【正文】 在其內(nèi)部也存在一定程度的核輻射，稱(chēng)為核動(dòng)力環(huán)境（本文特指核動(dòng)力環(huán)境）。核輻射環(huán)境的危害機(jī)理：核輻射環(huán)境中的高能粒子的種類(lèi)，雖然很多，但其中的大部分，例如，α射線(xiàn)、β射線(xiàn)、x射線(xiàn)等，容易被空氣和其他介質(zhì)吸收，或者被設(shè)備的殼體所屏蔽，不會(huì)對(duì)電子設(shè)備及其元器件造成致命的傷害。對(duì)電子設(shè)備及其元器件威脅最大的主要是高能中子流和γ射線(xiàn)，因?yàn)槎吆茈y被其他物質(zhì)吸收，而且穿透能力極強(qiáng)。當(dāng)電子設(shè)備受到不帶電的中子轟擊后，會(huì)使原子核在晶格中的位置發(fā)生變化，稱(chēng)為“位移效應(yīng)”，從而造成元器件的性能發(fā)生永久性的惡化。γ射線(xiàn)對(duì)微電子器件的照射，會(huì)導(dǎo)致其內(nèi)部產(chǎn)生“電離效應(yīng)”。電離產(chǎn)生的自由電子和空穴“對(duì)”，在電場(chǎng)的作用下會(huì)形成寄生電流，使電子產(chǎn)品的性能惡化。例如，使鉭電容的電容量下降、漏電流增加；使二極管的反向漏電流增加、反向耐壓下降；使工作在線(xiàn)性區(qū)的三極管飽和，甚至被燒毀，等等。 空間輻射環(huán)境空間輻射環(huán)境，主要指宇宙射線(xiàn)。在外層空間存在著多種高能射線(xiàn)，統(tǒng)稱(chēng)為宇宙射線(xiàn)。由于地磁場(chǎng)具有對(duì)外層空間帶電粒子的俘獲作用，在地球的周?chē)纬梢粋€(gè)由高能粒子構(gòu)成的輻射帶，稱(chēng)為“范艾倫”輻射帶，它又可分為“內(nèi)帶”和“外帶”。內(nèi)帶在距地球約600Km至6000Km的高空，主要由帶正電的高能質(zhì)子組成，對(duì)中、低軌道的人造衛(wèi)星構(gòu)成威脅；外帶在距地球約2萬(wàn)公里至6萬(wàn)公里的高空，主要由帶負(fù)電的高能電子組成，對(duì)高軌道的人造衛(wèi)星構(gòu)成威脅。高能質(zhì)子和電子都能造成微電子器件內(nèi)部的“電離效應(yīng)”，高能質(zhì)子還能造成原子的“位移效應(yīng)”，也稱(chēng)為“單粒子效應(yīng)”。 抗輻射（照）設(shè)計(jì)當(dāng)前，隨著“核能技術(shù)”的發(fā)展及應(yīng)用，核電站遍布世界各地、核動(dòng)力潛艇和航母游弋在各大海洋中、裝載著核彈的戰(zhàn)略轟炸機(jī)翱翔在藍(lán)天之上、裝有核彈頭的導(dǎo)彈部署在各軍事要地。另外，隨著“太空經(jīng)濟(jì)”（與太空探索和太空開(kāi)發(fā)相關(guān)的產(chǎn)品與服務(wù)：太空資源利用、太空工業(yè)、太空農(nóng)業(yè)、太空旅游等）時(shí)代的到來(lái)，各經(jīng)濟(jì)大國(guó)都在大力發(fā)展自己的空間技術(shù)，各式各樣的人造衛(wèi)星和空間飛行器相繼發(fā)射升空。在所有這些核裝置和空間飛行器的內(nèi)部裝載了大量的電子設(shè)備。就是說(shuō)，有大量的電子設(shè)備工作在具有核輻射和空間輻射的環(huán)境之中，而且還要保證這些設(shè)備能夠正常地工作，這就是抗輻射（照）設(shè)計(jì)的問(wèn)題。核技術(shù)、空間技術(shù)都是專(zhuān)門(mén)的技術(shù)領(lǐng)域，電子設(shè)備的設(shè)計(jì)師們不可能同時(shí)掌握這些高深的技術(shù)，但要做到如下兩點(diǎn)：① 要清楚地知道自己的產(chǎn)品在未來(lái)的應(yīng)用環(huán)境中可能遭遇到的輻射類(lèi)型、輻射強(qiáng)度、以及對(duì)自己的產(chǎn)品會(huì)造成哪些危害；② 設(shè)計(jì)師在深入了解了危害機(jī)理的基礎(chǔ)上，提出相應(yīng)的技術(shù)措施并落實(shí)在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，使自己的產(chǎn)品免遭這些危害，從而保證在輻射（照）環(huán)境中能夠正常地工作。以往，由于保密的緣故，有關(guān)抗輻射（照）的設(shè)計(jì)資料極其稀少。下面是根據(jù)收集到的零星材料經(jīng)過(guò)歸納、整理后形成的參考條款：■ 由以上的輻射環(huán)境說(shuō)明可知，輻射環(huán)境對(duì)電子產(chǎn)品的作用機(jī)理，主要表現(xiàn)為電離效應(yīng)和位移效應(yīng)（單粒子效應(yīng)）?！?目前，最有效的防護(hù)措施首推物理屏蔽，器件的管殼、設(shè)備外殼、飛行器的蒙皮等，都可對(duì)輻射起到一定的屏蔽作用。其關(guān)鍵是，要找到能夠削弱輻射影響的屏蔽材料。金屬管殼只能屏蔽能量較低的帶電粒子，但不能屏蔽不帶電的中子。鉛和鐵可以用來(lái)防護(hù)多種射線(xiàn)，但由于重量的關(guān)系，又不宜作為封裝材料使用。一般認(rèn)為，聚乙烯、“硅酮樹(shù)脂”是比較好的抗輻射封裝材料?！?有時(shí)候，電子設(shè)備中存在個(gè)別“特別敏感”的器件，如果根據(jù)該器件的敏感度來(lái)設(shè)計(jì)設(shè)備的整體防護(hù)，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的體積、重量和成本的大幅度增加，有時(shí)甚至是無(wú)法接受的。此時(shí)，可降低對(duì)整體防護(hù)的要求，滿(mǎn)足適度的防護(hù)指標(biāo)即可，而對(duì)個(gè)別“特別敏感”的器件采取局部加固的防護(hù)措施。既降低了對(duì)整機(jī)設(shè)備的防護(hù)要求，又保證了“特別敏感”器件的特殊需求?！?開(kāi)展“抗輻射加固”設(shè)計(jì)，就是要確保產(chǎn)品在規(guī)定的輻射環(huán)境下能夠正常地工作、完成規(guī)定的功能，通常的做法是：① 選擇抗輻射能力強(qiáng)的原材料、元器件（“抗輻射加固”元器件）。② 開(kāi)展抗輻射加固電路的研究：在電路設(shè)計(jì)中采取補(bǔ)償、分流、限流等多種技術(shù)措施來(lái)預(yù)防過(guò)大的瞬時(shí)光電流；采用深度反饋技術(shù)，穩(wěn)定電路參數(shù)；采用差分輸入電路，抑制共模干擾；選擇合適的工作點(diǎn)，提高電路的“容差”能力，等等。③ 合理的結(jié)構(gòu)布局：在對(duì)輻射環(huán)境和產(chǎn)品工作狀態(tài)進(jìn)行認(rèn)真分析的基礎(chǔ)上，找出產(chǎn)品內(nèi)部對(duì)輻射最敏感的部位和器件。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)時(shí)，使其避開(kāi)輻射最強(qiáng)的方向。④ 采取物理屏蔽措施，涂敷抗輻射涂層。將上述措施具體化，就是“抗輻射設(shè)計(jì)準(zhǔn)則”。13. 余度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則余度設(shè)計(jì)也稱(chēng)為“冗余設(shè)計(jì)”，有時(shí)還稱(chēng)為“儲(chǔ)備設(shè)計(jì)”。所謂“余度”是指，在系統(tǒng)或者設(shè)備中，針對(duì)某一“特別重要”的功能，配置了兩套以上能完成同一功能的單元，只有當(dāng)這些單元全部發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)或者設(shè)備才會(huì)喪失功能而失效。所謂“特別重要的功能”是指，當(dāng)該功能喪失后會(huì)造成嚴(yán)重的后果：人身傷亡、重大的財(cái)產(chǎn)損失、惡劣的社會(huì)影響等。因此，對(duì)系統(tǒng)或者設(shè)備的可靠性和安全性提出了極高的要求，換句話(huà)說(shuō)，“只能成功、不許失敗”。當(dāng)基礎(chǔ)元器件或零部件的可靠性較低（但不是太低），而且采取一般的技術(shù)手段不能滿(mǎn)足系統(tǒng)或者設(shè)備的可靠性和安全性的要求時(shí)，余度技術(shù)就成了唯一的選擇。余度技術(shù)固然能使系統(tǒng)的任務(wù)可靠性得到提高，但同時(shí)會(huì)使系統(tǒng)變得較為復(fù)雜，基本可靠性反而降低，而且還造成了體積、重量、制造和維護(hù)成本的增加。因此，不是迫不得已，并不提倡濫用余度技術(shù)。只有在下述情況同時(shí)存在時(shí)，才考慮采用余度技術(shù)：① 現(xiàn)有器件的可靠性不能滿(mǎn)足要求，而且又找不到替代產(chǎn)品；② 研制新的器件費(fèi)用太高，而且趕不上進(jìn)度要求；③ 改進(jìn)設(shè)計(jì)所需費(fèi)用比采用余度技術(shù)的費(fèi)用更高。在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，首先要綜合權(quán)衡各種因素（可靠性、安全性、技術(shù)可行性、研制周期、制造和維護(hù)成本等），然后再?zèng)Q定是否采用余度技術(shù)。如果最終決定采用余度技術(shù)，那么，還需注意以下事項(xiàng)：◆ 余度技術(shù)可以在不同的功能級(jí)別上采用，例如，元器件、分部件、子系統(tǒng)、甚至系統(tǒng)級(jí)。但理論和實(shí)踐均表明，在較低的層級(jí)上采用余度技術(shù)，則“效／費(fèi)”比是最佳的。不但能夠收到預(yù)期的“余度”效果，而且不至于造成體積、重量和成本的大幅度增加。◆ 不能用余度技術(shù)解決元器件質(zhì)量低下的問(wèn)題。采用余度技術(shù)不但不能降低對(duì)基礎(chǔ)元器件（或儲(chǔ)備單元）的可靠性要求，恰恰相反，應(yīng)當(dāng)選擇可靠性較高的器件進(jìn)行余度設(shè)計(jì)，來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高可靠性和高安全性。如果儲(chǔ)備單元的可靠性過(guò)低，則冗余后的可靠性也不會(huì)太高，就失去了“高可靠”的意義了?！?不能用余度技術(shù)解決降額的問(wèn)題。降額是針對(duì)某一特定環(huán)境而言的，與是否采用余度技術(shù)無(wú)關(guān)。所有的儲(chǔ)備單元都必須滿(mǎn)足該環(huán)境條件的要求，都必須降額，而且具有相同的降額等級(jí)?！?余度技術(shù)并不意味著儲(chǔ)備單元越多越好，凡事都要有個(gè)“度”。儲(chǔ)備單元過(guò)多時(shí)，對(duì)“任務(wù)可靠性”的貢獻(xiàn)就不再明顯了，反而使系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜，造成“基本可靠性”的大幅度下降，還會(huì)導(dǎo)致體積、重量、成本的大幅度增加，得不償失。例如，對(duì)于并聯(lián)儲(chǔ)備，“三單元并聯(lián)”足矣，再多也沒(méi)有必要?！?余度技術(shù)有多種類(lèi)型，根據(jù)任務(wù)期內(nèi)儲(chǔ)備單元是否工作，可分為“工作儲(chǔ)備”和“非工作儲(chǔ)備”兩大類(lèi)?！肮ぷ鲀?chǔ)備”（如“并聯(lián)儲(chǔ)備”和“表決儲(chǔ)備”）的所有單元都在同機(jī)工作，每一個(gè)單元既是工作單元，又是儲(chǔ)備單元。而“非工作儲(chǔ)備”（如“旁聯(lián)儲(chǔ)備”），只有一個(gè)單元在工作，其余的單元都不工作，即處在待機(jī)（貯備）狀態(tài)。當(dāng)工作單元故障時(shí)，立即由第一個(gè)貯備單元接替工作。當(dāng)接替的單元再次故障時(shí)，立即由下一個(gè)貯備單元接替工作，直到全部貯備單元都故障時(shí)，系統(tǒng)才發(fā)生故障。很顯然，這樣的儲(chǔ)備系統(tǒng)需要一個(gè)“故障檢測(cè)器”和“余度切換開(kāi)關(guān)”。這樣，新的問(wèn)題又出現(xiàn)了，“故障檢測(cè)器”和“切換開(kāi)關(guān)”是串聯(lián)在系統(tǒng)中使用的，它們必須具有很高的可靠性，否則會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的可靠性。目前，工程上應(yīng)用得最多的儲(chǔ)備形式，仍然是最簡(jiǎn)單的“兩單元并聯(lián)”。14. 潛在通路分析及預(yù)防 潛在通路的特點(diǎn)以往，“潛在通路”的典型案例較少，有關(guān)這方面的研究也不多，相關(guān)資料很難見(jiàn)到。加上“潛在通路”本身的復(fù)雜性，很難用一兩句話(huà)說(shuō)得清楚，也很少引起人們的關(guān)注。但是，現(xiàn)在的情況不一樣了，當(dāng)前的產(chǎn)品（系統(tǒng)）愈來(lái)愈復(fù)雜、功能愈來(lái)愈多、自動(dòng)化程度愈來(lái)愈高，由潛在通路引起的系統(tǒng)故障逐漸多了起來(lái)。對(duì)潛在通路的分析與預(yù)防也逐漸受到了重視，已經(jīng)成為可靠性和安全性分析的重要組成部分。所謂“潛在通路”是指，在某種特定的條件下，當(dāng)系統(tǒng)的工作狀態(tài)發(fā)生變化（切換）時(shí)，在系統(tǒng)的內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一個(gè)（或者幾個(gè)）不希望有的通路（與任務(wù)無(wú)關(guān)的多余功能），從而導(dǎo)致系統(tǒng)的功能異常，或者故障。這類(lèi)故障有兩大特點(diǎn)：① 系統(tǒng)（頂層產(chǎn)品）的這種功能異常，是在該系統(tǒng)的所有組成部分均無(wú)故障的情況下發(fā)生的，就是說(shuō)，頂層產(chǎn)品的故障，不是由其下屬產(chǎn)品的故障造成的；② 頂層產(chǎn)品的這種故障，不是每次運(yùn)行都必然發(fā)生，而是在幾個(gè)特定的條件均得到滿(mǎn)足時(shí)才能夠發(fā)生。由這兩個(gè)特點(diǎn)可知：◆ 由于這類(lèi)故障是在所有組成單元均“無(wú)故障”的情況下發(fā)生的，而且不是每次運(yùn)行必然發(fā)生。因此，很難用“試驗(yàn)”來(lái)確認(rèn)在系統(tǒng)的內(nèi)部是否存在“潛在通路”。眾所周知，可靠性工程的基礎(chǔ)是“試驗(yàn)驗(yàn)證”，但“潛在通路”是否存在，恰恰不能用試驗(yàn)的方法來(lái)加以驗(yàn)證，這大概就是潛在通路的最大特點(diǎn)了?！?由于不能用試驗(yàn)的方法來(lái)確認(rèn)在系統(tǒng)的內(nèi)部是否存在潛在通路，那么，只能通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)圖紙和設(shè)計(jì)資料進(jìn)行詳細(xì)的分析才能做出結(jié)論。 潛在通路分析與“網(wǎng)絡(luò)樹(shù)”圖“潛在通路分析”是指，假定在系統(tǒng)的所有組成單元均正常工作的前提下，查找可能導(dǎo)致系統(tǒng)功能異常的潛在通路，為改進(jìn)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。分析的步驟如下：① 首先，對(duì)系統(tǒng)的全部設(shè)計(jì)圖紙（功能框圖除外）和設(shè)計(jì)資料進(jìn)行認(rèn)真的分析。在此基礎(chǔ)上，著手繪制供潛在通路分析用的“網(wǎng)絡(luò)樹(shù)”圖；② 系統(tǒng)內(nèi)部的每個(gè)電源對(duì)應(yīng)一棵網(wǎng)絡(luò)樹(shù)，樹(shù)的頂端是電源的高端（正極）；③ 由電源的高端（正極）出發(fā)，向下找出系統(tǒng)內(nèi)的全部電流通路。這些電流通路及其分支（通路之間可能存在橫向聯(lián)系），由負(fù)載和具有開(kāi)關(guān)特性的器件（開(kāi)關(guān)、繼電器、二極管和三極管等）組成。不必要的線(xiàn)性器件和只起連接作用的部分可以省略；④ 由這些電流通路及其分支構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，最終又匯集到該電源的低端（電源地），形成這個(gè)電源的網(wǎng)絡(luò)樹(shù)；⑤ 用同樣的方法繪制其他電源的網(wǎng)絡(luò)樹(shù)；⑥ 根據(jù)系統(tǒng)的全部“網(wǎng)絡(luò)樹(shù)”圖，找出網(wǎng)絡(luò)樹(shù)中所有開(kāi)關(guān)器件的“通／斷”位置組合，每一種組合就是一個(gè)通路。并用表格的形式將全部通路表示出來(lái)。然后，對(duì)每一條通路進(jìn)行逐個(gè)分析，從中找出與系統(tǒng)任務(wù)無(wú)關(guān)的“多余通路”。這些多余的通路，就是要尋找的“潛在通路”，并在設(shè)計(jì)上采取相應(yīng)的措施避免其發(fā)生。關(guān)于潛在通路的分析，再補(bǔ)充說(shuō)明如下：■ 如果一棵網(wǎng)絡(luò)樹(shù)中所包含的開(kāi)關(guān)器件較多，那么它們的“通／斷”位置的“組合數(shù)”將是十分巨大的，人工分析顯然是不可能的，只能編制專(zhuān)門(mén)的分析軟件，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理。■ 潛在通路分析，是假設(shè)在所有元件、部件均無(wú)故障的前提下，查找系統(tǒng)將要發(fā)生的故障。因此，只關(guān)注各元件、部件之間的相互連接關(guān)系，暫不考慮元件、部件本身的質(zhì)量與可靠性?！?在進(jìn)行潛在通路分析時(shí)，不考慮環(huán)境因素的影響，但要考慮人為的差錯(cuò)?！?在繪制“網(wǎng)絡(luò)樹(shù)圖”時(shí)，要使用詳細(xì)的原理圖、布線(xiàn)圖、接線(xiàn)圖和安裝圖等，不能使用功能框圖。因?yàn)?，有可能遺漏開(kāi)關(guān)器件?！?在有些設(shè)計(jì)報(bào)告中，把電磁干擾的傳播通路也稱(chēng)為“潛在通路”是不妥當(dāng)?shù)模驗(yàn)楦蓴_通路雖然可以使產(chǎn)品的性能惡化，但并沒(méi)有產(chǎn)生不希望的多余功能。第 46 頁(yè) 共 46