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入射电子能量对低密度聚乙烯深层充电特性的影响
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 分类:O571.6[理学—粒子物理与原子核物理;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:国家重点基础研究发展计划(973计划)(批准号:2011CB209404)和国家自然科学基金国际(地区)合作与交流项目(批准号:51161130524)资助的课题.
中文摘要:

高能带电粒子与航天器介质材料相互作用引起的深层带电现象,一直是威胁航天器安全运行的重要因素之一.考虑入射电子在介质中的电荷沉积、能量沉积分布以及介质中的非线性暗电导和辐射诱导电导,建立了介质深层充电的单极性电荷输运物理模型.通过求解电荷连续性方程和泊松方程,可以得出不同能量(0.1—0.5MeV)电子辐射下,低密度聚乙烯(厚度为1mm)介质中的电荷输运特性.计算结果表明,不同能量的电子辐射下,介质充电达到平衡时,最大电场随入射能量的增加而减小;同一能量辐射下,最大电场随束流密度的增大而增加.入射电子能量较低时(≤0.3MeV),最大电场随束流密度的变化趋势基本相同.具体表现为:当束流密度大于3×10^-9A/m2时,最大场强超过击穿阈值2×10^7V/m,发生静电放电(ESD)的可能性较大.随着入射电子能量的增加,发生静电放电(ESD)的临界束流密度增大,在能量为0.4MeV时,临界束流密度为6×10^-8A/m2.当能量大于等于0.5MeV时,在束流密度为10^-9-10^-6A/m2的范围内,均不会发生静电放电(ESD).该物理模型对于深入研究深层充放电效应、评估航天器在空间环境下深层带电程度及防护设计具有重要的意义.

英文摘要:

The interactions between high-energy charged particles and spacecraft insulating materials can cause deep dielectric charging and discharging, leading to spacecraft anomalies. In this paper, we establish a unipolar charge transport physical model of deep dielectric charging, according to the charge distribution and energy deposition of incident electrons and nonlinear dark conductivity and radiation induced conductivity (RIC) of material. Under the irradiation of electrons with different energies (from 0.1 to 0.5 MeV), the charge transport process of low density polyethylene (LDPE) can be obtained through solving the charge continuity equation and Poisson's equation. The calculation results show that the maximum electric field decreases with the increase of radiation electron energy. When radiation electron energy is less than 0.3 MeV, the distribution of the maximum electric field is similar to the change of the electron beam density. When the electron beam density is more than 3 ×10^-9 A/m2, the maximum electric field will be greater than breakdown threshold (about 2 ×10^7 V/m), and it has higher risk of electrostatic discharge (ESD). With the increase of incident electron energy, the critical electron beam density will increase. When the radiation electron energy is 0.4 MeV, the critical electron beam density is 6× 10^-8 A/m2. When the radiation electron energy is more than 0.5 MeV, it seems that no electrostatic discharge (ESD) will occur in a range from 10^-9 to 10^-6 Aim2. The physical model has the great significance for further studying deep dielectric charging, evaluating the charged degree of spacecraft in space environment and designing protection devices.

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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