伽玛线辐射对LDPE表面电导率的影响

伽玛线辐射对LDPE表面电导率的影响#高宇,门业堃,杜伯学*(天津大学电气与自动化工程学院,天津300072)510152025303540摘要:应用于核电站、宇宙航天器等辐射环境中的聚乙烯绝缘材料因表面电荷积聚而易于引发放电事故,掌握高能辐射对聚乙烯表面电导率的影响规律对抑制表面电荷积聚、保障核设施绝缘安全具有重要意义。选取厚2mm的低密度聚乙烯薄板为试样,采用60Co伽玛射线源以10kGy/h的辐射率对其进行辐射,总辐射量分别为100kGy和1000kGy。基于三电极法测量不同相对湿度下试样的表面电导率,结合衰减全反射傅立叶变换红外光谱和凝胶含量,分析总辐射量的影响。结果表明:表面电导率随总辐射量的增加而增大;随相对湿度从45%增大至75%,表面电导率增大约5个数量级。论文认为,伽玛线辐射引发的氧化反应使低密度聚乙烯表层形成羰基,可作为浅能级载流子陷阱或吸附水分子,促进电荷迁移,从而导致表面电导率提高。关键词:绝缘技术;低密度聚乙烯;表面电导率;伽玛线辐射;衰减全反射傅立叶变换红外光谱;凝胶含量:TM852Effectofgamma-rayirradiationonsurfaceconductivityofLDPEGAOYu,MENYekun,DUBoxue(SchoolofElectricalEngineeringandAutomation,Tian激nUniversity,Tian激n300072)Abstract:Inthiswork,theeffectofgamma-rayirradiationonsurfaceconductivityofLDPEhasbeeninvestigated.Thesamplewaspreviouslyirradiatedatroomtemperatureinairto100kGyandthento1000kGywithadoserateof10kGy/hbyusinga60Cogamma-source.Surfaceconductivitywasmeasuredbymeansofaninsulationresistancemeter(ModelPC68)atvariousrelativehumidity.AttenuatedTotalReflectanceFourierTransformInfrared(ATR-FTIR)spectrumandgelfractionwereutilizedtoestimatethechangeinmolecularstructureofLDPE.Obtainedresultsshowthatthesurfaceconductivitytendstoincreasewiththegrowthofthetotaldose.Anincreaseintherelativehumidityfro5%to75%leadstotheenhancementofsurfaceconductivityfromtheorderof10-17Sto10-12S.Itissuggestedthatthesurfaceconductivityismainlydependentuponthegamma-rayirradiationinducedoxidationinsurfacelayerofthematerial.Keywords:insulationtechnology;lowdensitypolyethylene;surfaceconductivity;gamma-rayirradiation;ATR-FTIR;gelfraction0引言聚乙烯(Polyethylene,PE)绝缘材料广泛应用于核电站、宇宙航天器等辐射环境下的电气电子设备中[1]。受到电子束、伽玛线等高能辐射的作用,PE发生电离、激发并引发断键、氧化、交联等物理、化学变化,导致其分子结构改变,影响材料的绝缘性能[2]。K.H.Stark等人采用能量为4MeV的电子束对PE进行辐射,发现总辐射量2000kGy时PE的击穿场强为总辐射量1500kGy时的2倍[3]。G.Chen等人采用激光诱导压力波扩展(LaserInducedPressurePropagation,LIPP)法观测了经伽玛线辐射的低密度聚乙烯(LowDensityPolyethylene---本文于网络,仅供参考,勿照抄,如有侵权请联系删除---基金项目:教育部博士点基金新教师类(20100032120082)作者简介:高宇(1981-),男,副教授,主要从事高电压与绝缘技术方面的教学与科研工作.hmgaoyu@126-1----本文于网络,仅供参考,勿照抄,如有侵权请联系删除---45505560LDPE)中空间电荷的积聚特性,揭示了空间电荷注入过程及分布规律对总辐射量和辐射氛围的依赖性[4]。T.Takada等人采用电声脉冲(PulsedElectroacoustic,PEA)法研究了伽玛线辐射后、直流电场作用下LDPE中的空间电荷积聚行为,发现材料内部仅积聚正电荷[5]。E.Suljovru激Ć等人测量了LDPE的介电谱并分析了伽玛线总辐射量的影响,指出当总辐射量从0kGy增大至700kGy时,材料的介质损耗角正切值显著增大[6]。X.Y.Huang等人考察了伽玛线辐射对交联聚乙烯(CrosslinkedPolyethylene,XLPE)中水树枝生长特性的影响,发现受辐射后XLPE中的水树枝长度变短[7]。综上可知,PE的体介电性能对高能辐射有显著的依赖性。近年来,Y.Yamano等人报道了应用于辐射环境中的聚合物绝缘材料因表面电荷积聚而引发放电事故的现...

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