空间介质材料辐射诱导电导率特性研究

The internal charging effect seriously affect the safe and stable operation of the satellite in orbit, and the radiation induced conductivity characteristic of the space dielectric material is the most important characteristic parameter which will seriously affect the dielectric internal charging effect, and the discharge rate of the dielectric internal charge will depend on the value of RIC, moreover, which will affect the dielectric internal electric field intensity and whether occurrence of electrostatic discharge. The generation process of radiation-induced traps is analyzed theoretically, and the irradiation induced new model for trap generating is established which is base on considering the trap energy level degeneracy between, which describes the trap densities, are carried out for the space dielectric materials, together with their physical meaning.The irradiation induced traps of the dielectric material are measured by the surface potential measurement technique firstly, and which will be expressed by the change of surface potential.By studying generation and recombination of the irradiation induced traps of the dielectric material,explore the law of the radiation induced conductivity variation with the radiation dose rate, and create a model of the radiation induced conductivity, which lay the foundation for research the internal charging effect of the space dielectric material, but also provide an important basis for the internal charging protection design and dielectric material selection.

空间介质材料的内带电效应严重威胁卫星在轨安全稳定运行，其中空间介质材料辐射诱导电导率特性是影响卫星内带电效应最重要的参数，它的数值大小直接决定了介质内部电荷泄放的速率，进而影响到介质内部充电电场的大小以及是否发生静电放电。理论上通过分析辐照下介质材料辐射感应陷阱的产生过程，考虑陷阱能级之间的简并，建立辐射感应陷阱新模型，给出了描述介质材料辐照产生陷阱密度的表达式及物理意义；试验上首次引入表面电位技术测量介质材料在辐照下产生的辐射感应陷阱，利用表面电位增量来表征辐照下介质材料中产生的感应陷阱密度。通过对辐照下介质材料中辐射感应陷阱产生和复合的研究，探索介质材料辐射诱导电导率随辐射剂量率的变化规律，建立介质材料辐射诱导电导率模型，为研究空间介质材料内带电效应奠定基础，同时也为内带电防护设计和空间介质材料选用提供重要依据。

一、项目背景. 空间介质材料的内带电效应严重威胁卫星在轨安全稳定运行，其中空间介质材料辐射诱导电导率特性是影响卫星内带电效应最重要的参数，它的数值大小直接决定了介质内部电荷泄放的速率，进而影响到介质内部充电电场的大小以及是否发生静电放电。理论上通过分析辐照下介质材料辐射感应陷阱的产生过程，考虑陷阱能级之间的简并，建立辐射感应陷阱新模型，给出了描述介质材料辐照产生陷阱密度的表达式及物理意义；试验上首次引入表面电位技术测量介质材料在辐照下产生的辐射感应陷阱，利用表面电位增量来表征辐照下介质材料中产生的感应陷阱密度。通过对辐照下介质材料中辐射感应陷阱产生和复合的研究，探索介质材料辐射诱导电导率随辐射剂量率的变化规律，建立介质材料辐射诱导电导率模型，为研究空间介质材料内带电效应奠定基础，同时也为内带电防护设计和空间介质材料选用提供重要依据。.二、主要研究内容. 1、通过分析在不同辐照源下，引起介质材料辐射诱导电导率的机制，选择利用60Co产生的伽马射线开展对空间常用的典型介质材料进行辐照，并利用自研的三电极辐射诱导电导率测试装置，测试了典型星用介质材料Teflon在无辐照和有辐照下的辐射诱导电导率特性参数；. 2、开展介质材料辐射诱导电导率模型研究，分析辐射条件下介质材料内部电荷产生、复合及流动机理，明确辐射条件下介质材料内部电荷产生过程和辐射条件下介质材料内部陷阱产生及电荷复合过程，考虑陷阱能级之间的简并，建立辐射感应陷阱模型，辐射感应在介质中产生的陷阱密度与辐射吸收剂量成正比，即单位体积介质中所产生的陷阱数目与介质所吸收的辐射剂量成线性关系。这一关系式在一定吸收剂量范围内可描述辐射感应陷阱的产生规律。.三、重要结果. 获得Teflon在伽马射线辐照下的辐射诱导电导率参数，可以为后续介质材料选用提供依据。通过理论模型研究，获得高能电子辐照下，介质材料辐射诱导电导率模型的微观表达式，以及辐射诱导电导率模型中kp的表达式。.四、关键数据及其科学意义. 当介质受到的电离辐照作用时，产生的电子－空穴对数量会大大超过本征载流子的数量，使电导率产生明显变化，这是辐射产生辐射诱导电导率的物理机制。激发电子在随机移动过程中，也可能会被陷阱捕获，成为陷阱电荷。陷阱电荷再发射、再入陷，反复进行，导致辐照电离效应的衰减。