Способ определения распределения электрического потенциала в диэлектриках

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА В ДИЭЛЕКТРИКАХ, заключающийся в предварительном измерении соьокупности функций чувствительности для исследуемого диэлектрика, облучении исследуемого диэлектрика электронами -источника и измерении количества обратнорассеянных электронов при приложении к исследуемому диэлектрику электрического поля и без него в условиях, соответствующих условиям предварительного измерения функций чувствительности, и определении по результатам измерений распределения электрического потенциала в исследуемом диэлектрике, отличающ ий с я тем, что, с целью упрощения средств реализации, повьшения оперативности и достоверности, предi варительное измерение совокупности функ1дий чувствительности и облучение (Л электронами производят в условиях приложения к исследуемому диэлектриС ку заданного набора постоянных магнитных полей, вектор индукции которых параллелен поверхности исследуемого диэлектрика. II Од Щ 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (10

1 А

4(51) С 01 Ю 23 203

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ю(21) 3411209/18-25 (22) 25.03.82 (46) 15.01.85. Бюл. К - 2 (72) О.В. Андреев, Ю.И. Сапожков: и Л.Ф. Смекалин (71) Научно-исследовательский институт электронной интроскопии при

Томском ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте им. С.M. Кирова (53) 543.5(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 367395, кл. С 01 R 29/14, 1971.

2. Дергобузов К.А. и др. Радиаци- . онная диагностика электрических потенциалов. И., Атомиздат, 1978, с. 61 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА В

ДИЭЛЕКТРИКАХ, заключающийся в предварительном измерении совокупности функций чувствительности для исследуемого диэлектрика, облучении исследуемого диэлектрика электронами ф-источника и измерении количества обратнорассеянных электронов при приложении к исследуемому диэлектрику электрического поля и без него в условиях, соответствующих условиям предварительного измерения функций чуветвительности, и определении по результатам измерений распределения электрического потенциала в исследуемом диэлектрике, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью упрощения средств реализации, повышения оперативности и достоверности, предварительное измерение совокупности функций чувствительности и облучение электронами производят в условиях приложения к исследуемому диэлектри- у ку заданного набора постоянных магнитных полей, вектор индукции которых параллелен поверхности исследуемого диэлектрика.

lanai

1060018 2 случае мы имеет систему уравнений вида

Изобретение относится к области диагностики объемных электрических потенциалов радиационными методами.

Известен способ измерения потенциала точки внутри диэлектрика с помощью электрических средств 1g.

Недостатками известного способа являются ограниченный круг днэлектри. ков, которые с его помощью можно зондировать, и контактный характер 10 измерений.

Зондирование электрических полей с использованием радиационных методов основано на влиянии объемных электрических полей в диэлектриках на 15 прохождение через них заряженных частиц — электронов. При этом происходит изменение числа регистрируемых детектором частиц, относительная величина которого д", называемая эффектом поля, определяется из о

У= > (1)

"о где М и N — число зарегистрированных детектором частиц соответственна при наличии и отсутствии электрического поля в зондируемом образце.

Иэ теории радиационных методов зондирования потенциалов известно, что измеренная величина эффекта поля связана с распределением потенциала по глубине диэлектрика Е (х) соотношением

Е(х) F. (x) dx, (3) где 4 — толщина образца;

F(x) — функция чувствительности, определяемая заранее для каждого материала, образцы из которого подлежат зондированию, например, путем за-45 дания поля Е(х) в диэлектрике и решения уравнения (2) относительно F(x).

Из соотношения (2) видно, что, . зная функцию чувствительности и изме-50 рив величину д", мы можем судить о поле Е(х). Принцип получения более детальных сведений о поле заключает" ся в том, что в процессе зондирования величину эффекта поля 4" измеряют Ы в условиях, при которых реализуются различные, причем линейно независимые,функции чувствительности. В этом

d" с E (x) F(,xf dx, (2)

О где i — параметр.

Решение полученной системы дает уже детальные сведения о распределении поля. Количество измерений с различными функциями определяется конкретно для каждого случая и зависит от точности проводимых измерений, необходимой точности результатой, возможностей аппаратуры, используемых методов-и инструментов для вычисления и т.д. Способ изменения функции чувствительности зависит от того, какой метод используется для зондирования

Наиболее близким к предложенному способу является альбедный способ определения распределения электрического потенциала в диэлектриках, заключающийся в предварительном измерении совокупности функций чувствительности для исследуемого диэлектрика, облучении исследуемого диэлектрика электронами Д -источников и измерении количества обратнорассеянных электронов при приложении к исследуемому диэлектрику электрического поля и без него в условиях, соответствующих условиям предварительного измерения функций чувствительности, и определении по результатам измерений распределения электрического потенциала в исследуемом диэлектрике (2).

Характеристики того или ионого, метода в основном оцрделяются схемой изменений функций чувствительности и видом этих функций. При таком способе в качестве источников используются р-изотопы со сплошным энергетическим спектром. Изменение функций чувствительности, обуславливающее изменение глубины зондирования, происходит с изменением максимальной энергии спектра р-источника Т„ . На практике это достигается заменой одного -источника на другой с отличной от первого максимальной энергией

Г °

Недостатком этого метода является то, что известные р-нуклиды не дают возможности осуществлять способ наиболее оптимально с точки зрения

18

Прч реалиазации способа образец 1 облучают электронами от р-источника 2, установленного в защите 3. Детекторы 4 измеряют количество обратнорассеяняых электронов в отсутствии и при наличии электрического поля в условиях приложения магнитного поля с индукцией В, вектор которой параллелен поверхности образца.

Необходимо, чтобы накладываемое постоянное магнитное поле обладало азимутальной симметрией, т.е. изменялось бы лишь по координате х. Минимальная величина и цукции магнитного поля должна быть порядка 10 -1

10 Тл. Магнитное поле может быть направлено таким образом, что оно будет способствовать уменьшению глубины проникновения в образец электронов, что обеспечивает возможность изменения такого параметра функции чувствительности, как х,т.е.

haaxc . возможность реализации различных функций чувствительности. Измерив необходимый набор функций F.(х) при

1 воздействии на образец заданного набора значений магнитного поля н в тех же условиях - набор величин эффекта поля, система уравнений (3) может быть решена относительно Е(х), т.е. зондирование может быть выполнено с использованием лишь одного источника р-излучения. Это упрощает средства реализации нрсцесса измерений и одновременно приводит к увеличению точности, надежности и достоверности результатов.

Сила, действующая со стороны магнитного поля яа движущуюся заряженную частицу, достигает максимума при взаимно перпендикулярном направлении векторов скорости v и индукции магнитного поля В. Благодаря этому наибольший эффект будет достигаться в том случае, когда вектор индукции направлен параллельно плоскости зондируемого образца. При этом большую часть пути электрон, несущие информацию об электрическом поле диэлектрика, будут иметь направление, перпендикулярное направлению вектора индукции В.

На фиг. 2 приведены измеренные функции чувствительности для р --источника. Т1 при величинах магнитно+ ной индукции d, равных 0; 0,25;

0,5 Тл .(кривые 5, 6, 7). Измерение

F(z) производилось при создании в диэлектрике заданного распределения.

3 10600 получения максимальной достоверности результатов. При зондировании образцов определенной толщины области зондирования каждым изотопом должны

5 как можно равномернее распределяться по толщине зондируемого диэлектрика. Это накладывает определенные требования ыа тип используемого нуклида. Связано это с тем, что величина области зондирования определяет- 1п ся областью локализации функции чув- ствительности Р(х). Например, для нуклида С параметр х „„ 20 мг/eM>. И

Пригодны для зондирования также нуклиды + P 71 и з Sr+9oY, для которых значеиия параметра х „ равны соответственно 25, 250 и 300 мг/см .

Таким образом, из приведенных при« меров видно, что функции чувствительности существующих в природе p -""изотолов крайне неравномерно располагаются -по глубине, а это не позволяет решить с достаточно высокой точностью систему уровнений (3 1.

Целью изобретения является унро- 25 щение средств реализации, повышение оперативности и достоверности измерений.

Это достигается тем, что согласно предложенному способу определения распределения электрического потенциала в диэлектриках, заключающемуся в предварительном измерении совокупности функций чувствительности для исследуемого диэлектрика, облучении исследуемого диэлектрика электронами р-источника и измерении ко,,личества обратнорассеянных электро- . нов при приложении к исследуемому диэлектрику электрического поля и

;.без него в условиях, соотвествующих: .. .условиям предварительного измерения функций .чувствительности и определении по результатам измерения и функ-. циям чувствительности распределения электрического потенциала в исследуемом диэлектрике, предварительное измерение совокупности функций чувствительности и облучение электронами производят в условиях приложения к исследуемому диэлектрику заданного набора постоянных магнитных полей, вектор индукции которых параллелен поверхности исследуемого диэлектрика.

На фиг. 1 показана геометрия

55 . измерений; на фиг. 2 — графически показан вид измеренных функций чувствительности.

@ ф

ЛЮ х <<

Редактор Л, Письман Техред JI.Êoöí>6ÿíê

Корректор М. Максимишинец

Заказ 96/2 Тираж 898 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 106001

Для оценки влияния магнитиаго поля на функцию чувствительности воспользуемся известной формулой Лоренца: где v — скорость;

q - заряд частицы.

Силы, действующие на электрон со 10 стороны как электрического, так и магнитного полей, проявляются в эффекте поля через обусловленное ими изменение пробега. Таким образом, если наложить на образец магнитное 15 поле В, направленное параллельно поверхности образца, то величина области локализации 0 - х „ функции чувствительности соответственно уменьшится ,на величину, пропорциональную отно- 20 шению Р /Р . Одновременно будет происходить увеличение значений F(x) вблизи х О благодаря увеличению числа частиц, на которые может действовать электрическое поле. 25

Таким образом можно устанавливать путей изменения величины индукции магнитного поля любую глубину зондирования, меньшую глубины, соответствующей условию отсутствия магнитного поля, для данного р-источника.

По сравнению с известным альбедным методом описанный способ имеет следующие преимущества: упрощаются средства реализации способа, сокращается на 30% время измерений за счет того, что используется один р-изотоп, а изменение области зондирования 0 - х „ производится за счет изменения величины магнитного поля, прикладываемого к исследуемому диэлектрику; повышается достоверность измерений за счет уменьшения числа неконтролируемых факторов, играющих роль при измерениях,в известном способе и связанных с необходимостьк замены р-источников (расстояние источник-образец„ угол наклона плоскости источника к плоскости образца. и т.д.).