3.2. ВЛИЯНИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ

В некоторых военных и космических применениях систем связи может потребоваться, чтобы они были устойчивы к воздействию высоких уровней радиоактивности. Влияние ионизирующего излучения на стекла очень сложно и весьма сильно. Под его воздействием разрушаются химические связи, образующие матрицу стекла, в результате чего создаются новые уровни энергии электрона, донорные или акцепторные, и между ними становятся возможными электронные переходы. Многие из этих переходов создают потери в видимой и ближней инфракрасной области спектра.

При малых дозах облучения наведенные ионизирующим излучением потери прямо пропорциональны дозе. Однако чувствительность к радиации у различных волокон разная и колеблется от 0,1 до 10 (дБ/км)/рад. Эти цифры получены в результате измерений, проведенных на длине волны Имеются некоторые доказательства того, что на более длинных волнах возрастание потерь будет меньше. В многокомпонентных стеклах химические связи особенно чувствительны к радиации, и поэтому оптические волокна, имеющие сердцевину из кварца, легированного или более чувствительны к воздействию радиации, чем волокна из чистого искусственного

кварца. В волокнах последнего типа влияние радиации проявляется в основном в удалении отдельных атомов кислорода из своего обычного положения в матрице стекла, что приводит к образованию дефектных центров. Обнаружено, что хотя ионы гидроксила и увеличивают обычные потери, однако их умеренная концентрация уменьшает чувствительность к воздействию радиации. Предполагают, что присутствие препятствует образованию дефектных центров.

Дело усложняют следующие два эффекта. Во-первых, установлено, что наведенные радиацией потери в волокнах с сердцевиной из чистого кварца достигают насыщения на уровне нескольких сотен или тысяч децибел на километр. Во-вторых, у всех типов волокон наблюдается уменьшение со временем числа созданных дефектов. Этот процесс можно ускорить путем термической обработки, а также интенсивным освещением материала белым светом. При этом у чистого кварца наблюдается более полное восстановление свойств материала. В частности, волокна, легированные германием, обладают крайне высоким переходным затуханием, которое может вывести из строя систему связи за несколько секунд после вспышки радиации, хотя использующая их система связи и была разработана, чтобы противостоять длительному воздействию радиации.

Большинство радиационно стойких волокон используется в коротких линиях связи, в которых допустим весьма высокий уровень обычных потерь, а уровень наведенных потерь меньше критического. Это будет проиллюстрировано численным примером. Рассмотрим две системы, в каждой из которых отношение генерируемой передатчиком мощности к минимально допустимой мощности на входе приемника составляет 50 дБ. Допустим, что нормальные потери в волокне составляют 30 дБ, а резервный запас надежности равен 20 дБ. Пусть в первой системе используется волокно с низким уровнем потерь, например с затуханием 5 дБ/км для обеспечения расстояния между ретрансляторами в 6 км, в то время как во второй системе требуется обеспечить расстояние между ретрансляторами только в 150 м и, следовательно, можно использовать волокно с затуханием 200 дБ/км. Воздействие дозы облучения в 1000 рад было бы губительным для первой системы. Если оно приведет к увеличению затухания на 100 дБ/км, то даже при уменьшении расстояния между ретрансляторами с 6 до 0,5 км все еще потребуется компенсировать 50 дБ имеющихся потерь. Однако вторая система при этом уцелела бы. Действительно, потери в волокне увеличились бы с 200 до 300 дБ/км и составили бы 45 дБ на длине 150 м, что в пределах запаса надежности по мощности.

Оптическое волокно, специально предназначенное для использования в радиационно-стойких системах, должно иметь сердцевину из чистого плавленого кварца с малым содержанием остатков воды и полимерную оболочку. Полимерные волокна и волокна типа кварц-полимерная оболочка будут рассмотрены в § 3.4.

Отметим, что волокно, разработанное для выдерживания дозы облучения в 1000 рад, может быть использовано в системе,

ориентированной на автономную эксплуатацию. Доза облучения в 500 рад достаточна для того, чтобы около 50 % персонала умерли в течение 30 дней после облучения.