1、ICS 29.035.20 K 15 运B中华人民共和国国家标准GB/T 26168. 1-201 O/IEC 60544-1 : 1994 电气绝缘材料确定电离辐射的影晌第1部分:辐射相互作用和剂量测定Electrical insulating materials-Determination of the effects of ionizing radiation-Part 1: Radiation interaction and dosimetry CIEC 60544-1: 1994 , IDT) 2011-01-14发布数码防伪中华人民共和国国家质量监督检验检茂总局中国国家标准化管理委
2、员会2011-07-01实施发布GB/T 26168.1-2010/IEC 60544-1: 1994 目次前言.m 引言.凹1 范围-2 规范性引用文件.3 术语和定义4 评估绝缘材料耐辐射能力要考虑的因素.2 5 剂量测定方法.3 6 X射线或Y射线吸收剂量的测定.7 电子辐射的剂量估算方法.8 附录A(规范性附录)带电粒子平衡厚度附录B(规范性附录)数值因数fi的推导参考文献.20 I GB/T 26168.1-2010/IEC 60544-1: 1994 目UJ:I GB/T 26168(电气绝缘材料确定电离辐射的影响分为4个部分:第1部分:辐射相互作用和剂量测定;一一第2部分:辐照和
3、试验程序;一一第3部分:辐射环境下应用的分级体系;一一第4部分:运行中老化的评定程序。本部分为第1部分。本部分等同采用IEC60544-1: 1994(电气绝缘材料电离辐射影响的测定第1部分:辐射相互作用和剂量测定。本部分在等同采用IEC60544-1: 1994时做了如下编辑性修改:一-用小数点代替作为小数点的逗号一一删除了国际标准的前言。一一本部分的引用文件，对己经转化为我国标准的，一并列出了我国标准及其与国际标准的转化程度。一一一本部分增加规范性引用文件章节，以下章节编号顺延。根据GB/T1. 1将原标准附录B中的参考文献单独列出。本部分的附录A、附录B为规范性附录。本部分由中国电器工业
4、协会提出。本部分由全国电气绝缘材料与绝缘系统评定标准化技术委员会(SAC/TC301)归口。本部分负责起草单位:机械工业北京电工技术经济研究所、上海电缆研究所。本部分参加起草单位:核工业第二研究设计院、上海核工业研究设计研究院、沈阳电缆产业有限公司、常州八益电缆有限公司、江苏上上电缆集团、浙江万马电缆股份有限公司、浙江万马高分子材料有限公司、上海电缆厂有限公司、临海市亚东特种电缆料厂、上海凯波特种电缆料厂、安徽电缆股份有限公司、江苏华光电缆电器有限公司、工业和信息化部第五研究所、深圳市旭生三益科技有限公司。本部分主要起草人:孙建生、吕冬宝、顾申杰、柴松、周叙元、王松明、杨娟、陈文卿、王怡遥、周
5、才辉、项健、张万友、杨仁祥、居学成。而出GB/T 26168.1-2010/IEC 60544-1: 1994 引要制定合适的标准来评价绝缘材料的耐辐射能力是十分复杂的，因为这些标准与材料的使用条件有关，例如，如果绝缘电缆在为反应堆添加燃料的操作中变弯曲，它的使用寿命就是电缆吸收辐射剂量后，它的一项或多项力学性能降到规定值以下所需的时间。环境的温度、周边空气的组成以及吸收全部剂量所需的时间(剂量率或通量)都是决定化学变化速率和机理的重要因素，在某些情况下，短时变化也会成为限制因素。首先必须明确材料曝露的辐照区域以及最终吸收的辐射剂量;其次，必须建立材料力学性能和电性能的测试方法，以便确定辐射降
6、解，再将这些性能与应用要求联系起来从而形成合适的分级体系。本部分介绍了绝缘材料的电离辐射效应相关情况;第2部分描述了在辐照过程中如何保持不同的曝露条件，也明确了这些条件的控制方法，以便得到需要的性能，此外，它还建立了一些重要的辐照条件，制定了性能变化的测定方法以及相应终点判据;第3部分定义了绝缘材料耐辐射能力的分级体系，并且提供了一套在辐射条件下表征工作稳定性的参数，是一个选择绝缘材料的导则;第4部分介绍运行中老化的评定程序。N GB/T 26168.1-2010/IEC 60544-1: 1994 1 范围电气绝缘材料确定电离辐射的影晌第1部分:辐射相互作用和剂量测定GB/T 26168的本
7、部分规定了评价电离辐射对所有类型有机绝缘材料影响需考虑的各种因素。本部分适用于针对X射线、射线和电子射线，还提供了剂量测定术语指南、照射量和吸收剂量的测定方法，以及吸收剂量的计算方法。2 规范性引用文件下列文件中的条款通过GB/T26168的本部分的引用而成为本部分的条款，凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分;然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本;凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。GB/T 26168.2一2010电气绝缘材料确定电离辐射的影响第2部分:辐照和试验程序(lEC 60544-2:1991
8、,IDT) GB/T 26168.3-2010 电气绝缘材料确定电离辐射的影响第3部分:辐射环境下应用的分级体系。EC60544-4: 2003 , IDT) 3 术语和定义以下术语和定义适用于本部分。3. 1 照射量(X)exposure 照射量(x)是材料在电磁辐射场(X射线或Y射线)受到的照射强度。照射量(x)是dQ除以dm所得的商，其中dQ的值是在质量为dm大气中，由光子释放的全部电子(负电子和正电子)在大气中完全被阻止时所产生的离子总电荷的绝对量:3.2 3.3 3.4 X=dQ 一-dm 照射量的国际单位是库伦/千克(C/kg)，原单位伦琴R:1R=2. 58X10-4 C/峙。照
9、射量描述了在标准的参考物质大气中辐照，电磁场的电离辐射对材料产生的影响。电荷通量(Q)electron charge fluence 电荷通量(Q)是dQ与&生的比值，dQ是时间t内在面积&生上发生的电子电荷碰撞数:电流密度(j)electron current density Q=兰旦&生电流密度(j)是dQ与dt的比值，dQ是时间间隔dt内的电荷通量:dQ d2Q J =cit= dA dt 眼收剂量(D)absorbed dose 吸收剂量(D)是与辐照场性质无关的被辐照材料吸收的能量，吸收剂量D是d与dm的比值，占是1 GB/T 26168.1-2010/IEC 60544-1: 19
10、94 质量为dm的材料吸收到的电离辐射能的平均值。吸收剂量的国际单位是戈瑞(Gy): 1 Gy=l J/kg(=102 rad)。D= de 一-dm 由于定义中没有区分材料的种类，戈瑞仅能用于针对某一具体材料而言。吸收剂量部分取决于被辐照材料的组成，不同的材料，即使曝露在同样的辐射场中，其吸收剂量往往也不同。3.5 吸收剂量率(D)absorbed dose rate 吸收剂量率(D)是dD与dt的比值，dD是时间间隔dt内吸收剂量的增量:吸收剂量率的国际单位是戈瑞/秒(Gy/s); D=dD dt 1 Gy/s=l W/kg(=102 rad/s=O. 36 Mrad/h)0 4 评估绝缘
11、材料耐辐射能力要考虑的因素4. 1 辐射场的评估对于不同的辐射类型，其对辐射场的描述也不同。4. 1. 1 电磁辐射场可用光量子密度和能量分布来描述，然而习惯上将能量达到3MeV的X射线或Y射线用它在大气中的电离效应来描述，因此使用照射量的概念。4.1.2 通常用电流密度(流速)来描述粒子场，如果粒子具有能量分布，比如电子束，就需要加上能谱的信息。4. 1. 3 最终目的都是为了将置于辐射场中的任何材料的吸收剂量和剂量率能够计算出来。将不同的材料曝露于等通量的光子或粒子下，它们吸收的能量可能是不同的。首要目标是确定标准的方法和步骤来测量曝露绝缘材料的辐射场特性。第五章列出了一系列符合这一目标的
12、辐射剂量测定技术和相关参考文件。4.2 眼收剂量和吸收剂量率的确定利用辐照探测器(例如电离箱、热量计和化学剂量计)来测量，并计算辐射场中被辐射材料的吸收剂量或吸收剂量率数据的技术已比较完善。第5章讲述了可靠且方便的测量技术，第6章包含了用在X射线或Y射线中测量的数据来计算其他材料的吸收剂量或吸收剂量率，其数据依赖于材料或能量，而第7章给出了估算电子辐射剂量的方法a4.3 辐射诱导的变化及其测定尽管辐射与物质的相互作用的种类是繁多的，但主要过程还是分子中离子的产生和电子激发态的形成，进而导致自由基的产生;辐射也会产生自由电子，这些自由电子会在低位能点被捕获;第一种现象会造成材料永久的化学、力学和
13、电性能的变化，第二种现象会导致暂时的电性能变化。L叫4.3. 1 永久性变化在高分子材料中，辐照过程中产生的自由基会导致裂解和交联反应、从而改变绝缘材料的化学结构，通常会导致力学性能的降低，力学性能降低会频繁导致电性能发生显著改变，但是更严重的是在力学性能严重降低之前，电性能有时会发生重大变化。例如，介质损耗角和介电常数的变化对谐振电路的可靠性影响很大。交联和裂解的程度依顿于吸收剂量、吸收剂量率、材料结构和辐射的环境条件，因为自由基有时消除的很慢，可能会发生辐射后效应。4. 3. 1. 1 环境条件和材料形状在测量辐射效应过程中，要严格控制并记录环境条件和材料形状，重要的环境参数包括温度、反应
14、2 GB/T 26168.1-2010/IEC 60544-1: 1994 介质以及辐照期间的机械和电应力，如果有空气，由于氧气扩散效应和氢过氧化物断裂速率常数的原因，辐照时间(通量和剂量率)也是很重要的试验参数，这两个因素都与时间相关。要控制影响聚合物中氧气扩散和平衡浓度的条件，包括:温度、氧气压力、材料形状以及辐照时间。如果用连续的应力来模拟同时有多种应力的效果，例如:高温下辐照，可能会出现其他结果;如果试样先辐照再加热或者反过来，结果可能也是不一样的。4.3. 1. 2 辐射后效应在有机聚合物中，反应活性物质(如残留的自由基)的缓慢消耗会导致辐射后效应。在进行评价的时候应对此作出修正试验
15、，测试应在辐照后适当的时间内进行，并确保试样被保存在标准的实验室气氛中。氧气与残余自由基的反应会导致进一步的降解。4.3.2 短时效应4.3.2.1 尽管本条不包括辐照过程中的性能测试，但是一些基础内容还是会涉及到。短时效应主要表现为辐照过程中以及之后的电性能变化，诸如诱导电导率;可以通过测定诱导电导率来确定短时辐射效应。这些效应主要与剂量率有关。4.3.2.2 经验表明，诱导电导率和吸收剂量率D通常不完全成比例关系，反而随着Da变化，小于1，辐射灵敏度描述如下z=kDa 为了确定h和，至少要进行两项测试，更复杂的是，k和也和吸收总剂量有关。4.3.2.3 由于电极材料中的光电子和康普顿电子会
16、干扰试样本身的感应电流，所以对于诱导电导率的测量是非常精密的。穿过电离气体的离子流如果不消除，也会造成测量错误。应该确定消除这些干扰因素而保留相关因素的测试方法。4.3.2.4 为了方便起见，使用单位剂量率的一个简单参数、例如诱导电导率矶和在同样测试条件下测得的暗电导率。的比值aj。来表征材料短时效应的敏感性。5 剂量测定方法5. 1 综述在己知的辐射场中，使用物理测量方法而不依赖仪器测量来测定照射量、电流密度或者吸收剂量的方法称为绝对方法。定义中不直接涉及绝对方法的精确性，但是对仪器技术的研究和辐射诱导反应的基础研究结果表明，这些绝对方法，例如热量计，被广泛视为主要的剂量测定标准方法。在辐射
17、效应的研究中，不仅经常用到这些实验方法，而且在辐射源计量的国家或国际标准实验室中能见到这些方法的应用。对于光子源，测量精度为在2%3%。这些方法可以作为不同实验室比较的可靠标准。除了这些绝对方法，还有用于计量井有很多用途的，可测定吸收剂量的相对辐射量测定方法21。这都是基于在辐照场中，计量用材料吸收能量后能发生各种可测的化学反应或能量转移。许多辐照感应物，例如塑料薄膜或元机固体物被用于剂量测定，这样既相对容易操作且结果易于分析，在对于精度要求不高的时候，其优势明显。5.2 绝对方法5.2. 1 伽马射线5.2. 1. 1 大气电离室可用于测量3MeV及以下的照射量X。也就是说，它们设计用于测量
18、大气中电荷量dQ以及产生电离电子的大气质量dmo5.2. 1.2 如果D不太高，在确定达到平衡条件的情况下，可用空腔电离室测量照射量9。如果在特定的介质中，使用空腔电离室测定吸收剂量，所用的腔壁和气体都要与介质相匹配。对于某一特定类型的辐射，如果在两种介质中由吸收辐射造成的次级电离粒子的通量密度和能量分布相同，就可以说两种材料相配。5.2.1.3 量热计的工作原理是:在辐射场中吸收能量，保留这些能量并转化为热能，而热量可以通过系GB/T 26168.1-2010/IEC 60544-1: 1994 统温度的升高来测量时，系统的热容可通过与辐射产生相同温升的电能输入量来测定。在某些系统中，辐射能
19、量通过化学反应或非化学反应转化为化学能会有一些偏差，但这些偏差是可以校正的。尽管如此，由于吸收的辐射能向热能的转化建立了一个能量沉积与辐射量元关的系统，量热计已成为一种绝对方法，而其他标准方法都必须根据它来校正。5.2.2 电子束5.2.2.1 辐照量或放射量测定采用的是未修正的物理测定方法来测定吸收剂量或电子通量。有两种绝对方法可测定辐射量或放射量:一个是量热计法，另一个是电流密度计法。这些绝对方法主要用于校正常规剂量计，如果不使用常规薄膜剂量计的话，一般很难测量剂量-深度分布。5.2.2.2 量热计法用于测量吸收剂量或能量通量。如果使用高空间分辨率的常规剂量计来测量相对剂量-深度分布，测得
20、材料单位面积上的吸收能量就能够确定吸收剂量。简单的准绝热方法能被用作部分吸收型量热计25和全吸收型量热计。5.2.2.3 电流密度方法是通过测量电子加速器单位面积辐射场的电荷或电流，它是一种放射量计量方法。阳。这不是一种剂量测定方法，但是如果在同样的吸收材料中，与密度计的电荷吸收器相碰撞的平均电子能量和相对剂量-深度分布可用常规剂量计测出，这种方法就可用来测量吸收剂量。法拉第杯常用于电子束的电荷测量，但不适用于广角分布的宽电子束在单位面积上的电荷或电流的精确测量，测量电子加速器的散射宽电子束的一种简化方法是使用组装的非真空室石墨电荷吸收器问J35J。通过吸收器组装和与斜人射相关的电子背散射修正
21、的特殊装置，能精确测得有效吸收面积;通过减少中心吸收器周围的额外电场的形成可避免周围空气中电离电荷的影响。5.3 相对方法5.3. 1 化学转化剂量计的原理是:在辐射过程中会发生特定反应，而反应程度与吸收剂量成比例关系。硫酸亚铁(弗里克剂量计)被确定为此类方法中的标准，也是最可靠的，它应用广泛，适用于不同实验室之间的比较4J9I。其他体系也是很重要的，因为它们能够扩展硫酸亚铁方法的使用范围。氨基酸类(丙股酸)剂量计被IAEA推荐为转换标准叫阴阳。塑料，无论着色或非着色，都适用作化学剂量计18J 22 23 34 32。5.3.2 其他相对方法都基于光致发光或热致发光产生的物理效应山巾。5.3.
22、3 如果由于环境条件(辐射前后的温度、湿度、气氛、光照等)、剂量率和辐射能谱的不同，相对剂量计会出现偏差，那它就只能在与校正条件一样的情况下使用。其他造成偏差的原因有:辐射前后的不稳定性、批次差别、响应特性的非线性、尺寸偏差、纯度或化学效应等。5.3.4 如果剂量计特性与Y射线和电子束的辐射参数，如电子能谱、剂量率、辐照时间、辐照温度等元关，那么在Y射线下获得的校正常数或校正曲线也能适用于电子束。5.4 测量服收剂量的推荐方法5.4. 1 表l列出了一部分绝对方法和相对方法及其特性，例如:一一吸收剂量和吸收剂量率的范围;一一辐射能的影响;温度或湿度的影响;一一薄膜或目标物的材料和厚度;一一输出
23、类型;一一一实际应用情况;参考文件。5.4.2 对于绝缘材料在高吸收剂量或高吸收剂量率下的辐照测量，难以使用剂量计，因为剂量计的部件会产生辐射效应或受损坏(比如，电离室的绝缘损坏)。为了避免这种情况，需要特殊的试验和工艺。对列出的大多数方法的更全面综述可见4J，以及表1列出的参考文件。表1推荐的测量服收剂量常用方法n 方法输出格式剂量范围/Gy剂量率范围/Gy/s能茧温度备注参考文件绝对方法量热计温度10-1 10 3X10-3 与能茧无关元影响最常用的是绝热型。4J27J 1. 5X10 高精度的热阻传感器。直接电子输出适用于高能场空腔电离室电流4二3X 102 制造者说明无影响已商业化。直
24、接电子输出9J33J35J 可用于低剂量和低剂茧率常的精密测量相对方法化学变换法分光光度4XlO-24X102 三二30在O.66 MeV16 MeV 在o.C50 .C影响极小，实验室容易制备4JlJ9J 硫酸亚铁剂量计范围内与能量无关分光光度计输出敏感(弗里克剂量计硫酸高销分光光度5X10210 0.5MV，R.为有效射程)7. 1.6 在一个三层平板吸收器(束窗、空气层和试样)3山7中，如果平面层状材料在辐射场中的运动方向与电子束扫描方向垂直，并且电子束正常是单能的、平行平面碰撞束窗，则材料每单位电子通量的剂量-深度分布可以作为能量吸收函数l(功的一部分计算。图2是平面层状聚乙烯材料曝露
25、在1MeV电子束下的l(z)(z是三层的总厚度)计算结果的一个图例。三层的l(z)差异与吸收剂量的差异不相等。图3是在同样辐照条件下测得的几种典型绝缘材料相对剂量-深度分布的对比图，不能忽视典型有机绝缘材料之间的差异，这是由于它们的质量撞击停止能和质量多次散射能不同，其不同主要取决于氢含量和有效原子序数。9 G/T 26168.1-2010/IEC 60544-1: 1994 4 l(z)I( Me V /(g /cm2) 3 2 。0.2 0.4 质量射程/(g/cm2)O. 6 图2曝露在1MeV电子束下的平面层状聚乙烯的能量分布函数(:;.勺的计算结果图例(z是包含束窗、气隐和PE层的三
26、层吸收器总厚度)7.2 推荐的电子束剂量测量步骤表1给出了一系列绝对和相对方法及其他们的主要特性。一个推荐的剂量测量步骤检查列表包含如下内容叫:1) 电子能量和试样厚度的关系;2) 试验包含的剂量范围;3) 试样温升与平均剂量率的关系以及试验允许的辐照时间;4) 试验要求的剂量均匀性:a) 在厚度范围内的剂量均匀性的限制;b) 试样横向剂量均匀性的限制;5) 辐射方法，需要考虑的试样数量、尺寸，温升，试样内剂量均匀性(静态或扫描辐射h6) 剂量测定方法的精确度和准确性限制;7) 依照下述条件选择剂量计:a) 可测量的剂量范围;b) 剂量计的厚度决定了剂量输出的空间分辨率;c) 在规定的剂量水平
27、上的精确度或可重复性;d) 在要求的剂量率范围内输出结果的变化;e) 辐射时和辐射后环境条件(光效应、温度、湿度、气体和储存情况的影响造成的输出结果的变化限制pf) 输出的持久性或剂量指示的稳定性;g) 获得完善可靠的标准测量方法的有效性;h) 操作和输出的简单性;10 i) 仅使用剂量计读出剂量的有效性;j) 不同批次的重复性;k) 成本;GB/T 26168.1-2010/IEC 60544-1 : 1994 8) 其他辐射参数(束流、扫描宽度、气隙距离、传送速度、辐射底板、温度、瞬间剂量率、背散射效应、电子斜人射、绝缘材料的电荷积累，等等)。4 l(z)/(MeV/(g/cm2) -一聚
28、乙烯- -聚甲基丙烯酸甲酶-_.-聚四氟乙烯3 聚氯乙烯2 。0.2 0.4 质量射程J(g/cm2)O. 6 图3曝露在1MeV电子束的典型有机绝缘材料的能量分布函数l(z.)的计算结果图倒(z是束窗、气醋和绝缘材料层的三层吸收器总厚度)7.3 电子束辐射7.3. 1 如图4所示，考虑到试样内部由于剂量-深度分布造成的剂量变化，对绝缘材料进行单面电子束辐照时，一般都将样品分别在两种方式下进行:a)试样放在相同材质材料的底板上;b)试样夹在两块相同材质的片材中，它们的总厚度要大于电子的射程。对于厚度大于电子射程的试样一般采用双面辐射。7.3.2 加速电压的选择基本上要能满足试验厚度内的剂量均匀
29、性，束流和其他辐射条件，例如气隙距离、束扫描参数、输送系统的机械扫描参数等的选择要尽量减小辐照期间试样的温升，并充分提高辐照利用效率。7.4 测量剂量-深度分布的方法7.4. 1 测量绝缘材料的剂量-深度分布是电子束剂量测量中有意义的典型实际应用。剂量-深度分布的测量方法基本有两种，一种是在块状绝缘材料中使用薄膜剂量计，另一种是在模状绝缘材料中使用薄膜剂量计，每一种都有一些变化，见图5。7.4.2 在均匀堆积法中(见图5a)，剂量计薄膜本身就和相同绝缘材料堆积在一起，直到厚度大于电子射程。这种方法给出了剂量计薄膜材料的剂量-深度分布，并且适用于组成相似的材料。这可能是唯一适用于测量低能电子束(
30、以及d口ndFTFE=-J:?二一=0.25cm nPTFE/nH20 这意味着必须要用0.25cm的PTFE包裹这个薄膜。18 10.0 9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 10%衰减/ / / .-. / / / / 25%衰减./ / / / / / / M / / / I v 3.0 2.0 V0987654 FEel333333 能M:lilt-t0.3 0.2 0.1 2 7 3 4 5 6 厚度/cm图A.3衰减一定的单向X射线或射线辐照的光子能量和水厚度的函数曲线图G/T 26168.1一2010/IEC60544-1 : 1994 附录B(规范性附录)数值因数/1
31、的推导X射线或Y射线辐照材料时，它的能量吸收效率取决于它的质量能量吸收系数(J)m。这可以用质量吸收系数乘以材料真正吸收的光子能量的分数来获得，因此需要用荧光、散射、涅灭、辐射和韧致辐射损失进行修正。被辐射材料的质量能量吸收系数值，不管是共提材料还是复合物，都可以有下列近似关系:(en/P)m = Wi(，uen/P)i .( B.l ) 式中Wi和(en/P)i分别是i组分的质量分数和质量能量吸收系数。只要存在带电粒子平衡，空气中1C/同的照射量能产生33.68/kg的吸收(空气中33.7+0.2eV 产生一个离子对)。同样的照射量，被辐照材料的吸收剂量可用下列公式计算:(,uen / P飞
32、(en/P)mDm=D缸一一一r:m = 33.68一一一一.!.X, (en/P)ai .V(en/ p)创其中:Dm一一材料的吸收剂量，Gy;D町空气的吸收剂量，Gy;(en/)m 材料m的质量能量吸收系数;(en/ P)ai, 空气的质量能量吸收系数;X 照射量，C/kg。将式(B.l)带入式(B.2)，得到，其中，Dm二XL;W;ji(,uen/ P飞fi =33. 68一一-一-:(J/C) (en/P)町注:数值因数fi也可以用旧的C.G.S单位rad/ROrad/R=38. 76 J/C) J; = 0.870 ，(，业1L(rad/R)(en/ p).;, .( B.2 ) .
33、( B.3 ) .( B.4 ) 19 GB/T 26168.1-2010/IEC 60544-1: 1994 参考文献lJ Standard method of test for absorbed gamma radiation dose in the Fricke dosimeter, ASTM D1671-72 , Book of ASTM standards,Parts 39 and 45 (1976). 2J STM D2586 Calculation of absorbed dose from X or Gamma radiation, Book of ASTM standards
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