空间材料二次电子发射过程的理论研究

航天器充放电效应故障大多都会引起卫星灾难性事故,对航天器在轨安全运行产生较大的影响。空间材料的二次电子发射系数是决定卫星表面带电速率和充电平衡电位水平的重要材料特征参数,对于卫星表面带电的预测及卫星带电设计选材具有重要的意义。基于蒙特卡洛方法,从理论上分析了材料二次电子的产生、转移及逃逸过程,获得了材料二次电子发射系数的计算方法。实验结果表明该方法能较好地拟合材料二次电子发射系数随入射电子能量的变化趋势,为航天器充放电效应数值模拟和防护设计提供数据支持。     

航天器表面材料二次电子发射特性研究

航天器在轨表面入射离子、电子产生的二次发射电子流随二次电子发射系数的变化而变化,通过建模仿真对二次电子发射系数对充电电流、充电电位的影响进行验证。通过对航天器用表面材料ITO(Indium tin oxide,氧化铟锡)膜二次发射电子系数测试,测试结果与标准参数基本一致;测试结果表明,二次电子发射系数与材料厚度相关,且随着材料厚度的增加二次电子发射系数减小,因此可以通过改变航天器表面材料厚度的方式影响表面材料的二次电子发射系数,从而控制航天器表面材料的带电状态。     

空间材料二次电子发射特性测试

空间材料的二次电子发射系数是表征航天器表面充电状态的重要参数 ,对于卫星表面带电的预测及卫星防带电设计选材具有重要的作用。为了测量空间材料二次电子发射特性 ,研制了专门的测试装置。介绍了该实验装置的主要结构、性能及技术指标等 ,通过应用计算机数据采集系统 ,并研制专门的数据处理软件 ,提高了装置的自动测量能力。实验说明 ,该装置用于空间材料的二次电子发射特性测试中测量方便、准确     

电推进等离子体对航天器充放电效应的影响研究

电推进具有高比冲及低推进剂消耗等优点,被广泛用作地球同步轨道卫星南北位置保持和深空探测等任务的主推进系统。而电推进在轨工作产生的等离子体与地球同步轨道上的空间等离子体的特性截然不同,导致卫星的充放电过程更加复杂,影响卫星在轨安全运行。为此,电推进等离子体对航天器的影响是进行卫星电推进系统设计时需要关注的问题。主要讨论电推进羽流对航天器表面带电的影响,从理论研究、仿真模拟和地面试验三个方面对电推进系统对航天器表面充放电效应的研究进展进行了分析总结,最后对如何有效分析电推进等离子体羽流特性及其对航天器表面带电的影响的研究途径进行了展望。     

正带电绝缘膜发射的二次电子的轨迹与返回特性

绝缘膜正带电现象在集成电路芯片低能电子束检测方面具有可以利用的前景。采用简化的表面电位分布模型 ,通过数值方法计算了二次电子从正带电绝缘膜表面发射后的运动轨迹 ,分析了初始条件和电位分布形态对轨迹特性的影响。在轨迹计算和考虑二次电子发射概率分布的基础上得到了二次电子受局部电场作用而返回表面时的最大初始动能、分布规律 ,提出了通过简单的一维势垒模型来确定二次电子返回率的方法 ,为分析电子束照射绝缘膜时正带电效应所产生的二次电子信号衬度现象奠定了基础     

二次电子发射测试设备

材料的二次电子发射现象是1899年科学家坎贝尔发现的,至今已有80多年的历史了。二次发射现象在工业生产和科学研究上有重要的应用,在许多电子器件和仪器中都利用了这一现象,如在电子倍增器,磁控管,和存贮管中,以及在扫描电镜,电子束焊机中。但是,如果对二次发射现象处理不当,就会引起表面带电,甚至造成电击穿。如在高压电真空器件中的击穿、卫星表面的带电击穿等,造成严重的后果。因此,几十年来对二次电子发射的研     

正带电绝缘膜发射的二次电子的轨迹与返回特性

绝缘膜正带电现象在集成电路芯片低能电子束检测方面具有可以利用的前景。采用简化的表面电位分布模型，通过数值方法计算了二次电子从正带电绝缘膜表面发射后的运动轨迹，分析了初始条件和电位分布形态对轨迹特性的影响。在轨迹计算和考虑二次电子发射概率分布的基础上得到了二次电子受局部电场作用而返回表面时的最大初始动能、分布规律，提出了通过简单的一维势垒模型来确定二次电子返回率的方法，为分析电子束照射绝缘膜时正带电效应所产生的二次电子信号衬度现象奠定了基础。     

SMILE卫星表面电位特性分析

SMILE卫星在轨科学探测为大倾角椭圆轨道,在轨将遭遇多种等离子体环境,卫星表面带电状态将影响卫星在轨安全性和科学探测任务。在有限元建模的基础上,利用SPIS(Spacecraft Plasma Interaction System)软件仿真和评估了SMILE卫星在轨表面带电特性。仿真结果显示,卫星在不同环境下的表面充电电位存在差异,但不会影响科学载荷的数据获取。通过分析各种等离子体环境下充电电流,发现二次电子发射电流和光照区光电流对卫星表面充电起主导作用。卫星表面ITO膜阻值对卫星电位产生影响。     

抑制多级降压收集极二次电子发射的研究进展

简述了热解石墨、高纯各向同性石墨和无氧铜材料的二次电子发射特性,以及离子束表面改性对二次电子发射特性的影响。分析表明热解石墨和高纯各向同性石墨的二次电子发射系数均明显低于无氧铜的二次电子发射系数,并且通过离子束表面改性后二次电子发射系数能够得到进一步的降低。同样的,离子束表面改性后的无氧铜的二次电子发射系数也得到一定的降低,并且还有很大的发展空间。     

探月充电环境及效应研究综述

在探月过程中航天器与各种等离子体环境相互作用,使航天器表面和内部材料出现充放电效应,从而影响航天器的工作性能、使用寿命、工作可靠性等。结合国外探测数据,分析了探月任务的奔月、环月和落月过程中可能遭遇的等离子体环境和可能出现的充放电问题,对科学探测载荷性能参数的设定、航天器充放电防护设计具有一定的参考价值。     

材料二次电子发射特性对表面充电过程影响的数值模拟研究

使用PIC方法,实现了地球同步轨道恶劣亚暴环境材料表面充电过程的数值模拟。从最大二次电子发射系数δm和δm对应的能量Em这2个方面,比较了不同二次电子发射特性下表面充电过程及最终平衡电位的异同。     

Ion-induced secondary electron emission from MgO and Y2O3 thin films

We report a detailed study of the electron emission from MgO and Y₂O₃ induced by the impact of 0.1-1 keV Ar⁺ ions. The mechanisms of ion-induced secondary electron emission from oxides are far less understood because charging of the target surface during ion irradiation prohibits the precise measurement of electron yield. For this study, targets were prepared by depositing 20 nm thick films of MgO and Y₂O₃ on the semi-conducting SnO₂ substrate, which helps in charge neutralization. Additionally, a pulsed ion beam was used to further reduce the surface charging. It was found that the electron yield of both targets increases with energy of the ion. However, at a given ion energy the electron yield of Y₂O₃ was larger than MgO. Another important result of this study is that the electron emission from these large band gap insulators did not show any threshold effect, in contrast to the metal targets. It may be due to local reduction of the band gap through electron promotion processes. In addition, a Monte Carlo program was used to calculate the yield of secondary electrons excited by projectile ions, recoiling target atoms and electron cascades, and average escape depth of the secondary electrons emitted from the MgO and Y₂O₃ thin films.     

两种典型星用聚合物介质抗内带电改性防护技术研究

空间高能电子辐射易造成星用聚合物介质内带电水平过高,是卫星运行可靠性的潜在威胁因素。对航天器介质材料进行非线性电导改性是提高航天器介质材料自释电荷能力,进而降低内带电水平的有效方法。实验选用半导电无机添加剂对典型空间聚合物材料聚四氟乙烯、聚酰亚胺进行改性工艺和电导特性研究,测量了常态体电导率与添加剂含量关系,不同含量添加剂下复合材料体电导率随温度与电场的变化规律以及复合材料的导热性能参数。实验表明,添加剂含量会显著影响复合材料的体电导特性及导热特性,特别是复合材料的非线性电导特性阈值电场降低最为明显。这种既能保持高绝缘性能又具有良好非线性电导特性的新型复合介质材料,有希望成为从根本上解决星用聚合物介质深层带电问题的有效措施。     

The use of SEM to investigate the effect of an electron beam on the optically-visible flashover treeing of MgO ceramic

This paper introduces the use of a scanning electron microscope (SEM) to evaluate the insulation property of insulators under electron bombardment. An SEM may be used not only to observe a surface image but also to provide a fine electron beam for charging an insulator surface simultaneously. The distribution of electric field created by the surface charging can be developed by a simple model. The increase of electric field at the surface may exceed a critical value to experience a surface breakdown/optically-visible flashover. The insulation property is evaluated by measuring the period of charging/electron bombardment, which is needed to initiate a treeing-formation (hereinafter time to flashover treeing/TTF). In this paper, under a 25 keV primary electron beam energy and for a magnification of 5000×, a 99.95% purity polycrystalline MgO specimen resulted in 7 min TTF. It was also observed that increasing the primary beam energy and the SEM’s magnification decreased the TTF. Therefore, at for a given energy and magnification, this method can be used to evaluate the insulation property of insulators under an electron beam environment.     

卫星尾迹带电数值模拟研究

基于运行于低轨道"冷稠"等离子体环境中的卫星可以在其尾部形成电子和离子浓度不等量的尾迹,尾迹效应可严重影响卫星的表面不等量带电。因此,在分析卫星尾迹效应物理机制的基础上,建立了尾迹效应的二维简单计算模型,利用PIC(particle-in-cell)方法编制二维模拟程序,计算了不同尺寸卫星的尾迹电位分布和高能电子注入下的卫星尾迹电位分布,从而得到了卫星尾迹带电和卫星尺寸及高能电子注入之间的关系。     

Charging of metal microparticles in electron flow

We have studied the charging of copper microparticles in electron flow. It is established that the parameters of secondary electron emission from microparticles can significantly differ from those for metal films and volume targets. Conditions are determined under which negative charging of micron-sized copper particles in electron flow takes place. In the case of spherical microparticles, secondary emission is significantly increased as a result of the oblique incidence of primary electrons. A general approach is proposed that can be used to estimate the electron energy necessary for charging microparticles to high negative potentials.

     

高压绝缘氧化铝陶瓷涂覆层组织结构分析

用不同配方的Mn、Cr、Ti混合物涂覆α-Al2O3绝缘陶瓷表面，在适当条件下进行热退火处理，观测了各样品的二次电子发射系数，表面电阻率，XRD，发现涂层与陶瓷基体间相互扩散，结合紧密，有平整的表面组织结构，形成不同新相与原α-Al2O3混合的表面；样品表面电阻率降低，二次电子发射系数降幅达60％－65％。涂覆处理有利于提高真空绝缘子抗表面闪烁，耐高压击穿的能力。     

真空中陶瓷绝缘子的沿面闪络现象及其研究进展

陶瓷绝缘子沿面闪络是制约电真空器件绝缘性能、影响设备正常运行的关键因素之一。本文介绍了关于真空中陶瓷绝缘子沿面闪络物理机制的各种假说，着重阐述了二次电子发射雪崩理论，分析了影响陶瓷绝缘子闪络电压的各种因素，提出了从陶瓷材料角度提高闪络电压的方向，总结了绝缘子沿面闪络现象的研究现状，展望了今后的研究方向与发展趋势。