[发明专利]一种介质材料空间内带电数值模拟预估方法

说明书

技术领域

本发明涉及空间应用技术，特别是航天器空间环境效应，具体为航天器上介质材料发生内部充、放电效应的数值模拟预估方法。

背景技术

在地球空间环境中沿着开普勒轨道运行的航天器会受到各种粒子、场和等离子体的作用，其中与粒子辐射相关的空间环境效应有充放电、单粒子效应和辐射损伤等。作为一种重要的空间效应，介质内部充放电或内带电的数值模拟预估和评价技术是航天器设计过程中必须要考虑的一个重要因素。

一般认为卫星介质内充电是由能量在0.1～10MeV高能电子造成的，当电子在电阻率很高的介质材料中沉积时，由于电子的迁移率很小，电荷将很难泄放，并且在材料内积累成为空间电荷，建立内部电场。当介质材料内电子积累的速率会超过泄放的速率，空间电荷的密度和内部电场强度会随注入时间延续逐渐增加，超过材料的承受阈值时，就会发生材料内放电。或者说，介质充电的基本物理过程为入射电子不断沉积和已沉积电子建立电场形成泄漏电流二者之间的平衡过程，介质内部电场是其发生放电的根本原因。目前比较成熟的内带电预估和评价方法是以欧空局的DICTAT为代表的经验公式解析计算方法，利用电子射程公式和微观欧姆定律来计算介质内部最大电场。同时基于EGS4、GEANT4等蒙特卡洛模拟软件来获得介质中的沉积电流密度，采用欧姆定律获得了最大电场的方法也开始逐渐出现在文献中，并据此研究了入射能量、屏蔽厚度和介质厚度对介质内最大电场的影响规律。早在1992年，Sessler等人就对电子辐射过程中电荷俘获、载流子产生和复合过程建立了辐射诱导电导率(RIC)模型，计算了低能电子(30keV)对空间常用介质背面接地辐照的电荷和电场分布，采用的介质相对于电子射程较厚。2003年，G.F.Ferreira.等人将其进一步扩展到介质两面施加固定电压的情形，获得了与实验结果一致的结论。

发明内容

本发明的目的是提供一种介质材料空间内带电数值模拟预估方法。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明将蒙特卡洛计算方法和辐射诱导电导率模型相结合用于空间介质内带电数值模拟预估，解决空间介质内放电危险的评价问题。在本发明中，蒙特卡罗方法用于获得电子在介质中的通量-深度和剂量率-深度曲线，辐射诱导电导率模型用于计算介质在不同边界条件和介质厚度下的内部电荷密度分布和电场分布，进而利用介质击穿电场判定是否会发生内放电。

采用改进辐射诱导电导率模型，考虑电子能量在0.1～10MeV范围内，介质厚度小于、等于或大于电子射程，介质两侧电势差任意的情形。

实现本发明的步骤是：

1.利用GEANT4或其它蒙特卡洛模拟方法获得特定空间环境能谱的电子在某介质中的通量-深度和剂量率-深度曲线；

2.设介质厚度为a，那么求解如下所列方程组来获得介质中的电荷密度和电场分布：

ϵdE(x,t)dx=ρf(x,t)+ρt(x,t)---(1)]]>