eng
Выпуск #5/2019
И. С. Азанова, Д. И. Шевцов, О. Л. Вохмянина, И. Д. Саранова, А. Н. Смирнова, М. И. Булатов, Е. А. Поспелова, Ю. О. Шаронова, Т. В. Димакова, П. Ф. Кашайкин, А. Л. Томашук, А. Ф. Косолапов, С. Л. Семёнов
Опыт разработки термостойкого, радиационно-стойкого и водородостойкого оптического волокна в пао пнппк
Опыт разработки термостойкого, радиационно-стойкого и водородостойкого оптического волокна в пао пнппк
Просмотры: 2650
Разработана технология изготовления, освоено серийное производство и проведены испытания оптического волокна с кварцевой сердцевиной стойкого к повышенным температурам, ионизирующему излучению и водородосодержащей среде. Такие оптические волокна могут быть использованы в кабелях для специальных систем телеметрии, бортовых кабелях авиакосмической техники, геофизических кабелях для измерения температуры в скважине.
DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2019.13.5.444.450
DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2019.13.5.444.450
Теги: high temperature hydrogen environment ionizing radiation optical fibre водородосодержащая среда ионизирующее излучение оптическое волокно повышенная температура
И. С. Азанова1, azanova@pnppk.ru, Д. И. Шевцов1, О. Л. Вохмянина1, И. Д. Саранова1, А. Н. Смирнова1, М. И. Булатов1, Е. А. Поспелова1, Ю. О. Шаронова1, Т. В. Димакова1, П. Ф. Кашайкин2, А. Л. Томашук2, А. Ф. Косолапов2, С. Л. Семёнов2
ПАО «Пермская научно-производственная приборостроительная компания», Пермь, Россия
Научный центр волоконной оптики РАН, Москва, Россия
Разработана технология изготовления, освоено серийное производство и проведены испытания оптического волокна с кварцевой сердцевиной стойкого к повышенным температурам, ионизирующему излучению и водородосодержащей среде. Такие оптические волокна могут быть использованы в кабелях для специальных систем телеметрии, бортовых кабелях авиакосмической техники, геофизических кабелях для измерения температуры в скважине.
Ключевые слова: оптическое волокно, ионизирующее излучение, повышенная температура, водородосодержащая среда
Статья получена: 24.04.2019. Принята к публикации: 04.06.2029.
Experience оf the Development
of Heat-resistant, Radiation-resistant
and Hydro-resistant Optical Fibre
I. S. Azanova1, azanova@pnppk.ru, D. I. Shevtsov1, O. L. Vokhmyanina1, I. D. Saranova1, A. N. Smirnova1, M. I. Bulatov 1, E. A. Pospelova1, Yu. O. Sharonova1, T. V. Dimakova1, P. F. Kashaykin2, A. L. Tomashuk2, A. F. Kosolapov2, S. L. Semenov2
PJSC «Perm Scientific and Production Instrument-Making Company», Perm, Russia
Fibre Optics Research Centre of RAS, Moscow, Russia
The manufacturing technology of pure-silica-core optical fibre mass production has been developed and mastered. Research for its resistance to elevated temperatures, ionizing radiation and hydrogen-containing medium was conducted. These optical fibres can be used in cables for special telemetry systems, on-board cables for aerospace engineering, and geophysical cables for measuring temperature in a borehole.
Keywords: optical fibre, ionizing radiation, high temperature, hydrogen environment
Received: 24.04.2019. Accepted: 04.06.2019.
Введение
В последние годы появилась потребность в замене импортных оптических волокон для специальных применений, что привело к разработке ряда моделей специальных волокон на ПАО ПНППК, в частности, радиационно-стойкого волокна с сохранением поляризации излучения для волоконно-оптических гироскопов [1–3].
Дальнейшее развитие этой технологии привело к созданию серийного производства нового типа волокна – одномодового оптического волокна с сердцевиной из нелегированного кварцевого стекла ОВ-РСИ125. Основные параметры волокна представлены в таблице. Разработано две модификации с защитным покрытием двух типов – двухслойное акрилатное и полиимидное покрытие с углеродным подслоем. Также доступны модификации с силиконовым и уретанакрилатным покрытиями. Углеродное покрытие применяется для повышения долговременной надежности волокна (рис. 1), оно способствует сохранению прочности при воздействии влаги на поверхность волокна и предотвращает диффузию молекул воды и водорода в сердцевину световода.
В данной статье представлены результаты испытания оптического волокна ОВ-РСИ125 с полиимидным покрытием с углеродным подслоем на воздействие повышенной температуры, герметичность к водородосодержащей среде и различным видам ионизирующего излучения.
Испытания
на стойкость
к повышенным температурам
В процессе температурного воздействия меняются оптические потери оптического волокна. Испытания на стойкость к повышенным температурам проходили следующим образом: оптическое волокно в свободной намотке диаметром 155 мм помещали в термокамеру с погрешностью поддержания температуры ±2 °C в атмосфере воздуха; температура изменялась ступенчато до +300 °C, длительность выдержки 8 ч. В процессе воздействия измерялась оптическая мощность на выходе волокна с помощью измерителя мощности с погрешностью измерения 10–5 мВт. Оптические потери до и после воздействия измеряли методом обрыва по ГОСТ Р МЭК 60793-1-40-2012.
Результаты испытаний графически представлены на рис. 2. При температуре 300 °C оптические потери волокна увеличиваются на 0,15 дБ / км и не превышают 0,56 дБ / км. После перехода в нормальные условия оптические потери практически восстанавливаются в исходное состояние.
Испытания на стойкость к газообразному водороду
Испытания оптического волокна на стойкость к газообразному водороду проводились в испытательной камере и сушильном шкафу согласно схеме (рис. 3). В испытательной камере размещались катушки с волокном длиной не менее 200 м, причем оба конца от каждого образца выводились наружу через гермовыводы камеры. Один конец волокна подключался к спектроанализатору для регистрации спектра пропускания волокна, второй конец − к источнику белого света. Камеру проверяют на герметичность и помещают ее в сушильный шкаф, затем в камере создают атмосферу водорода с давлением 10 бар и нагревают до температуры 100 °C. Образцы оптического волокна выдерживали в данных условиях до 40 ч, последовательно измеряя спектр пропускания волокна (рис. 4 а, b). Не зафиксировано изменение спектра пропускания волокна ОВ-РСИ125 с углерод-полиимидным покрытием (рис. 4, а). В то же время для контрольного образца волокна без углеродного покрытия зафиксировано характерное изменение спектра пропускания на длине волны 1240 нм, что свидетельствует о проникновении молекулярного водорода (рис. 4, b).
Испытания на стойкость к воздействию ионизирующего излучения
Волокна с сердцевиной из нелегированного кварцевого стекла, как в ОВ-РСИ125, обеспечивают высокую стойкость к воздействию ионизирующего излучения [4]. Радиационно-наведенные оптические потери (РНП) в волокнах с кварцевой сердцевиной существенно меньше, чем у германо-силикатных волокон.
Для исследования реакции оптического волокна на воздействие различных видов ионизирующего излучения была применена методика, основанная на рекомендациях документа ГОСТ РВ 6015-002-2007. Оптическое волокно длиной не менее 100 м испытывалось в свободной намотке для минимизации вклада механических напряжений в РНП. В процессе воздействия регистрировались спектр пропускания волокна, оптическая мощность на рабочих длинах волн (1,31 мкм и 1,55 мкм) на выходе волокна. Также исследовалось влияние вводимой оптической мощности (имитация эксплуатации волокна) на РНП. Образцы волокна помещались в облучательном зале в область пространства с заданной мощностью дозы ионизирующего излучения, причем имелась возможность изменять температуру образцов непосредственно в этой области. Концы образцов оптического волокна подключались с помощью сварки к оптическому кабелю с таким же волокном, который прокладывался через биологическую защиту и подключался к источнику оптического излучения, измерителю оптической мощности или спектроанализатору (рис. 5).
Испытания на стойкость к воздействию непрерывного гамма-излучения
Исследования проводились с помощью моделирующей установки ГУТ‑200М на основе источника гамма излучения 60Со. Образец волокна помещался в область с равномерным полем облучения 1 Гр / с или 5 Гр / с.
Испытания при работе на разных длинах волн
На рис. 6 представлены РНП на рабочих длинах волн. Для поглощенной дозы до 100 кГр выгодно эксплуатировать данное волокно на длине волны 1,55 мкм из-за существенно меньшего РНП, на начальном этапе облучения разница РНП для длин волн 1,55 мкм и 1,31 мкм составляет до 5 дБ / км. При этом для поглощенной дозы свыше 100 кГр преимущество − за рабочей длиной волны 1,31 мкм, для которой при дозе 1 МГр достигнуты РНП не более 15 дБ / км. В этом эксперименте вводимая оптическая мощность была менее 0,1 мкВт (для исключения влияния эффекта фотообесцвечивания). При этом необходимо отметить, что РНП для рабочей длины волны λ = 1 550 нм более чувствительны к температуре окружающей среды. Во время облучения температура у источника гамма излучения поднималась примерно на 5 °C и далее принудительной вентиляцией охлаждалась на эти же 5 °C. Можно заметить на участках в районе доз облучения 280 кГр, 700 кГр, 1,1 МГр резкие скачки РНП на величину около 1 дБ / км, связанные с температурой в облучательной комнате.
ВЛияние пониженной
температуры среды
Зависимость РНП от температуры является известным фактом, повышенные температуры положительно влияют на стойкость к ионизирующему излучению. Этот эффект называется термический отжиг. В то же время пониженные температуры значительно ухудшают стойкость оптического волокна [5, 6]. Дефекты сетки стекла, возникающие при воздействии ионизирующего излучения, переходят из возбужденного состояния в промежуточное, находятся в этом состоянии долгое время и далее стремятся к исходному под действием тепловых эффектов. При пониженных температурах переход дефектов сетки стекла из промежуточного состояния в исходное происходит существенно медленнее. [7].
Целью исследования являлась проверка стойкости волокна ОВ-РСИ125 к ионизирующему излучению при пониженной температуре среды минус 60 °C. На рис. 7 представлена зависимость РНП на длине волны 1310 нм от дозы облучения до 370 Гр при температуре минус 60 °C и вводимой в образец оптической мощности 5 мкВт, а также релаксация в течение 3 минут после отключения источника гамма-излучения. Максимальные РНП при пониженных температурах с поглощенной дозой 370 Гр на образце ОВ-РСИ125 составили 10 дБ / км, что согласуется с данными работы [5].
Влияние фотообесцвечивания
Яркое проявление эффекта фотообесцвечивания можно увидеть в волокне с нелегированной кварцевой сердцевиной [8]. Исследовано влияние вводимой оптической мощности в волокно ОВ-РСИ125 на радиационно-наведенные потери, что крайне важно знать при эксплуатации таких световодов. В четыре одинаковых образца волокна ОВ-РСИ125 была введена оптическая мощность от 6,5 мкВт до 4 мВт на длине волны 1550 нм с помощью оптических аттенюаторов. Волокно облучалось до дозы 1 кГр с мощностью дозы 1,3 Гр / с при температуре +30 °C.
При увеличении вводимой мощности в тысячу раз удалось снизить потери с 1,9 дБ / км до 1,1 дБ / км при поглощённой дозе 1 кГр только за счет эффекта фотообесцвечивания (рис. 8). При этом зависимость РНП от оптической мощности нелинейная и, с точки зрения эксплуатации, целесообразно вводить не менее 1 мВт оптической мощности при указанных дозах. Как показывают исследования [8], эффект проявляется как с непрерывным вводимым лазерным излучением, так и с импульсным.
Исследования на стойкость к воздействию импульсного гамма-излучения
Исследования стойкости оптического волокна ОВ-РСИ125 к воздействию импульсного гамма излучения проходили на импульсном линейном индукционном ускорителе электронов с длиной импульса ~20 нс. Испытаны два идентичных образца одномодового изотропного волокна на длине волны 1310 нм (мощность 30 мкВт) при комнатной температуре (рис. 9).
Первый образец получил дозу в импульсе 6 Гр. Чтобы достичь границу РНП 10 дБ / км, ему потребовалось около 4 мс. Через секунду образец восстановился до уровня потерь 0,45 дБ / км. Второй образец получил дозу 27 Гр и границу РНП в 10 дБ / км достиг за 7 мс. Через секунду релаксации РНП второго образца было равно 1 дБ / км. Таким образом, при разнице мощности дозы (и дозы в импульсе) до 4,5 раз РНП отличается примерно на 0,5 дБ / км через 1 с после воздействия [4].
Исследования на стойкость к воздействию импульсного нейтронного излучения показали (рис. 10), что РНП на длине волны 1550 нм составили 1,8 дБ / км через 0,2 с после воздействия длительностью 60 мкс с дозой 4 крад и флюенсом 1,5∙1013 н / см‑2.
люминесценция
В работе [9] на основе серии опытов было выявлено, что люминесценция оптического волокна возникает при импульсном ионизирующем излучении при мощности дозы больше 107 Р / с. Временная форма люминесценции, возникающей в волокне, повторяет форму гамма импульса. Волокна ОВ-РСИ125 были испытаны в подобных условиях на импульсном линейном индукционном ускорителе электронов с длиной импульса ~20 нс. В образец волокна не вводилась оптическая мощность, детектирование сигнала производилось с помощью фотоприемника с полосой пропускания 80 МГц и запоминающего осциллографа.
На графике (рис. 11) представлен сигнал, связанный с люминесценцией, где по вертикальной оси отложено напряжение с фотоприемника в вольтах. Поглощенная доза 22 Гр за импульс длительностью 20 нс соответствует мощности дозы в 109 Гр / с. Ширина кривой люминесценции на полувысоте составляет около 20 нс, что соответствует длительности импульса гамма-источника.
Заключение
Представленные в работе результаты подтверждают высокую стойкость к повышенной температуре эксплуатации, водородосодержащей среде, импульсному и непрерывному ионизирующему излучению оптического волокна ОВ-РСИ125, разработанного и производимого в ПАО ПНППК.
Литература
Kashaykin P. F. et al. Journal of Non-Crystalline Solids. 2019; 508: 26.
Tomashuk A. L. et al. Bulletin of the Lebedev Physics Institute. 2018; 45(12): 385.
Азанова И. С. et al. Фотон Экспресс. 2017; 6(142): 119.
Azanova I. S. et al. Foton Ekspress. 2017; 6(142): 119.
Tomashuk A.L. et al. Pulsed-Bremsstrahlung-Radiation Effect on Undoped- and Ge-Doped-Silica-Core Optical Fibers at Wavelength of 1.55 μm. Lightwave Technology. 2016; PP(99): 1–1.
Kashaykin P.F. et al. Journal of Applied Physics. 2017; 121: 213104.
Griscom D. L. Applied Physics letters. 1997; 71(2): 175.
Dianov E.M. et al. Soviet Journal of Quantum Electronics. 1979; 9(5): 636–637
Sigel G.H. IEEE Transactions on Nuclear Science. 1981; 28(6): 4095.
Андрияш А. В. Известия Челябинского научного центра. 2003; 4(21): 20.
Andriyash A. V. Izvestiya Chelyabinskogo nauchnogo centra. 2003; 4(21): 20.
ENLISH VERSION PDF
(PDF, 5011.1 Кб)
ПАО «Пермская научно-производственная приборостроительная компания», Пермь, Россия
Научный центр волоконной оптики РАН, Москва, Россия
Разработана технология изготовления, освоено серийное производство и проведены испытания оптического волокна с кварцевой сердцевиной стойкого к повышенным температурам, ионизирующему излучению и водородосодержащей среде. Такие оптические волокна могут быть использованы в кабелях для специальных систем телеметрии, бортовых кабелях авиакосмической техники, геофизических кабелях для измерения температуры в скважине.
Ключевые слова: оптическое волокно, ионизирующее излучение, повышенная температура, водородосодержащая среда
Статья получена: 24.04.2019. Принята к публикации: 04.06.2029.
Experience оf the Development
of Heat-resistant, Radiation-resistant
and Hydro-resistant Optical Fibre
I. S. Azanova1, azanova@pnppk.ru, D. I. Shevtsov1, O. L. Vokhmyanina1, I. D. Saranova1, A. N. Smirnova1, M. I. Bulatov 1, E. A. Pospelova1, Yu. O. Sharonova1, T. V. Dimakova1, P. F. Kashaykin2, A. L. Tomashuk2, A. F. Kosolapov2, S. L. Semenov2
PJSC «Perm Scientific and Production Instrument-Making Company», Perm, Russia
Fibre Optics Research Centre of RAS, Moscow, Russia
The manufacturing technology of pure-silica-core optical fibre mass production has been developed and mastered. Research for its resistance to elevated temperatures, ionizing radiation and hydrogen-containing medium was conducted. These optical fibres can be used in cables for special telemetry systems, on-board cables for aerospace engineering, and geophysical cables for measuring temperature in a borehole.
Keywords: optical fibre, ionizing radiation, high temperature, hydrogen environment
Received: 24.04.2019. Accepted: 04.06.2019.
Введение
В последние годы появилась потребность в замене импортных оптических волокон для специальных применений, что привело к разработке ряда моделей специальных волокон на ПАО ПНППК, в частности, радиационно-стойкого волокна с сохранением поляризации излучения для волоконно-оптических гироскопов [1–3].
Дальнейшее развитие этой технологии привело к созданию серийного производства нового типа волокна – одномодового оптического волокна с сердцевиной из нелегированного кварцевого стекла ОВ-РСИ125. Основные параметры волокна представлены в таблице. Разработано две модификации с защитным покрытием двух типов – двухслойное акрилатное и полиимидное покрытие с углеродным подслоем. Также доступны модификации с силиконовым и уретанакрилатным покрытиями. Углеродное покрытие применяется для повышения долговременной надежности волокна (рис. 1), оно способствует сохранению прочности при воздействии влаги на поверхность волокна и предотвращает диффузию молекул воды и водорода в сердцевину световода.
В данной статье представлены результаты испытания оптического волокна ОВ-РСИ125 с полиимидным покрытием с углеродным подслоем на воздействие повышенной температуры, герметичность к водородосодержащей среде и различным видам ионизирующего излучения.
Испытания
на стойкость
к повышенным температурам
В процессе температурного воздействия меняются оптические потери оптического волокна. Испытания на стойкость к повышенным температурам проходили следующим образом: оптическое волокно в свободной намотке диаметром 155 мм помещали в термокамеру с погрешностью поддержания температуры ±2 °C в атмосфере воздуха; температура изменялась ступенчато до +300 °C, длительность выдержки 8 ч. В процессе воздействия измерялась оптическая мощность на выходе волокна с помощью измерителя мощности с погрешностью измерения 10–5 мВт. Оптические потери до и после воздействия измеряли методом обрыва по ГОСТ Р МЭК 60793-1-40-2012.
Результаты испытаний графически представлены на рис. 2. При температуре 300 °C оптические потери волокна увеличиваются на 0,15 дБ / км и не превышают 0,56 дБ / км. После перехода в нормальные условия оптические потери практически восстанавливаются в исходное состояние.
Испытания на стойкость к газообразному водороду
Испытания оптического волокна на стойкость к газообразному водороду проводились в испытательной камере и сушильном шкафу согласно схеме (рис. 3). В испытательной камере размещались катушки с волокном длиной не менее 200 м, причем оба конца от каждого образца выводились наружу через гермовыводы камеры. Один конец волокна подключался к спектроанализатору для регистрации спектра пропускания волокна, второй конец − к источнику белого света. Камеру проверяют на герметичность и помещают ее в сушильный шкаф, затем в камере создают атмосферу водорода с давлением 10 бар и нагревают до температуры 100 °C. Образцы оптического волокна выдерживали в данных условиях до 40 ч, последовательно измеряя спектр пропускания волокна (рис. 4 а, b). Не зафиксировано изменение спектра пропускания волокна ОВ-РСИ125 с углерод-полиимидным покрытием (рис. 4, а). В то же время для контрольного образца волокна без углеродного покрытия зафиксировано характерное изменение спектра пропускания на длине волны 1240 нм, что свидетельствует о проникновении молекулярного водорода (рис. 4, b).
Испытания на стойкость к воздействию ионизирующего излучения
Волокна с сердцевиной из нелегированного кварцевого стекла, как в ОВ-РСИ125, обеспечивают высокую стойкость к воздействию ионизирующего излучения [4]. Радиационно-наведенные оптические потери (РНП) в волокнах с кварцевой сердцевиной существенно меньше, чем у германо-силикатных волокон.
Для исследования реакции оптического волокна на воздействие различных видов ионизирующего излучения была применена методика, основанная на рекомендациях документа ГОСТ РВ 6015-002-2007. Оптическое волокно длиной не менее 100 м испытывалось в свободной намотке для минимизации вклада механических напряжений в РНП. В процессе воздействия регистрировались спектр пропускания волокна, оптическая мощность на рабочих длинах волн (1,31 мкм и 1,55 мкм) на выходе волокна. Также исследовалось влияние вводимой оптической мощности (имитация эксплуатации волокна) на РНП. Образцы волокна помещались в облучательном зале в область пространства с заданной мощностью дозы ионизирующего излучения, причем имелась возможность изменять температуру образцов непосредственно в этой области. Концы образцов оптического волокна подключались с помощью сварки к оптическому кабелю с таким же волокном, который прокладывался через биологическую защиту и подключался к источнику оптического излучения, измерителю оптической мощности или спектроанализатору (рис. 5).
Испытания на стойкость к воздействию непрерывного гамма-излучения
Исследования проводились с помощью моделирующей установки ГУТ‑200М на основе источника гамма излучения 60Со. Образец волокна помещался в область с равномерным полем облучения 1 Гр / с или 5 Гр / с.
Испытания при работе на разных длинах волн
На рис. 6 представлены РНП на рабочих длинах волн. Для поглощенной дозы до 100 кГр выгодно эксплуатировать данное волокно на длине волны 1,55 мкм из-за существенно меньшего РНП, на начальном этапе облучения разница РНП для длин волн 1,55 мкм и 1,31 мкм составляет до 5 дБ / км. При этом для поглощенной дозы свыше 100 кГр преимущество − за рабочей длиной волны 1,31 мкм, для которой при дозе 1 МГр достигнуты РНП не более 15 дБ / км. В этом эксперименте вводимая оптическая мощность была менее 0,1 мкВт (для исключения влияния эффекта фотообесцвечивания). При этом необходимо отметить, что РНП для рабочей длины волны λ = 1 550 нм более чувствительны к температуре окружающей среды. Во время облучения температура у источника гамма излучения поднималась примерно на 5 °C и далее принудительной вентиляцией охлаждалась на эти же 5 °C. Можно заметить на участках в районе доз облучения 280 кГр, 700 кГр, 1,1 МГр резкие скачки РНП на величину около 1 дБ / км, связанные с температурой в облучательной комнате.
ВЛияние пониженной
температуры среды
Зависимость РНП от температуры является известным фактом, повышенные температуры положительно влияют на стойкость к ионизирующему излучению. Этот эффект называется термический отжиг. В то же время пониженные температуры значительно ухудшают стойкость оптического волокна [5, 6]. Дефекты сетки стекла, возникающие при воздействии ионизирующего излучения, переходят из возбужденного состояния в промежуточное, находятся в этом состоянии долгое время и далее стремятся к исходному под действием тепловых эффектов. При пониженных температурах переход дефектов сетки стекла из промежуточного состояния в исходное происходит существенно медленнее. [7].
Целью исследования являлась проверка стойкости волокна ОВ-РСИ125 к ионизирующему излучению при пониженной температуре среды минус 60 °C. На рис. 7 представлена зависимость РНП на длине волны 1310 нм от дозы облучения до 370 Гр при температуре минус 60 °C и вводимой в образец оптической мощности 5 мкВт, а также релаксация в течение 3 минут после отключения источника гамма-излучения. Максимальные РНП при пониженных температурах с поглощенной дозой 370 Гр на образце ОВ-РСИ125 составили 10 дБ / км, что согласуется с данными работы [5].
Влияние фотообесцвечивания
Яркое проявление эффекта фотообесцвечивания можно увидеть в волокне с нелегированной кварцевой сердцевиной [8]. Исследовано влияние вводимой оптической мощности в волокно ОВ-РСИ125 на радиационно-наведенные потери, что крайне важно знать при эксплуатации таких световодов. В четыре одинаковых образца волокна ОВ-РСИ125 была введена оптическая мощность от 6,5 мкВт до 4 мВт на длине волны 1550 нм с помощью оптических аттенюаторов. Волокно облучалось до дозы 1 кГр с мощностью дозы 1,3 Гр / с при температуре +30 °C.
При увеличении вводимой мощности в тысячу раз удалось снизить потери с 1,9 дБ / км до 1,1 дБ / км при поглощённой дозе 1 кГр только за счет эффекта фотообесцвечивания (рис. 8). При этом зависимость РНП от оптической мощности нелинейная и, с точки зрения эксплуатации, целесообразно вводить не менее 1 мВт оптической мощности при указанных дозах. Как показывают исследования [8], эффект проявляется как с непрерывным вводимым лазерным излучением, так и с импульсным.
Исследования на стойкость к воздействию импульсного гамма-излучения
Исследования стойкости оптического волокна ОВ-РСИ125 к воздействию импульсного гамма излучения проходили на импульсном линейном индукционном ускорителе электронов с длиной импульса ~20 нс. Испытаны два идентичных образца одномодового изотропного волокна на длине волны 1310 нм (мощность 30 мкВт) при комнатной температуре (рис. 9).
Первый образец получил дозу в импульсе 6 Гр. Чтобы достичь границу РНП 10 дБ / км, ему потребовалось около 4 мс. Через секунду образец восстановился до уровня потерь 0,45 дБ / км. Второй образец получил дозу 27 Гр и границу РНП в 10 дБ / км достиг за 7 мс. Через секунду релаксации РНП второго образца было равно 1 дБ / км. Таким образом, при разнице мощности дозы (и дозы в импульсе) до 4,5 раз РНП отличается примерно на 0,5 дБ / км через 1 с после воздействия [4].
Исследования на стойкость к воздействию импульсного нейтронного излучения показали (рис. 10), что РНП на длине волны 1550 нм составили 1,8 дБ / км через 0,2 с после воздействия длительностью 60 мкс с дозой 4 крад и флюенсом 1,5∙1013 н / см‑2.
люминесценция
В работе [9] на основе серии опытов было выявлено, что люминесценция оптического волокна возникает при импульсном ионизирующем излучении при мощности дозы больше 107 Р / с. Временная форма люминесценции, возникающей в волокне, повторяет форму гамма импульса. Волокна ОВ-РСИ125 были испытаны в подобных условиях на импульсном линейном индукционном ускорителе электронов с длиной импульса ~20 нс. В образец волокна не вводилась оптическая мощность, детектирование сигнала производилось с помощью фотоприемника с полосой пропускания 80 МГц и запоминающего осциллографа.
На графике (рис. 11) представлен сигнал, связанный с люминесценцией, где по вертикальной оси отложено напряжение с фотоприемника в вольтах. Поглощенная доза 22 Гр за импульс длительностью 20 нс соответствует мощности дозы в 109 Гр / с. Ширина кривой люминесценции на полувысоте составляет около 20 нс, что соответствует длительности импульса гамма-источника.
Заключение
Представленные в работе результаты подтверждают высокую стойкость к повышенной температуре эксплуатации, водородосодержащей среде, импульсному и непрерывному ионизирующему излучению оптического волокна ОВ-РСИ125, разработанного и производимого в ПАО ПНППК.
Литература
Kashaykin P. F. et al. Journal of Non-Crystalline Solids. 2019; 508: 26.
Tomashuk A. L. et al. Bulletin of the Lebedev Physics Institute. 2018; 45(12): 385.
Азанова И. С. et al. Фотон Экспресс. 2017; 6(142): 119.
Azanova I. S. et al. Foton Ekspress. 2017; 6(142): 119.
Tomashuk A.L. et al. Pulsed-Bremsstrahlung-Radiation Effect on Undoped- and Ge-Doped-Silica-Core Optical Fibers at Wavelength of 1.55 μm. Lightwave Technology. 2016; PP(99): 1–1.
Kashaykin P.F. et al. Journal of Applied Physics. 2017; 121: 213104.
Griscom D. L. Applied Physics letters. 1997; 71(2): 175.
Dianov E.M. et al. Soviet Journal of Quantum Electronics. 1979; 9(5): 636–637
Sigel G.H. IEEE Transactions on Nuclear Science. 1981; 28(6): 4095.
Андрияш А. В. Известия Челябинского научного центра. 2003; 4(21): 20.
Andriyash A. V. Izvestiya Chelyabinskogo nauchnogo centra. 2003; 4(21): 20.
Отзывы читателей
