CN103257279B - 一种星用介质材料辐射诱导电导率的测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种星用介质材料辐射诱导电导率的测试装置及方法，适用于卫星内带电效应评价中较厚介质材料辐射诱导电导率的测试，属于测试领域。所述装置包括屏蔽箱体、⁶⁰Co辐照源、抽真空系统，上电极板、下电极板、样品台、静电计和稳压源、钛窗、真空箱；所述方法利用⁶⁰Co源产生γ射线辐照介质材料，同时利用稳压源给介质材料上电极施加电压，并通过静电计测试下电极板的漏电流，获得介质材料表面的电压值V和电流值I，进一步计算得到介质材料的辐射诱导电导率，适用于卫星内带电效应评价中较厚介质材料辐射诱导电导率的测试。

Description

一种星用介质材料辐射诱导电导率的测试装置及方法

技术领域

本发明涉及一种星用介质材料辐射诱导电导率的测试装置及方法，适用于卫星内带电效应评价中较厚介质材料辐射诱导电导率的测试，属于测试领域。

背景技术

由于介质材料特有的功能，各类卫星将不可避免的使用大量的介质材料。在空间辐射辐照环境下，电荷将在介质材料内部沉积，从而发生内带电效应，产后的放电脉冲在材料局部会释放大量能量，造成卫星部件的损坏，导致卫星完全失效。

近年来，空间辐射环境引起的航天器内带电问题越来越受到人们的重视。在介质材料内带电过程中，高能粒子将于介质材料发生电离或激发作用，在材料内部产生载流子，从而产生辐射诱导电导率，改变材料原有的介电性能，对介质材料内带电过程产生影响。

文献“张超等，卫星内带电效应地面试验技术研究，航天器环境工程26（4），2009”针对卫星内带电效应研究中的地面模拟试验技术，介绍了以电子加速器作为辐射源的介质辐射诱导电导率试验测量方法，并对测试中的关键技术进行分析探讨。然而在采用高能电子辐照测材料辐射诱导电导率过程中，由于电子穿透深度浅，对较厚的介质存在剂量率不均匀，给测试带来一定的难度，而γ射线穿透深度深，对较厚的介质也可作到均匀激发，可用来测较厚的材料。因此需要一种采用γ射线为辐照源的星用介质材料辐射诱导电导率的测试方法。

发明内容

本发明提供了一种星用介质材料辐射诱导电导率测试装置及方法，所述方法利用⁶⁰Co源产生γ射线辐照介质材料，同时利用稳压源给介质材料上电极施加电压，并通过静电计测试下电极板的漏电流，获得介质材料表面的电压值V和电流值I，进一步计算得到介质材料的辐射诱导电导率，适用于卫星内带电效应评价中较厚介质材料辐射诱导电导率的测试。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种星用介质材料辐射诱导电导率的测试装置，所述装置包括屏蔽箱体、⁶⁰Co辐照源、抽真空系统，上电极板、下电极板、样品台、静电计和稳压源、钛窗、真空箱；

其中，真空箱顶部安装有钛窗，样品台位于真空箱内部，介质材料放置在样品台上表面，在介质材料上下表面分别设置上电极板和下电极板，抽真空系统位于真空箱外并与真空箱连接；

在真空箱和抽真空系统外部设有屏蔽箱体，用于屏蔽γ射线对静电计、稳压源以及测试者的影响；

在屏蔽箱体外部，稳压源一端接地，另一端依次穿过屏蔽箱体和真空箱壁面与上电极板连接，用于给介质材料上表面施加一定电压；静电计一端接地，另一端依次穿过屏蔽箱体和真空箱壁面与下电极板连接，用于测试介质材料的漏电流；

优选所述屏蔽箱体的材料为混凝土。

优选所述稳压源和静电计采用的测试线为远程微电流测试三同轴电缆。

优选上下电极板为溅射有导电膜的金属或玻璃，所述导电膜与介质材料贴合；优选所述导电膜的材料为铜或银。

优选所述钛窗为压成薄片的金属钛，厚度为0.1～0.5mm，γ射线能够穿过钛窗对介质材料进行辐照。

优选所述静电计的型号为6517A，稳压源的型号为BH-1724A-3。

所述介质材料为卫星用非金属材料，如聚酰亚胺、尼龙、聚四氟乙烯。

一种星用介质材料辐射诱导电导率的测试方法。所述方法具体步骤如下：

步骤一、打开真空箱，取出⁶⁰Co辐照源，放入介质材料，通过抽真空系统对真空箱抽真空，使真空度≤10^-2Pa；

步骤二、开启稳压源，对介质材料上表面施加电压V₀；同时开启静电计，测试介质材料下表面漏电流I₀；所述稳压源提供的电压范围为50～200V；

步骤三、打开真空箱，放入⁶⁰Co辐照源，通过真空系统对真空箱抽真空，使真空度≤10^-2Pa；

步骤四、开启稳压源，对介质材料上表面施加电压V；同时开启静电计，测试介质材料下表面漏电流I；

步骤五、通过V₀和I₀，计算得到介质材料的本征电导率σ₀；通过V和I，计算得到介质材料的电导率σ；进一步得到介质材料的辐射诱导电导率σ_D；

步骤六、改变真空箱和⁶⁰Co辐照源2之间的距离，辐射剂量也随之改变，重复步骤三～五，得到不同辐射剂量率下介质材料的辐射诱导电导率。

有益效果

1.本发明中采用⁶⁰Co辐照源产生的γ射线辐照样品，具有穿透深度深，对较厚的介质材料也可作到均匀激发的特点，适用于较厚星用介质材料辐射诱导电导率的测试。

2.在真空箱顶部采用钛窗，可以使γ射线全部辐照到介质材料表面，并满足抽真空对真空箱的密封要求。采用混凝土作为箱体材料，可以屏蔽γ射线对静电计、稳压源以及测试者的影响。

3.采用稳压源给介质材料上电极板施加电压，并利用静电计测试下电极板的漏电流，获得介质材料表面电压值V和电流值I，计算得到介质材料的辐射诱导电导率，具有操作简单，测试方便的特点。

附图说明

图1为本发明所述的星用介质材料辐射诱导电导率的测试装置结构示意图；

图中：1-屏蔽箱体、2-⁶⁰Co辐照源、3-抽真空系统、4-上电极板、5-下电极板、6-介质材料、7-样品台、8-静电计、9-稳压源、10-钛窗、11-真空箱。

具体实施方式

如图1所示的一种星用介质材料辐射诱导电导率的测试装置，所述装置包括屏蔽箱体1、⁶⁰Co辐照源2、抽真空系统3，上电极板4、下电极板5、介质材料6、样品台7、静电计8和稳压源9、钛窗10、真空箱11；

其中，真空箱11顶部安装有钛窗10，样品台7位于真空箱11内部，介质材料6放置在样品台7上表面，在介质材料6上下表面分别设置上电极板4和下电极板5，抽真空系统3位于真空箱11外并与真空箱11连接；

在真空箱11和抽真空系统3外部设有屏蔽箱体1，用于屏蔽γ射线对静电计8、稳压源9以及测试者的影响；

在屏蔽箱体1外部，稳压源9一端接地，另一端依次穿过屏蔽箱体1和真空箱11壁面与上电极板4连接，用于给介质材料6上表面施加一定电压；静电计8一端接地，另一端依次穿过屏蔽箱体1和真空箱11壁面与下电极板5连接，用于测试介质材料6的漏电流；

其中，所述屏蔽箱体1的材料为混凝土。

优选所述稳压源9和静电计8采用的测试线为远程微电流测试三同轴电缆。所述静电计8的型号为6517A，稳压源9的型号为BH-1724A-3。

上下电极板4、5为溅射有导电膜的金属或玻璃，所述导电膜与介质材料6贴合；优选所述导电膜的材料为铜或银。

所述钛窗10为压成薄片的金属钛，厚度为0.1～0.5mm，γ射线能够穿过钛窗对介质材料9进行辐照。

介质材料9为卫星用非金属材料，如聚酰亚胺、尼龙、聚四氟乙烯。

一种星用介质材料辐射诱导电导率的测试方法。所述方法具体步骤如下：

步骤一、打开真空箱11，取出⁶⁰Co辐照源2，放入介质材料6，通过抽真空系统3对真空箱11抽真空，使真空度保持在10^-2Pa；

步骤二、开启稳压源9，对介质材料6上表面施加电压V₀；同时开启静电计8，测试介质材料6下表面漏电流I₀；所述稳压源9提供的电压范围为50～200V；

步骤三、打开真空箱11，放入⁶⁰Co辐照源2，其剂量率范围为10³—10⁵rad/小时；通过真空系统3对真空箱11抽真空，使真空度≤10^-2Pa；

步骤四、开启稳压源9，对介质材料6上表面施加电压V；同时开启静电计8，测试介质材料6下表面漏电流I；所述电压为200V，电流测试范围为mA至pA量级，获得漏电流随γ射线剂量率的变化趋势；

步骤五、通过V₀和I₀，计算得到介质材料6的本征电导率σ₀；通过V和I，计算得到介质材料6的电导率σ；进一步得到介质材料6的辐射诱导电导率σ_D；

步骤六、改变真空箱11和⁶⁰Co辐照源2之间的距离，辐射剂量也随之改变，重复步骤三～五，得到不同辐射剂量率下介质材料6的辐射诱导电导率。

其中，电导率通过下式计算得到：

$\left\{\begin{array}{c}V=I\×R\\ R=\mathrm{\ρ}1/S=1/\mathrm{\σS}\\ \mathrm{\σ}={\mathrm{\σ}}_0+{\mathrm{\σ}}_D\end{array}\right.$

其中V为稳压源9对介质材料6上电极板4施加的电压值，I为静电计8测试得到的介质材料6下电极板5的漏电流值；R为介质材料6的电阻，l为介质材料6的厚度，S为介质材料6的表面积；

通过测试的电压V和电流I，得到介质材料6的电阻值R；由于介质材料6的厚度l和表面积S为定值，进一步得到介质材料6的电导率σ。σ由两部分组成：σ₀为介质材料6的本征电导率，σ_D为介质材料6的辐射诱导电导率。因此用σ和σ_D作差，得到介质材料6的辐射诱导电导率σ_D。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种星用介质材料辐射诱导电导率的测试方法，其特征在于：测试方法所用测试装置包括屏蔽箱体(1)、⁶⁰Co辐照源(2)、抽真空系统(3)、上电极板(4)、下电极板(5)、样品台(7)、静电计(8)和稳压源(9)、钛窗(10)、真空箱(11)；

其中，真空箱(11)顶部安装有钛窗(10)，样品台(7)位于真空箱(11)内部，介质材料(6)放置在样品台(7)上表面，在介质材料(6)上下表面分别设置上电极板(4)和下电极板(5)，抽真空系统(3)位于真空箱(11)外并与真空箱(11)连接；

在真空箱(11)和抽真空系统(3)外部设有屏蔽箱体(1)；

在屏蔽箱体(1)外部，稳压源(9)一端接地，另一端依次穿过屏蔽箱体(1)和真空箱(11)壁面与上电极板(4)连接；静电计(8)一端接地，另一端依次穿过屏蔽箱体(1)和真空箱(11)壁面与下电极板(5)连接；

所述星用介质材料辐射诱导电导率的测试方法，具体步骤如下：步骤一、打开真空箱(11)，取出60Co辐照源(2)，放入介质材料(6)，通过抽真空系统(3)对真空箱(11)抽真空，使真空度≤10-2Pa；

步骤二、开启稳压源(9)，对介质材料(6)上表面施加电压V0；同时开启静电计(8)，测试介质材料(6)下表面漏电流I0；所述稳压源(9)提供的电压范围为50～200V；

步骤三、打开真空箱(11)，放入60Co辐照源(2)，通过真空系统(3)对真空箱(11)抽真空，使真空度≤10-2Pa；

步骤四、开启稳压源(9)，对介质材料(6)上表面施加电压V；同时开启静电计(8)，测试介质材料(6)下表面漏电流I；

步骤五、通过V0和I0，计算得到介质材料(6)的本征电导率σ0；通过V和I，计算得到介质材料(6)的电导率σ；进一步得到介质材料(6)的辐射诱导电导率σD；

步骤六、改变真空箱(11)和60Co辐照源(2)之间的距离，重复步骤三～五，得到不同辐射剂量率下介质材料(6)的辐射诱导电导率。

2.根据权利要求1所述的星用介质材料辐射诱导电导率的的测试方法，其特征在于：所述屏蔽箱体(1)的材料为混凝土。

3.根据权利要求1所述的星用介质材料辐射诱导电导率的的测试方法，其特征在于：所述稳压源(9)和静电计(8)采用的测试线为远程微电流测试三同轴电缆，静电计(8)的型号为6517A，稳压源(9)的型号为BH-1724A-3。

4.根据权利要求1所述的星用介质材料辐射诱导电导率的测试方法，其特征在于：所述上下电极板(4、5)为溅射有导电膜的金属或玻璃，所述导电膜与介质材料(6)贴合。

5.根据权利要求4所述的星用介质材料辐射诱导电导率的测试方法，其特征在于：所述导电膜的材料为铜或银。

6.根据权利要求1所述的星用介质材料辐射诱导电导率的测试方法，其特征在于：所述钛窗(10)为压成薄片的金属钛，厚度为0.1～0.5mm。