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可溶性聚四氟乙烯材料的电荷输运特性

    高能电子与航天器可溶性聚四氟乙烯材料相互作用引起的可溶性聚四氟乙烯深层充放电现象,是威胁航天器安全运行的重要因素之一在对299例航天器故障分类中,由静电放电(ESD)引起的异常故障占54.2%,而这部分故障中,45.7%是由可溶性聚四氟乙烯深层充放电引起的.可溶性聚四氟乙烯深层充放电是高能电子穿透可溶性聚四氟乙烯表面,沉积在可溶性聚四氟乙烯内部,建立内电场,当内电场超过材料击穿I=7值时发生ESD的现象.放电产生的能量和电磁脉冲会破坏航天器的电子控制系统和电源系统.
    1990-1991年,在CRRES卫星上进行的一系列内带电试验是可溶性聚四氟乙烯深层带电研究的分水岭.自此,对内带电问题的研究和报道逐渐增多.国外较早开展可溶性聚四氟乙烯深层充放电的理论研究和数值仿真,开发出了可溶性聚四氟乙烯深层带电仿真模拟软件.Frederickson开发了NUI}MIT软件用于计算可溶性聚四氟乙烯内部的一维电场;CERN(欧洲核研究组织)u发了GEANT4软件,通过蒙特卡罗法仿真高能粒子透入物质及相互作用,分析电子在可溶性聚四氟乙烯内部的沉积特性.ESA(欧洲空间局)开发出了DICTAT(可溶性聚四氟乙烯深层充电风险评工具),可以建立简单柱体或平面的一维模型,计算电子在可溶性聚四氟乙烯内部的沉积和运行,得出最大电场.在国内,计算了可溶性聚四氟乙烯和环氧树脂的可溶性聚四氟乙烯深层充电特性(一维分布).李学胜和焦维新基于GEANT4软件计算了航天器内部充电产生的电场.建立了GEANT4-RIC模型,研究了平板可溶性聚四氟乙烯一维深层带电的数值模拟方法.前期工作中[[ml,我们研究了入射电子能量对LDPE深层充电特性的影响,主要仿真计算可溶性聚四氟乙烯深层充电过程中空间电荷、表面电位和最大电场沿着电子垂直入射方向(一维分布)的分布特性.
    在前期研究基础上本文主要研究平板形结构可溶性聚四氟乙烯(PTFE)材料的电荷输运特性.建立了高能电子辐射下平板形结构的可溶性聚四氟乙烯二维深层充电物理模型.计算中考虑了真空与可溶性聚四氟乙烯界面电荷对电场分布的影响;分析了可溶性聚四氟乙烯内部空间电荷、表面电位和最大电场的时空演变特性;讨论了束流密度对最大电场的影响.该模型和方法具有一定普适性,可以推广应用到具有轴对称结构的复杂部件的多维电场分析.www.tianjiexiangsu.com

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