камера со свободным воздухом используется исключительно для измерения экспозиции , т.е. камера служит для измерения величины заряда , образовавшегося в воздухе, и массы к массе воздуха, в котором освобождены ионизирующие электроны.

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. Другими методами, предназначенными для определения поглощенной дозы, которые могут использоваться в качестве надежных стандартных методов для проведения сравнения между различными лабораториями, являются калориметрический метод и метод химической реакции, последний является вторичным методом.

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.

8. ВТОРИЧНЫЕ 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.