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直流电晕充电下环氧树脂表面电位衰减特性的研究
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:O441.1[理学—电磁学;理学—物理]
  • 作者机构:[1]西安交通大学,电力设备电气绝缘国家重点实验室,西安710049
  • 相关基金:国家自然科学基金重点项目(批准号:51337008)和国家自然科学基金(批准号:11275146)资助的课题.
中文摘要:

介质深层充放电现象是诱发航天器异常故障的重要因素之一.分析了高能电子辐射下介质内部电荷沉积、能量沉积特性和电导特性,考虑了真空与介质界面电荷对电场分布的影响,建立了介质二维深层充电的物理模型,并基于有限元方法实现了数值计算.计算了高能电子辐射下聚四氟乙烯的深层充电特性.结果表明:真空环境下,介质的表面存在较弱的反向电场,随着介质深度增大,电场减小至零,随后逐渐增大,最大值出现在靠近接地附近,但在接地点,电场存在小幅降低.分析了不同辐射时间下(1h,1d,10d和30d),介质内部最大电位和最大电场的时空演变特性.随着辐射时间的增加,最大电位由-128V增加至-7.9×104V,最大电场由2.83×100V.m-1增加至1.76×100V.m-1.讨论了入射电子束流密度对最大电场的影响,典型空间电子环境(1×10-10A.m-2)下,电子辐照i0d时,介质内部最大电场为2.95×100V.m-1.而恶劣空间电子环境(2×10-8 A.m-2)下,电子辐射42h,介质内部最大电场即达到100V.m-1,超过材料击穿阈值(约为100V.m-1),极易发生放电现象.该物理模型和数值方法可以作为航天器复杂部件多维电场仿真的研究基础.

英文摘要:

Deep-layer dielectric charge and discharge in insulating material irradiated by energetic electrons are one ot the major factors causing spacecraft anomalies. In this paper we establish a two-dimensional physical model of deep-layer dielectric charging, based on charge distribution and energy deposition of incident electrons and conductivity properties. The model is accomplished by finite element method. and the deep-layer dielectric charging characteristics of polytetrafluoroethene irradiated by energetic electrons are calculated. The calculation results show that in the vacuum environment, in the surface of the dielectric there exists a weak reverse electric field, and it first decreases to zero and then increases with the increase of depth. The maximum electric field appears near the ground, but the electric field presents a slight reduction at the position of ground point. Space-time evolution characteristics of the maximum potential and maximum electric field in different radiation times (one hour, one day, ten days and 30 days) within dielectric are analyzed. With the increase of radiation time, the maximum potential increases from -128 V to -7.9 × 104 V, and the maximum electric field increases from 2.83 × 105 V.m-1 to 1.76 × 108 V.m-1. Finally, the influence of electron-beam density on the maximum electric field is discussed. In a typical space environment (1 × 10-10 A.m-2), the maximum electric field reaches 2.95 × 106 V/m m-1 for ten days. However, in severe space environment (2 × 10-8 A.m-2, the maximum electric field rapidly reaches 108 V/m for 42 hours, exceeding the breakdown threshold (about 108 V.m-1), which may easily cause electrostatic discharge). The physical model and numerical method can be used as a research basis of multi-dimension electric filed simulation of spacecraft complex parts.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876