Радиационно-защитное покрытие радиоэлектронной аппаратуры

Изобретение относится к области приборостроения. Радиационно-защитное покрытие содержит переходный металл шестого периода Периодической системы химических элементов, постпереходный металл шестого периода Периодической системы химических элементов и/или лантаноид и поглощающее вещество, содержащее химический элемент с атомным номером меньшим, чем у упомянутых химических элементов. Радиационно-защитное покрытие состоит из множества чередующихся слоёв из частиц по меньшей мере одного переходного металла шестого периода Периодической системы химических элементов, постпереходного металла шестого периода Периодической системы химических элементов и/или лантаноида и из упомянутого поглощающего вещества. Изобретение позволяет обеспечить оптимальную защиту элементной базы от естественных ионизирующих излучений космического пространства. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области приборостроения и предназначено для защиты различных видов радиотехнического оборудования, преимущественно для защиты элементной базы радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов от воздействия естественных ионизирующих излучений космического пространства.

Известны композитные материалы, экранирующие от воздействия ионизирующих излучений, содержащие химические элементы с высоким значением - атомный номер Z, в первую очередь вольфрам, а также химические элементы с меньшим атомным номером - бор, алюминий. В большинстве случаев данные композитные материалы состоят из частиц тяжёлого металла.

В качестве ближайшего аналога предлагаемого изобретения может быть выбрана заявка на изобретение US 2007194256, в которой предложено радиационно-защитное покрытие элементов радиоэлектронной аппаратуры космического назначения. Известное из US 2007194256 радиационно-защитное покрытие содержит порошок вольфрама с возможными добавками гадолиния, гафния, золота и содержит химический элемент с атомным номером меньшим, чем у вольфрама - оксид алюминия (Al₂O₃), введённые в неорганическую матрицу аморфного строения.

В свою очередь предлагаемое изобретение является дальнейшим совершенствованием композиционных материалов, описанных выше типов, и позволяет создать радиационно-защитное покрытие радиоэлектронного оборудования, обеспечивающее при минимальных габаритно-массовых характеристиках, а также минимизации использования редких и сложных по составу химических соединений оптимальную защиту элементной базы от естественных ионизирующих излучений космического пространства.

Указанный выше технический результат достигается при использовании радиационно-защитного покрытия, содержащего переходный металл шестого периода Периодической системы химических элементов, постпереходный металл шестого периода Периодической системы химических элементов и/или лантаноид и поглощающее вещество, содержащее химический элемент с атомным номером меньшим, чем у упомянутых химических элементов. В отличие от аналога предлагаемое радиационно-защитное покрытие состоит из множества чередующихся слоёв из частиц по меньшей мере одного переходного металла шестого периода Периодической системы химических элементов, постпереходного металла шестого периода Периодической системы химических элементов и/или лантаноида и из упомянутого поглощающего вещества. Радиационно-защитное покрытие может образовывать защитный слой радиоэлектронной аппаратуры или её компонента, либо образовывать корпус радиоэлектронной аппаратуры, либо его часть.

В упомянутом слое из частиц переходного металла шестого периода Периодической системы химических элементов, постпереходного металла шестого периода Периодической системы химических элементов и/или лантаноида используют по меньшей мере один химический элемент, выбранный из перечня: лантан (La), церий (Ce), празеодим (Pr), неодим (Nd), прометий (Pm), самарий (Sm), европий (Eu), гадолиний (Gd), тербий (Tb), диспрозий (Dy), гольмий (Ho), эрбий (Er), тулий (Tm), иттербий (Yb), лютеций (Lu), гафний (Hf), тантал (Ta), вольфрам (W), рений (Re), осмий (Os), иридий (Ir), платина (Pt), золото (Au), таллий (Tl), свинец (Pb), висмут (Bi). Упомянутое поглощающее вещество представляет собой по меньшей мере одно вещество, выбранное из перечня, включающего по меньшей мере, оксид алюминия (Al₂O₃), нитрид бора (BN). Также, упомянутые поглощающие вещества могут быть введены в матрицу аморфного строения, выполненную из неорганического материала, например силиката.

Структура радиационно-защитного покрытия приведена на схеме на рис.1, на которой изображены: слои из частиц (порошка) металла, например вольфрама (W), как наиболее часто используемого - 1; слои оксида алюминия (Al₂O₃) либо нитрида бора (BN) - 2, как наиболее часто использующиеся; подложка - 3.

Известно, что на орбитах космических аппаратов, где имеются высокие потоки электронов, поглощенная доза радиации внутри космических аппаратов определяется не только воздействием электронов, но и тормозным излучением, образованным в результате взаимодействия с материалами конструкций. Спектр тормозного излучения зависит от энергии бомбардирующих электронов, толщины материала. Обычно считают, что спектр фотонов простирается от сотен эВ до 150 кэВ.

Тормозное излучение взаимодействует с облучаемым материалом либо за счёт фотоэффекта, либо за счёт рассеяния на электронах. Фотоэффект приводит к поглощению фотона. Затем может появиться фотон с энергией атомного уровня К-, L-, M-оболочек в соответствии с тем, на которой из оболочек проходило поглощение фотона. Одновременно в атомах идёт и конкурирующий процесс передачи возбуждения электрону и его выбивание из атома. При рассеянии фотона на электронах часть энергии передаётся электрону, а часть остаётся у фотона, который меняет направление движения и покидает пучок первичных фотонов. Фотоэффект более действенен для целей защиты, при этом вероятность фотоэффекта велика для фотонов малых энергий и быстро уменьшается с ростом энергии фотонов. Одновременно с ростом атомного номера вероятность фотоэффекта возрастает. Поэтому качественную защиту оборудования можно обеспечить только при использовании материалов с большим атомным номером.

В свою очередь предложено радиационно-защитное покрытие, используемое в первую очередь для защиты различных элементов радиоэлектронной аппаратуры космического и т.п. назначения, размещается оно на поверхностях, подвергающихся воздействию ионизирующего излучения, и представляющее собой многослойную структуру, то есть структуру из множества чередующихся слоев, в количестве, превышающем два слоя каждого типа. Элемент с высоким атомным номером (Z) - от 57 до 83, то есть переходный металл шестого периода Периодической системы химических элементов, постпереходный металл шестого периода Периодической системы химических элементов и/или лантаноид, по преимуществу - вольфрам (W), как наиболее отработанный с точки зрения технологии, используют в виде порошка (частиц 200-500 нм) в слое, следующем за слоем вещества с низким (меньшим, чем у упомянутых металлов) атомным номером (Z), например оксид алюминия (Al₂O₃) и/или нитрид бора (BN), которое введено в матрицу аморфного строения, выполненную из неорганического материала, например силиката (стекла).Указанный порошок элемента с высоким атомным номером может включать необходимые технологические добавки. Последующие слои чередуются подобным образом.

Предложенное расположение слоёв объясняется тем, что при прохождении частицы (e^-) вещества первого слоя (Al₂O₃, BN) генерируется вторичное излучение (~-лучи), которое эффективно поглощают и рассеивают элементы с большим эффективным электронным радиусом, то есть элементы с высоким атомным номером (Z). При этом происходит генерация вторичных электронов, поглощение и рассеяние которых происходит так же описанным выше образом. То есть использование многослойной структуры, обеспечивающей экранирование и взаимное подавление потоков частиц и квантов, представляет собой более совершенную защиту от ионизирующих излучений по сравнению с известными композитными материалами аналогичного состава, алюминиевыми сплавами и т.п.

Покрытие наносится послойно золь-гель процессом на поверхности элементов, подвергающихся воздействию радиации с помощью кисти либо распылителя в нормальных условиях. Радиационно-защитное покрытие может образовывать защитный слой радиоэлектронной аппаратуры или её компонента (микросхемы и т.п.), либо корпус радиоэлектронной аппаратуры, либо его часть.

Таким образом, предложено радиационно-защитное покрытие, которое сможет быть эффективно использовано для защиты радиоэлектронной аппаратуры, в первую очередь космического назначения, а также иного промышленного оборудования, эксплуатирующегося в аналогичных условиях.

1. Радиационно-защитное покрытие, содержащее переходный металл шестого периода Периодической системы химических элементов, постпереходный металл шестого периода Периодической системы химических элементов и/или лантаноид и поглощающее вещество, содержащее химический элемент с атомным номером меньшим, чем у упомянутых химических элементов, отличающееся тем, что оно состоит из множества чередующихся слоёв из частиц по меньшей мере одного переходного металла шестого периода Периодической системы химических элементов, постпереходного металла шестого периода Периодической системы химических элементов и/или лантаноида и из упомянутого поглощающего вещества.

2. Радиационно-защитное покрытие по п. 1, отличающееся тем, что в упомянутом слое из частиц переходного металла шестого периода Периодической системы химических элементов, постпереходного металла шестого периода Периодической системы химических элементов и/или лантаноида используют по меньшей мере один химический элемент, выбранный из перечня:
лантан (La), церий (Ce), празеодим (Pr), неодим (Nd), прометий (Pm), самарий (Sm), европий (Eu), гадолиний (Gd), тербий (Tb), диспрозий (Dy), гольмий (Ho), эрбий (Er), тулий (Tm), иттербий (Yb), лютеций (Lu),
гафний (Hf), тантал (Ta), вольфрам (W), рений (Re), осмий (Os), иридий (Ir), платина (Pt), золото (Au),
таллий (Tl), свинец (Pb), висмут (Bi).

3. Радиационно-защитное покрытие по п. 1, отличающееся тем, что упомянутое поглощающее вещество представляет собой по меньшей мере одно вещество, выбранное из перечня, включающего по меньшей мере оксид алюминия (Al₂O₃), нитрид бора (BN).

4. Радиационно-защитное покрытие по п. 2, отличающееся тем, что упомянутое поглощающее вещество введено в матрицу аморфного строения, выполненную из неорганического материала, например силиката.

5. Радиационно-защитное покрытие по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что образует защитный слой радиоэлектронной аппаратуры или её компонента.

6. Радиационно-защитное покрытие по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что образует корпус радиоэлектронной аппаратуры либо его часть.