辐射效应改变了振荡器的频率响应

石英是具备抗磁性的,当OscillatorCrystal没有被电离辐射硬化时,电容阻力可以增加大到足以停止振荡,但是磁场会影响石英晶体单元安装线路结构,电极和外壳中的磁性材料会将在金属部件中引起涡流并且形成时变电场,磁场电离辐射还会影响振荡器电路中的电感器等其它元件,当设计石英晶体振荡器以小化磁场的影响时,灵敏度可以远低于电子元器件,因此在专为低磁场灵敏度设计的晶体单元中都会测量了其磁场灵敏度.

石英中主要关注的杂质缺陷是具有相关的间隙电荷补偿剂的取代Al3+缺陷,其可以是H +,Li+或Na+离子,或空穴,该缺陷代替Si4+在石英格子里,辐射可导致弱边界补偿器的位置变化,这改变了石英晶振的弹性常数,从而导致频率变化,离子的移动还导致晶体Q的减少,即晶体等效串联电阻的增加,特别是在暴露于电离辐射脉冲时,如果振荡器的增益裕度不足,增加的电阻可以使振荡停止持续数秒,高电平的电离辐射脉冲将在电路中产生光电流,这导致瞬间停止振荡,与谐振器中使用的石英类型无关,在振荡器中使用正确设计的振荡器电路和由扫频石英制成的谐振器.

电离辐射改变石英晶体振荡器的频率主要是因为晶体单元中辐射产生的变化在某些条件下,辐射还会使晶体单元的等效串联电阻增加,图1显示了晶体振荡器对电离辐射脉冲的理想频率响应,答复由两部分组成,最初,存在瞬态频率变化,这主要是由于能量突然沉积到晶体单元中引起的热瞬态效应,这种效应是前面讨论的动态f对T效应的表现,在由高纯度石英制成的SC切割谐振器中不存在瞬态效应,在响应的第二部分中,在达到稳定状态之后,存在永久频率偏移,其是辐射剂量和晶体单元的性质的函数.

频率变化与剂量的关系是非线性的,低剂量时每径的变化比大剂量时大得多,在高于1千伏(SiO2)的剂量下,频率随剂量变化的速率取决于石英杂质缺陷,例如,在1兆拉德剂量下,当晶体单元由天然石英制成时,频率变化可以高达10ppm,当晶振由培养的石英制成时,它通常为1至几ppm,当晶体由扫过的培养石英制成时,它可以小至0.02ppm,在低剂量(例如,几个rad)下,每rad的频率变化可高达每辐射10-9,低剂量效应尚不清楚,它不依赖于杂质,并且在约300拉德处饱和,在非常高的剂量下(即>>1Mrad),杂质依赖性频移也饱和,因为由于晶体中缺陷的数量是有限的，因此与缺陷相互作用的辐射的影响也是有限的.

当快中子冲入晶格并与原子碰撞时,它像台球一样散落,单个这样的中子可以产生许多空位,间隙和破碎的原子间键,这种"位移损伤"对振荡器频率的影响主要取决于中子注量,OSC晶振振荡频率与中子注量以速率几乎线性增加:8×10点-21每平方厘米的中子(N/厘米2),以10的注量范围11到1012N/厘米2,5×10-21/n/cm2在1012至1013n/cm2,和0.7×10-21/N/厘米21017到1018牛顿/厘米2,扫描是一种高温,电场驱动的固态净化过程,其中弱结合的碱补偿剂从晶格中扩散出来,并被更紧密结合的H+离子和空穴所取代,在典型的扫描过程中,将导电电极施加到石英棒的Z表面上,将棒加热到约500℃,并施加电压以便沿Z产生约1千伏/厘米的电场方向.

在通过32.768K晶振的电流衰减由于杂质的扩散到某个恒定Q值之后,晶体棒缓慢冷却,除去电压,然后除去电极,由扫描石英制成的晶体单元既不表现出辐射诱导的降解,也不表现出大的辐射引起的频移.当功率应用于频率标准时,在达到平衡频率稳定性之前需要有限的时间,振荡器的预热时间取决于谐振器的热特性,振荡器电路和柱箱结构,输入功率以及开启前振荡器的温度.