Введение 3
1 Радиационная стойкость фотоэлектрических элементов 5
1.1 Фотоэлектрические элементы 5
1.2 Воздействие радиации на фотоэлементы 6
2 Испытания на радиационную стойкость 9
2.1 Структурная схема испытательной установки 9
2.2 Ускоритель частиц 10
2.3 Коллиматор 14
2.4 Методы диагностики параметров пучка 15
2.5 Электрометрические усилители 19
3 Предпроектный анализ системы автоматизации испытаний 20
3.1 Оценка толщины токосъемника 20
3.2 Зависимость тока от параметров токосъемника и пучка частиц 21
3.3 Определение общего тока пучка по его профилю 28
3.4 Зависимость положения центра тяжести пучка от тока на токосъемнике . 29
Заключение 36
Список использованных источников 37
Приложение А (рекомендуемое) Вычисление зависимости тока на токосъемнике от параметров токосъемника, коллиматора и пучка 37
Приложение Б (рекомендуемое) Вычисление зависимости положения центра тяжести пучка от профиля тока на токосъемнике 41
Приложение В (рекомендуемое) SWOT-анализ 42
В ближайшие годы Россия может оказаться в опасной технологической зависимости от иностранных производителей в области электронной компонентной базы и изделий полупроводниковой электроники при создании объектов аэрокосмической инженерии. Для предотвращения этого необходимо форсировать работы по созданию современной качественной электронной компонентной базы и изделий полупроводниковой электроники в радиационностойком исполнении. Оценка соответствия радиационной стойкости этих приборов является сложной технической задачей, что делает актуальной проблему проведения испытаний изделий полупроводниковой электроники на радиационную стойкость [1].
В физико-техническом институте Томского политехнического университета (ФТИ ТПУ) разрабатывается испытательная установка для проведения испытаний на радиационную стойкость фотоэлементов для космических аппаратов по заказу ПАО «Сатурн». Фотоэлементы входят в состав солнечных модулей и используются в космических аппаратах различного назначения. При эксплуатации в космическом пространстве солнечные батареи и, соответственно, фотоэлементы подвергаются воздействию радиации (радиационные пояса Земли, солнечное и космическое излучение), в результате чего происходит постепенное ухудшение их электрических характеристик [2].
Для проведения испытаний испытываемое изделие подвергается облучению пучком заряженных частиц. Диагностика пучка осуществляется для обеспечения требуемых параметров пучка на выходе ускорителя. Для этого будет использоваться измерительный преобразователь - токосъемник, который помещается поперек пучка и регистрирует ток, попадающий на него. С помощью токосъемника снимается усредненная картина распределения плотности тока [3].
Цель данной работы - проведение предпроектного анализа системы автоматизации процесса испытаний фотоэлектрических элементов на радиационную стойкость.
Для достижения цели работы поставлены следующие задачи:
- оценка толщины токосъемника;
- получение зависимости тока на токосъемнике от ширины токосъемника, размера коллиматора, профиля пучка заряженных частиц.
- получение зависимости положения центра тяжести пучка от профиля тока на токосъемнике за полный цикл.
В первом разделе рассматривается объект испытаний, фотоэлектрические элементы, а также воздействие на них радиации.
Во втором разделе описывается проектируемая испытательная система ФТИ ТПУ. Подробно рассматриваются ускоритель частиц, коллиматор, а также токосъемник, служащий для диагностики параметров пучка заряженных частиц. Выбран тип электронного усилителя системы автоматизации.
Третий раздел посвящен оценке толщины токосъемника, а также аналитическому вычислению зависимости тока на токосъемнике от ширины токосъемника, размера коллиматора, профиля пучка заряженных частиц, а также графическому представлению данной зависимости. Также рассматривается получение зависимости положения центра тяжести пучка от величины тока.
Четвертый раздел посвящен оценке объекта исследования с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения, а также технико-экономическому обоснованию ВКР.
В пятом разделе рассматриваются особенности организации рабочего места специалиста, производящего диагностику пучка заряженных частиц при проведении испытаний фотоэлектрических элементов на радиационную стойкость в лаборатории ФТИ ТПУ.
В результате исследования получена оценка толщины токосъемника; получена зависимость тока на токосъемнике от ширины токосъемника, размера коллиматора, профиля пучка заряженных частиц, а также зависимость положения центра тяжести пучка от профиля тока на токосъемнике за полный цикл.
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы:
- изучена структурная схема испытательной системы ФТИ ТПУ;
- описаны все элементы схемы;
- исходя из особенностей проводимых испытаний, оценена толщина токосъемника;
- исходя из особенностей проводимых испытаний и испытательной установки, был выбран тип усилителя, оптимальный для решения поставленной задачи;
- выведены формулы, а также написаны программы в программном пакете MATLAB для вычисления: зависимости тока на токосъемнике от ширины токосъемника, размера коллиматора, профиля пучка заряженных частиц; зависимости положения центра тяжести пучка от профиля тока на токосъемнике за полный цикл.
Поставленные цель и задачи выпускной квалификационной работы выполнены в полном объеме.
Результаты проведенных исследований будут использованы в ФТИ ТПУ при проектировании системы автоматизации процесса испытаний фотоэлектрических элементов на радиационную стойкость.
