《複雜空間電子輻照條件下電介質帶電動態特性研究》是依託西安交通大學，由張海波擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：複雜空間電子輻照條件下電介質帶電動態特性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張海波
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
電子輻照電介質帶電特性是研究和減少太空飛行器靜電放電異常事件的基礎，但目前對於複雜條件下的電子輻照電介質帶電動態特性仍缺乏了解。本項目將考慮空間電子輻照環境的特點和材料表面形貌的影響，研究、建立包括電子散射、二次電子發射、電荷輸運、自洽電場的三維物理模型，採用蒙特卡羅方法模擬電子散射和二次電子發射過程，得到呈現局部電漿特徵的空間電荷分布，然後通過流體模擬計算、分析局部電漿與電介質相互作用的遷移、擴散、捕獲與去捕獲、複合等動態過程。適度開展電子輻照聚合物電介質樣品導致二次電子發射、泄漏電流的實驗研究，以驗證相關的數值模擬結果。通過研究將闡明電介質二次電子發射、空間電荷和空間電場的動態特性,及其與空間電子輻照、電介質表面形貌等參數之間的關係。本項目對於全面了解複雜條件下空間電子與電介質相互作用導致的帶電現象及其微觀機理、提高我國太空飛行器故障機理的研究水平，具有重要的科學意義和套用價值。
結題摘要
本項目通過考慮空間電子輻照環境的特點和材料參數的影響，發展了複雜條件下電子散射、二次電子發射、電荷輸運的理論模型和快速計算方法。採用蒙特卡羅模擬與流體模擬相結合的方法研究了電子輻照空間介質材料的帶電特性，獲得了二次電子發射、空間電荷、空間電場分布的動態特性。分析了空間介質帶電動態特性與電子輻照條件、介質表面形貌參數和材料之間的關係。自主開發並改進了介質材料二次電子發射動態特性的測量裝置。將數值仿真結果與實驗研究相結合，深入分析了複雜條件下空間電子與電介質相互作用導致的帶電現象及其微觀機理。具體主要完成了以下的工作。 為不同機制的電子散射過程建立了相應的散射模型，在此基礎上採用蒙特卡洛方法模擬研究了電子在材料中的散射過程。採用盧瑟福散射模型和Bethe公式模擬了高能電子的散射過程。採用Mott散射截面和Penn介電模型模擬了中低能量電子的散射過程。同時分析了電子與材料中的聲子，極化子的相互作用及其能量轉移過程。在散射模型的基礎上，研究了介質材料的二次電子發射過程。研究了材料表面形貌等因素對材料二次電子發射特性的影響因素。 研究了電荷在材料中的遷移、擴散捕獲等過程。以電子在材料中的散射過程作為電荷的注入源，分析了局部電漿區域電荷變化的動態性質。結合電荷在材料中的輸運性質，分析了電荷分布情況、表面電場分布情況、泄露電流情況等性質的動態變化規律。考慮自洽場對電子輻照、二次電子分布的影響規律的影響，綜合研究了電子輻照電介質帶電過程的動態特性。 系統分析了各種因素對電子輻照電介質帶電性質的影響規律。分析了材料遷移率、擴散係數、複合幾率、捕獲截面、樣品厚度以及金屬掩埋層結構等樣品參數以及電子入射能量、入射電流等輻照條件對帶電平衡機制的影響規律。 系統分析了電介質材料二次電子發射的特性動態。分析了表面帶電的動態變化規律及其對輻照電子和二次電子的影響規律，分別給出了負帶電和正帶電情況下二次電子發射動態特性的理論模型。分析了二次電子發射係數動態變化的規律。 開發了電介質二次電子發射係數測量的裝置，通過脈衝法測量了介質材料二次電子發射特性動態性質。
