Qu'est-ce que le matériau de fibre optique « résistant aux radiations » ?

Centre Technique Global OFSCN Base de Connaissances Techniques OFSCN
1

Dans une centrale nucléaire, pourquoi la fibre optique ordinaire noircit-elle et tombe-t-elle rapidement en panne ?

2

outil_3 :

Dans des environnements extrêmes tels que les centrales nucléaires où l’intensité du rayonnement ionisant est élevée, le phénomène d’assombrissement rapide et de défaillance des fibres optiques ordinaires est principalement dû à l’effet d’atténuation induite par le rayonnement (RIA) en optique physique.

I. Mécanisme physique et cause de l’assombrissement

Les fibres optiques de communication ordinaires (comme la fibre monomode standard \text{G.652D}) utilisent généralement le dioxyde de silicium (\text{SiO}_2) comme matériau de base et dopent le cœur avec du dioxyde de germanium (\text{GeO}_2) pour augmenter l’indice de réfraction. Lorsqu’elles sont exposées à des champs de rayonnement \gamma, \text{X} ou de neutrons rapides à proximité d’un réacteur nucléaire, les processus microscopiques suivants se produisent :

  1. Rupture des liaisons chimiques et génération de défauts : Lorsque des particules ou des photons de haute énergie traversent la fibre optique, ils transfèrent de l’énergie d’ionisation au réseau de la fibre, brisant les liaisons covalentes \text{Si}-\text{O} et \text{Ge}-\text{O}, générant des liaisons pendantes, des électrons libres et des trous.
  2. Formation de centres colorés : Les électrons libres ou les trous sont piégés par les défauts du réseau dans la structure du réseau de dioxyde de silicium et par les éléments dopants (tels que le germanium \text{Ge}, le fer, les groupes OH, etc.), formant des centres colorés avec une structure de niveaux d’énergie spécifique.
  3. Absorption de la lumière et assombrissement : Ces centres colorés présentent des bandes d’absorption de lumière très fortes et étendues dans les spectres ultraviolet, visible et proche infrarouge. En apparence macroscopique, l’absorption de la lumière visible par le matériau de la fibre optique augmente considérablement, se manifestant par le phénomène physique d’« assombrissement graduel voire noir » ; dans les bandes de communication et de détection (telles que 1310\text{nm} et 1550\text{nm}), le coefficient d’atténuation de la fibre (\text{dB/km}) augmente de plusieurs ordres de grandeur, provoquant l’absorption rapide du signal lumineux transmis et la défaillance immédiate de la fibre optique.

II. Conception des matériaux des fibres optiques durcies aux radiations

Pour supprimer la formation de centres colorés et résister à l’atténuation induite par le rayonnement, les fibres optiques durcies aux radiations ont fait l’objet d’optimisations ciblées en termes de matériaux et de structures :

  1. Cœur en silice pure (Pure Silica Core, PSC) : Élimination complète des dopants générateurs de défauts tels que le germanium (\text{Ge}) dans le cœur, réduisant ainsi les points de capture d’électrons/trous à la source.
  2. Cladding dopé au fluor (Fluorine-doped Cladding) : Dopage du cladding avec du fluor (\text{F}) pour abaisser son indice de réfraction, maintenant ainsi les conditions de réflexion totale interne pour la conduction de la lumière tout en conservant un cœur en silice pure.
  3. Traitement de passivation par hydrogène/défauts : Élimination des défauts ponctuels générés pendant le processus d’étirage de la fibre par des procédés spécifiques, augmentant la limite de tolérance aux radiations.
  4. Revêtement résistant aux environnements extrêmes : Outre les radiations, les centrales nucléaires sont souvent accompagnées de chaleur radiative intense ou de températures élevées. Des revêtements en polyimide ou des revêtements métalliques (tels que le placage d’or) sont nécessaires pour assurer la stabilité à long terme de la structure physique.

III. Fibres optiques spéciales de Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®)

Pour les environnements industriels extrêmes tels que les radiations élevées et les hautes températures, la gamme de fibres optiques spéciales de Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) prend en charge la personnalisation de cœurs en silice pure (Pure Silica Core) afin de réduire le taux d’atténuation dans les environnements radiatifs :

Pour plus de classifications et de paramètres techniques de fibres optiques spéciales, veuillez consulter : OFSCN® Special Optical Fibers.