[发明专利]高能电子充电电流的测试系统

说明书

技术领域

本发明属于真空计量技术领域，具体涉及一种高能电子充电电流的测试系统。

背景技术

在中地球轨道和地球同步轨道，空间高能电子的通量密度较大。高能电子将穿过卫星屏蔽层，在航天器内部材料表面或者介质材料内部沉积和泄放，导致航天器产生严重的内带电效应。由于内带电效应通常发生在航天器内部，造成电路工作异常甚至破坏其电子系统，严重威胁航天器在轨安全运行。

高能电子充电电流是影响航天器内带电效应的重要因素。目前国内外主要采用半导体探测器，其主要原理是高能电子与半导体材料相互作用，形成电子-空穴对，同时在半导体两极加电压，在电场作用下，电子和空穴分别向两极漂移，从而在输出回路中形成信号，输出信号的幅度与高能电子在半导体材料内消耗的能量成正比，因此通过测量输出信号的幅度就可以测定高能电子的能量。

这种方法的不足之处在于半导体探测器物理结构和电子学系统复杂，加工工艺不易实现，同时半导体材料对辐射损伤较敏感，在高能电子辐照下，半导体材料受辐照后性能变差，导致探测器测试结果出现异常，甚至无法使用。

发明内容

本发明的目的是：克服现有技术的不足之处，提供高能电子充电电流的测试系统，适用于高能电子辐照下航天器内带电效应中不同能量高能电子充电电流的测试。

本发明的技术方案是：一种高能电子充电电流的测试系统，它包括：真空系统、放置在真空系统内的电子加速器与电子屏蔽装置、以及放置在真空系统外部的静电计；

电子加速器正对电子屏蔽装置的上端放置；

电子屏蔽装置包括：金属外壳、绝缘环、屏蔽层、测试极A、测试极B、测试极C以及测试极D；金属外壳的内部由测试极A、测试极B、测试极C以及测试极D依次从上到下分层，金属外壳的顶部由屏蔽层密封，在金属外壳与屏蔽层、测试极A、测试极B、测试极C以及测试极D的连接处均设置绝缘环；测试极A、测试极B、测试极C以及测试极D分别于4个放置在真空系统外部的静电计连接，屏蔽层接地；根据国内外研究结果，0.5MeV、1MeV、2MeV和3MeV的高能电子在Al材料内的射程分别为0.6mm、1.5mm、3.7mm和5.6mm。因此将屏蔽层设计为0.6mm厚的Al，并接地，通过屏蔽层将0.5MeV以下的高能电子和空间存在的离子屏蔽，而测试极A、测试极B和测试极C分别设计为0.9mm、2.2mm和1.9mm厚的Al，用于测试能量范围分别为0.5-1MeV、1-2MeV和2-3MeV的高能电子电流强度，同时这三层测试极具有对不同能量高能电子的筛选作用，只有能量高于等效Al厚度的高能电子才能穿过相对应的测试极。测试极D主要用于测试能量高于3MeV电子的电流，将它的厚度设计为5mm；利用静电计测试不同测试极上的电流值，即可获得不同能量高能电子充电电流；

一种高能电子充电电流的测试系统的工作流程为：

A．利用真空系统抽真空，真空度保持在10^-4Pa；

B．选取高能电子能量以及束流密度，开启电子加速器；

C．利用静电计测试各测试极的电流值；

D．保持电子加速器束流密度不变，在步骤B中所选取高能电子能量的基础上提高高能电子的能量，重复步骤C，测得各测试极的电流值；

E．保持电子加速器束流密度不变，在步骤D中所选取高能电子能量的基础上再次提高高能电子的能量，重复步骤C，测得各测试极的电流值；

F．保持电子加速器束流密度不变，在步骤E中所选取高能电子能量的基础上再次提高高能电子的能量，重复步骤C，测得各测试极的电流值；

上述步骤中，所选取的高能电子能量范围在0.2—2MeV之间，将步骤C—F的测试结果综合分析，即可获得不同能量高能电子充电电流的测试结果。

有益效果：1）本发明中利用不同厚度的多层测试极结构，测试高能电子辐照下各测试极的充电电流值，具有结构简单、便于实现等特征，从而获得不同能量高能电子充电电流的测试结果。

2）本发明中测试极的材料选用铝，具有较好的耐辐照性，可以在长期辐射环境下对不同能量高能电子的充电束流进行测试。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

其中，1-金属外壳、2-屏蔽层、3-绝缘环、4-测试极A、5-测试极B、6-测试极C、7-测试极D、9-真空系统、10-电子加速器。

具体实施方式