入射电子能量对低密度聚乙烯深层充电特性的影响

李盛涛; 李国倡; 闵道敏; 赵妮

doi:10.7498/aps.62.059401

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 (0.1–0.5 MeV) 电子辐射下, 低密度聚乙烯 (厚度为1 mm) 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 (≤ 0.3 MeV) , 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× 10-9 A/m2时, 最大场强超过击穿阈值2×107 V/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0.4 MeV时, 临界束流密度为6×10-8 A/m2. 当能量大于等于0.5 MeV时, 在束流密度为10-9–10-6 A/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.

关键词:

作者及机构信息

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

基金项目: 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.

参考文献

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