中子和伽马射线对光纤及涂层材料的复合影响

《IEEE Transactions on Nuclear Science》：Mixed Neutron and Gamma Effects on Optical Fibers and Coating Materials

该研究分析了辐射硬化石英光纤在混合中子/γ射线场及氢富环境中的性能，微观层面发现近红外区辐射衰减和中子诱导折射率变化，宏观测试不同涂层（电信级丙烯酸酯、高温丙烯酸酯、聚酰亚胺、碳）的应变转移效率、传感性能及氢阻隔能力，表明高快中子流下涂层影响显著，聚酰亚胺和碳涂层光纤适用于可靠温度与应变传感。

　　

摘要：

本研究旨在评估在混合中子/伽马射线场及富氢环境中使用的耐辐射硅基光纤的脆弱性。首先，我们在微观尺度上研究了辐射效应，包括近红外（NIR）区域的辐射诱导衰减（RIA）以及中子引起的折射率变化（RIC）。随后，我们对不同类型的光纤涂层进行了宏观特性分析：电信级和高温丙烯酸涂层、聚酰亚胺涂层以及碳涂层。我们重点关注辐射对光纤的应变传递效率、传感性能以及阻氢能力的影响。研究发现，在高快中子通量（从1.1×10^17 nfast·cm^-2到3.14×10^17 nfast·cm^-2）的辐照条件下，涂层对光纤传感性能的影响显著大于等效总电离剂量（约MGy水平）下的纯γ射线辐照效应。研究结果强调了在评估此类环境中的光纤性能时必须考虑涂层的辐射响应。结果表明，对于快中子通量高达约10^17 nfast·cm^-2且可能存在氢暴露的混合环境，聚酰亚胺和碳涂层耐辐射光纤是实现可靠温度和应变传感的最佳候选材料。