vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2018-63-1-7-14vestift-357Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ, МЕТАЛЛУРГИЯMATERIALS SCIENCES AND ENGINEERING, METALLURGYМАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ И РАДИАЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ ЭЛЕКТРОНИКИMATERIALS OF ELECTROMAGNETIC AND RADIATION PROTECTION FOR ELECTRONIC PRODUCTSГрабчиковС. С.GrabchikovS. S.

доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник лаборатории физики магнитных пленок

D. Sc (Physics and Mathematics), Chief Researcher at Physics of Magnetic Films Laboratory

gss@ifttp.bas-net.byНаучно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению, МинскScientific and Practical Materials Research Centre of the National Academy of Belarus201805042018631714Copyright © Грабчиков С.С., 20182018Грабчиков С.С.Grabchikov S.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/357

Электромагнитные (ЭМИ) и ионизирующие (ИИ) излучения являются одними из основных дестабилизирующих факторов, воздействующих на функциональное оборудование ракетно-космических, авиационных и наземных комплексов. В связи с этим направление физического материаловедения, связанное с созданием новых материалов и технологий для высокоэффективной электромагнитной и радиационной защиты, является актуальным. В Научно-практическом центре Национальной академии наук Беларуси по материаловедению разработаны новые материалы и технологические процессы формирования электромагнитной и радиационной защиты на корпусах приборов и элементов широкого спектра назначения. Наиболее сложными вариантами для защиты от ЭМИ являются постоянное магнитное поле и мощный электро- магнитный импульс. Перспективные материалы для решения данной проблемы – многослойные пленочные структуры симметричного и градиентного типов. В связи с этим рассмотрены экспериментальные результаты по исследованию эффективности электромагнитных экранов на основе структур системы (Fe–Co–Ni)/Cu в постоянном магнитном поле, низкочастотном и импульсном ЭМИ. Показано, что при выборе материалов для магнитостатических экранов следует учитывать как основные магнитные характеристики, так и роль неоднородности магнитного поля в объеме экрана и нелинейность магнитной проницаемости. Сделан вывод о высокой эффективности ослабления градиентными структурами импульсных магнитных полей микросекундной длительности, составляющих 58÷40 дБ при значениях напряженностей магнитных полей 1,25÷12,0 кА/м соответственно. Для защиты электронных компонентов и интегральных микросхем от воздействия ИИ предложен композиционный материал на основе системы вольфрам–медь. Показано, что радиационные экраны, изготовленные на его основе, эффективно защищают от электронного и протонного излучений с энергиями до 2 МэВ и до 500 МэВ соответственно. Приведены результаты практического применения разработанных материалов и технологий.

 

Electromagnetic (EMR) and ionizing (IR) radiation are one of the main destabilizing factors which affect functional equipment of space-rocket, aviation and ground-based complexes. Therefore, the direction of physical materials science, associated with the development of new materials and technologies for high-efficiency electromagnetic and radiation protection is of current interest. In the Scientific and Practical Materials Research Center of the National Academy of Sciences of Belarus new materials and technological processes for the formation of electromagnetic and radiation protection of the devices packages and elements of a wide range of purposes have been developed. A constant magnetic field and a powerful electromagnetic pulse are the most difficult variants for protection against EMR. Symmetric and gradient multilayer film structures are the promising materials for solving this problem. Thus, experimental results on the investigation of the efficiency of electromagnetic shields based on the structures of the system (Fe–Co–Ni)/Cu in a constant magnetic field, low-frequency and pulsed EMR are considered. It is shown that while choosing materials for magnetostatic shields, the main magnetic characteristics and the role of the inhomogeneity of the magnetic field in the shield volume and the nonlinearity of the magnetic permeability should be considered. It is concluded about the high efficiency of attenuation of microsecond duration pulsed magnetic fields by the gradient structures, which are 58÷40 dB at the magnetic field strengths of 1.25÷12.0 kA/m, respectively. A composite material based on the tungsten-copper system is proposed for electronic components and integrated circuits protection from the effects of IR. It is demonstrated that radiation shields based on it provide the effective protection against electron- and proton radiation with energies up to 2 MeV and up to 500 MeV, respectively. The practical application results of developed materials and technologies are given.

электромагнитные и ионизирующие излученияэлектромагнитная и радиационная защитамагнитные и композиционные материалыэлектронные компонентыelectromagnetic and ionizing irradiationelectromagnetic and radiation protectionmagnetic and composite materialselectronic componentsReferencesКечиев, Л. Н. Экранирование технических средств и экранирующие системы / Л. Н. Кечиев, Б. Б. Акбашев, П. В. Степанов. – М.: Группа ИТД, 2010. – 470 с.Kechiev L. N., Akbashev B. B., Stepanov P. V. Shielding of technical facilities and shielding systems. Mosсow, Gruppa ITD Publ., 2010. 470 p. (in Russian).Модель космоса / под ред. М. И. Панасюка. – М.: Изд-во КДУ, 2007. – Т. 1. – 872 с.Panasyuk M. I. (ed.) Space model. Volume 1. Mosсow, KDU Publ., 2007. 872 p. (in Russian).Ионизирующие излучения космического пространства и их воздействие на бортовую аппаратуру космических аппаратов / под ред. Г. Г. Райкунова. – М.: Физматлит, 2013. – 256 с.Raikunov G. G. (ed.) Ionizing radiation of outer space and their impact on the spaceborne apparatus of space vehicles. Mosсow, Fizmatlit Publ., 2013. 256 p. (in Russian).Шапиро, Д. Н. Основы теории электромагнитного экранирования / Д. Н. Шапиро. – Л.: Энергия, 1975. – 112 с.Shapiro D. N. The fundamentals of the theory of electromagnetic shielding. Leningrad, Energiya Publ., 1975. 112 p. (in Russian).Гроднев, И. И. Электромагнитное экранирование в широком диапазоне частот / И. И. Гроднев. – М.: Связь, 1972. – 112 с.Grodnev I. I. Electromagnetic shielding in a wide frequency range. Mosсow, Svyaz’ Publ., 1972. 112 p. (in Russian).Чернушенко, А. М. Конструкции СВЧ устройств и экранов / А. М. Чернушенко. – М.: Радио и связь, 1983. – 400 с.Chernushenko A. M. Design of microwave devices and shields. Mosсow, Radio i svyaz’ Publ., 1983. 400 p. (in Russian).Effectiveness of the magnetostatic shielding by the cylindrical shells / S. S. Grabchikov [et. al.] // J. Magn. Magn. Mater. – 2016. – Vol. 398. – Р. 49–53.Grabchikov S. S., Trukhanov A. V., Trukhanov S. V., Kazakevich I. S., Solobay A. A., Erofeenko V. T., Vasilenkov N. A., Volkova O. S., Shakin A. Effectiveness of the magnetostatic shielding by the cylindrical shells. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2016, vol. 398, pp. 49–53. DOI: 10.1016/j.jmmm.2015.08.122Применение многослойных пленочных экранов в бортовых космофизических спектрометрах / А. Г. Батищев [и др.] // Ядерная физика и инжиниринг. – 2012. – Т. 3, № 5. – C. 1–8.Batishchev A. G., Gal’per A. M., Dmitrenko V. V., Zamesov A. Yu., Naumov P. Yu., Grabchikov S. S., Sosnovskaya L. B., Cheledyuk A. V., Sharapa T. E., Grishin S. A., Petyuk A. L. The application of multilayer film shileds in on-board cosmophysi-cal spectrometers. Yadernaya fizika i inzhiniring = Nuclear Physics and Engineering, 2012, vol. 3, no. 5, pp. 1–8 (in Russian).Перспективы использования многослойных пленочных экранов для защиты космической аппаратуры от постоянных магнитных полей / В. В. Дмитренко [и др.] // Краткие сообщения по физике ФИАН. – 2015. – № 5. – C. 43–48.Dmitrenko V. V., N’yunt P. V., Vlasik K. F., Grachev V. M., Grabchikov S. S., Murav’ev-Smirnov S. S., Novikov A. S., Petrenko D. B., Ulin S. E., Uteshev Z. M., Chernysheva I. V., Shustov A. E. The application prospects of multilayer film shields for space equipment protection against constant magnetic fields. Bulletin of the Lebedev Physics Institute, 2015, vol. 42, iss. 5, pp. 148–151. DOI: 10.3103/S1068335615050061Балюк, Н. И. Мощный электромагнитный импульс: воздействие на электронные средства и методы защиты / Н. И. Балюк, Л. Н. Кечиев, П. В. Степанов. – М.: ООО «Группа ИДТ», 2008. – 478 с.Balyuk N. I., Kechiev L. N., Stepanov P. V. A powerful electromagnetic pulse: the impact on electronic means and protection methods. Mosсow, Gruppa ITD Publ., 2008. 478 p. (in Russian).Многослойные пленочные экраны как средства защиты радиоэлектронной аппаратуры от воздействия импульсных электромагнитных полей / С. А. Акимов [и др.] // Технологии ЭМС. – 2017. – № 1 (60). – С. 21–30.Akimov S. A., Vasilenkov N. A., Grabchikov S. S., Maksimov A. Yu., Simakov S. F., Trukhanov A. V. Multilayer film shields as a means of protecting electronic equipment from the pulsed electromagnetic fields impact. Tekhnologii elektromagnitnoi sovmestimosti = Technologies of Electromagnetic Compatibility, 2017, no. 1 (60), pp. 21–30 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.