磁场环境下聚合物介质的表面击穿与伽玛线辐射的影响

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1、天津大学硕士学位论文第一章绪论行材料的交联、接枝、降解研究以及辐射加工。聚合物材料的辐射老化取决于材料的类型和组分、剂量、剂量率、辐射类型以及环境气氛温度、湿度等因素。美国、日本、西德等在这方面处于领先地位，推测了辐射氧化降解的可能机理、建立数学模型初步模拟了降解过程117-19】。有关聚合物的老化研究则集中于力学性能、电学性能等方面[20,2i】，真正着眼于复合环境下辐射效应特别是辐射老化机理的研究还不算多。1．2．1高能辐射对聚合物电气性能影响研究电子和电力系统中绝缘材料的电气性能是关系其运行安全和寿命的最重要因素，这些电气性能包括：绝缘强度、介电常数、介电损耗

2、，特别的还有辐射诱导电导率以及体电阻率等。1．绝缘强度Brancato[221研究了辐射率为150rad／h聚对苯二甲酸乙二醇的绝缘强度，发现在这个辐射率下其绝缘强度几乎没有变化。然而，某些材料当受到辐射后其绝缘强度会有所变化。文献【23】采用IEC60112国际试验法对射线照射后的多种绝缘材料样品进行了测试，结果发现受放射线照射后分子结构起降解反应的材料，例如聚丁烯对苯二酸盐的CTl值减小。而受放射线照射后分子结构起交联反应的材料，例如聚乙烯的耐绝缘性一般来说将增强。2．介电常数和介电损耗辐射下材料的介电常数和介电损耗会发生改变，虽然有些材料的变化很小，但是很多材

3、料的变化很大。这种变化被认为是由于离子和永久偶极子的产生以及空间电荷和氧化副产物造成的。文献[24】指出，聚乙烯、聚丙烯和对苯二甲酸乙二醇酯的介电损耗都是随着辐射量的增加而增加，并给出了绝缘损耗变化的计算公式：●tan瓯=tan6eo[D】口(卜1)●其中tan6∞数字上等于单位辐射率所引起的绝缘损耗。D为辐射率，Q是一个取决于材料本身的常量。、‘3．辐射诱导导电率聚合物在吸收X光、伽玛线以及电子束的离子辐射能后其导电率会发生很大的变化。辐射诱导导电率的变化与温度、电场强度、材料的使用时间以及辐射率有关。文献[25]给出了辐射诱导导电率的计算公式：仃，=仃，。[D】

4、口(卜2)天津大学硕士学位论文第一章绪论其中ox是单位辐射率的辐射诱导导电率，D是辐射率，Q是值在0．5到1．0或1．2之间的一个常量，具体大小取决于材料本身的性质。4．体电阻率文献[26】指出当辐射量从107rad上升到108rad时聚四氟乙烯的体电阻率从1015D,／cm下降到1014D．／cm。另外，聚苯乙烯的体电阻率(通常情况下为1020D．,／cm)当X光的辐射量达到108rad以上时会有所下降。另外，当辐射量达到108rad后，聚丙烯的体电阻率甚至会下降到原来的一半。聚合物的辐射老化效应是一个极其复杂的过程，人们对它的认识还不够深入，尤其复合条件下的辐射

5、老化过程亟待研究。国外对聚合物材料的加速老化作过很多的研究，而且发展了X射线层析摄影技术建立了气体样品的固相微提取方法，但有关其老化机理的研究还处于假设和推断阶段。由于辐射老化效应涉及核辐射作用物质的过程和辐射产物的化学反应过程，两个过程很难分开，往往交替发生，只有建立在线的微观分析方法，才能区分两个反应过程及其机理。本文基于材料在辐射和磁场复合环境中电气绝缘性能的变化，推断其微观的分子结构的影响。1．2．2磁场环境下绝缘破坏的研究印度学者J．C．Paul从理论上对气体、液体、固体介质在磁场作用下的松弛极化现象做了深入的研究，并建立了相关模型【27，281。此外，H

6、eylen在他的研究中系统地阐述了磁场对于气体的电离和击穿的作用，并总结了磁场的“等价削弱电场法则”【29】。他的研究在原有的巴申理论基础上，通过对加入磁场后电子运动轨迹的推导，修正了巴申理论，为其他各国学者的后续研究，提供了坚实的理论基础。德克萨斯大学的R．Korzekwa对近地轨道的高真空磁场作用下的固体介质的表面闪络做了大量研列30，311。在近地运行轨道中，部分元件暴露于真空环境中，脉冲电源系统的正常工作受到了由等离子体、紫外线辐射、真空中的释放气体等作用引起的闪络的影响。而主要限制脉冲电源系统工作电压的就是绝缘表面的闪络。提高给定的电极．绝缘配置系统稳定工

7、作电压的方法之一是在绝缘表面适当的放置磁场，并把这个称为“磁绝缘子效应’’。R．Korzekwa分别使用了直流磁场和脉冲磁场，对近地运行轨道中的绝缘子作用进行了研究。实验结论表明：当E×B的方向偏离试样表面(R．Korzekwa定义为负磁场)，磁通密度达到O．4T时，闪络电压显著提高。而对于脉冲磁场(E×B的方向指向试样表面)，闪络电压先降低，然后升高到一个更高的幅值。在最大的负磁场中，直流磁场已经使得放电天津大学硕士学位论文第一章绪论通道存在于绝缘试样的边缘，构成了一个闭合的环形。这种情况下的闪络电压比直接贯通两极的闪络电压低。并可以解释为：当B<0时，磁场使