多层薄膜的二次电子发射蒙特卡罗模拟研究

为了深入研究多层薄膜材料中二次电子发射这一影响部件微放电效应的重要物理过程,基于金属表面多代二次电子发射蒙特卡罗模型,建立了多层薄膜二次电子发射蒙特卡罗模型,并构建了多层薄膜的平面和矩形沟槽这两种表面结构。通过对这两种表面的多层薄膜二次电子发射系数进行蒙特卡罗模拟,并对不同薄膜厚度的二次电子发射系数模拟结果进行分析,验证了多层薄膜抑制二次电子产额的实验效果,并得出抑制效果与多层薄膜厚度和表面结构有关的结论。     

二次电子发射对稳态等离子体推进器加速通道鞘层的影响

稳态等离子体推进器(Stationary Plasma Thruster,SPT)工作时产生的高密度等离子体遇到其加速通道陶瓷器壁时,在陶瓷器壁与等离子体之间形成鞘层。离子会在鞘层电场作用下到达SPT加速通道器壁表面进而复合,而等离子体中的电子由于具有高能可跃过鞘层电场轰击器壁表面,从而产生二次电子发射效应。从器壁表面发射出的二次电子由于受到鞘层电场的排斥,导致其向等离子体源区移动,进而影响等离子体鞘层的特性。建立了考虑二次电子发射效应的无碰撞等离子体鞘层的一维流体模型,研究了二次电子发射对SPT加速通道鞘层特性的影响。计算结果显示,随二次电子发射系数增加,鞘层电势、离子密度、电子密度和二次电子密度增加,而离子速度降低,鞘层中离子密度始终大于电子密度。鞘层中二次电子绝大多数集中在器壁附近,随二次电子穿越鞘层厚度的增加,二次电子密度快速下降。     

基于等效电路模型的介质材料二次电子发射系数研究

材料表面的二次电子发射过程是空间大功率微波射频器件微放电效应的触发与维持机制。微放电效应是限制空间大功率微波部件应用的关键问题之一。因此,对材料二次电子发射特性的研究与表征非常重要。为正确理解电子辐照下介质样品的充放电过程,文章提出一种基于等效电路模型的理论模型对二次电子发射特性进行表征。针对不同电导率样品进行仿真验证以证实该电路模型的有效性。仿真结果与理论分析结果相符。     

金属柱状阵列结构二次电子发射系数模拟研究

二次电子发射系数（secondary electron yield,SEY）的抑制对提高空间大功率微波部件的微放电阈值、降低粒子加速器发生电子云效应的风险等具有重要意义。针对现有圆柱形柱状阵列SEY抑制方法，未考虑实际加工工艺可能导致柱体形貌偏差，进而影响SEY抑制效应的问题，结合二次电子发射唯象概率模型和电子运动轨迹射线追踪法，研究了圆形、方形、圆锥形、截断圆锥形、方锥形、沙漏形及螺纹形柱状阵列的SEY。模拟结果表明：与理想圆柱形柱状阵列相比，方形、方锥形、螺纹形柱状阵列的SEY抑制效应与圆柱阵列基本相同（差异小于~6%），而其余几种形状的柱状阵列的SEY抑制效应略逊于理想圆柱阵列。因此，从SEY抑制效应角度看，圆柱形柱状阵列具有较好的工艺容差性能。研究结果为柱状阵列结构在SEY抑制领域的工程化研究与应用提供了参考。     

模拟分析随机粗糙金属表面的二次电子发射特性

近年来,金属表面的二次电子发射系数（SEY）受表面形貌影响的研究得到了广泛关注。针对真空电子器件表面均为随机粗糙表面的实际情况,建立了基于二次电子发射唯象模型的随机粗糙表面SEY模拟仿真方法。以典型高斯分布型表面为例,针对表面粗糙度对SEY的影响规律进行了研究。结果表明,随机粗糙表面的SEY随初始电子入射能量变化的曲线,相比于理想光滑表面发生了右移（朝向高能端移动）,且SEY与粗糙度之间不存在单调依赖关系。采用该模拟方法所得的SEY与粗糙度间的依赖规律与已报道的基于蒙特卡罗模拟方法所得规律一致,证实了该方法的合理性。     

二硫化钼对二次电子倍增效应的抑制作用研究

基于镀银铝合金材料的微波部件在高真空及大功率工作时容易产生二次电子倍增效应,引起噪声电平抬高,输出功率下降,导致微波部件失效。有效抑制二次电子倍增效应,对于空间微波部件的正常运行极为重要。二硫化钼不仅具有与石墨烯类似的结构,而且其带隙可调,具有出色的电学、光学等性能。通过水热法制备了二硫化钼,并将其涂覆在镀银铝合金材料的表面,研究了复合材料的二次电子发射特性。结果表明,合成的二硫化钼具有花瓣状的纳米结构,并可以显著降低镀银铝合金表面的二次电子发射系数至0.63,原因是三维形态的纳米花瓣状二硫化钼可在微波部件表面构建无数个“微陷阱”,使得二次电子被捕获的几率增加,从而降低其逸出材料表面的概率。表面涂覆二硫化钼的镀银铝合金材料可望用于提高大功率微波部件的阈值功率。     

基于机器学习的二次电子发射唯象模型

基于机器学习和深度人工神经网络(artificial neural network, ANN)提出一种二次电子发射唯象模型。利用Vaughan模型生成先验数据集,用于训练生成描述二次电子发射一般规律的先验知识ANN模型,并在不同参数条件下验证了先验知识ANN模型的正确性。然后,分别利用银和铝合金材料的二次电子发射系数实验数据修正先验知识ANN模型,分别得到了描述两种材料的特异ANN模型。测试结果表明,特异ANN模型计算结果与实验结果相比的平均绝对误差较Vaughan模型和Furman模型降低了30%以上,与复合唯象模型精度相当或更高。在小样本条件下测试了二次电子发射ANN模型的正确性,验证了分步训练方式的有效性和二次电子发射ANN模型对于小样本集的适应性。提出的基于机器学习的二次电子发射唯象模型能够避免复杂的参数修正过程,能够基于先验知识提升模型对于小样本的适应性,能够实现二次电子发射系数的连续插值,适于在数值模拟软件中使用。     

新型薄膜材料在电子倍增器中的应用研究

为了提高核探测、航空航天、国防和精密科学仪器等领域中传统电子倍增器的性能,使其在较低的工作电压和入射电子能量下实现高增益、低噪声、长寿命的目标,在材料制备、二次电子发射测试和电子倍增器性能优化等方面开展了大量研究工作。利用原子层沉积(atomic layer deposition, ALD)技术研制了具有较高二次电子产额(secondary electron yield, SEY)的新型薄膜材料,研究了元素掺杂和表面修饰改善材料二次电子发射特性的方法,详细测试了薄膜材料的二次电子发射特性参数。利用ALD技术将新型薄膜材料成功应用于微通道板(microchannel plate, MCP)和单通道电子倍增器(channeltron electron multiplier, CEM)中,测试结果如下：相同工作电压下,镀膜后MCP组件的增益、单电子分辨率、峰谷比分别改善了约166%、17%和260%;对于单个CEM,镀膜前工作电压为2700V时增益才能达到10⁸,而镀膜后1600V下即可达到相同增益(工作电压降低了1100V),并且其它各项参数(分辨率≤26%,累计拾取...     

钛掺杂氧化镁薄膜二次电子发射倍增特性研究

氧化镁具有较高的二次电子发射系数,适合作为制备多级放大装置的二次电子发射材料。文章采用磁控溅射法制备高质量氧化镁薄膜和钛掺杂氧化镁薄膜,并对薄膜进行形貌表征,研究其二次电子发射倍增特性,包括氧化镁薄膜电子倍增器的增益特性以及增益衰减情况。结果表明:高压源电压和电流的增大均可提高电子倍增器的电流增益倍数;掺杂Ti不仅能提高电子倍增器的增益效能,且相比纯氧化镁薄膜,钛掺杂氧化镁薄膜的增益衰减明显放缓,能够将倍增器的寿命延长2倍以上。     

空间电子辐照介质材料带电效应研究进展

针对空间电子辐照对介质材料所产生的带电效应对在轨航天器的服役性能带来了巨大威胁,为深入理解和探究空间电子辐照带电效应的特性和规律,重点介绍了在电子辐照环境下,介质材料的表面电位特性、材料的总带电电荷量以及电子辐照介质内部的实时电荷分布以及动态演变特性,并进一步阐述了带电状态对二次电子发射的反馈动态影响研究。此外,概括了近年来国内外对电子辐照带电的理论数值模拟方法及发展情况。     

LEO太阳电池一次放电模型研究

空间等离子体作用下,太阳电池一次放电是诱发二次放电的主要原因。目前缺乏适合工程应用的一次放电快速评估模型。文章借鉴辉光放电理论,针对太阳电池三联点结构提出一次放电一维简化模型,用于评估太阳电池设计对放电脉冲强弱的影响。模型计算结果表明,增加玻璃盖片厚度和电池串联间隙有助于提高一次放电起始电压,一次放电频率随着太阳电池偏压和表面二次电子发射系数增加而增大,放电电流随着太阳电池偏压和电池阵电容增加而增强。该模型计算结果与试验测试结果基本一致,且比其他模型计算过程简单,可以为太阳电池设计中一次放电现象快速评估提供参考。     

太阳电池阵表面充电反向电位梯度的地面模拟

太阳电池阵等部件由于其表面介质的高二次电子发射及光电子发射特性,使得其在轨表面充电典型表现为反向电位梯度（inverted potential gradient, IPG）。为了评估航天器部组件在轨的表面充电风险,需要研究IPG的特点及在地面模拟IPG的方法。文章通过分析地球中高轨道与低轨道空间等离子体环境中表面充电的特点,提出了地面模拟IPG表面充电的方法,并给出典型试验结果。推荐中高轨道利用电子枪或紫外源、低轨道利用冷稠等离子体源模拟表面充电IPG;模拟过程中为了建立IPG,试样基底导电部位需要悬浮且有直流负偏压电源驱动;模拟IPG时需要针对试样尺度进行缩比补偿;文章给出的方法可用于一般太阳电池阵或其他在轨充电会产生IPG的试样开展地面模拟及静电放电防护性能评价试验。     

计入带电粒子入射角度对次级电子效应影响时航天飞行器的带电特性

本文采用由实验得到的带电粒子入射角度对次级电子的影响关系,根据轨道限制电流收集理论,导出了不同几何形体航天器的次级电子数通量表达式;并按局部电流平衡模型,计算了航天器背阴面的带电电位。结果表明,计入带电粒子入射角的影响后,航天器表面负电位的数值有一定减少。因此,在计算航天器表面带电时,应当考虑这种影响。     

FY-2C星电源分系统及其在轨性能

介绍了风云二号(FY-2)C气象卫星电源分系统的组成、技术指标和工作原理,以及太阳电池阵、Cd-Ni蓄电池组和电源控制设备等主要部件的设计和改进.遥测数据分析结果显示,C星太阳电池阵功率裕度优于设计要求,采用BSFR太阳电池对方阵工作温度影响不明显,地影轨道72 min地影蓄电池最大放电深度减小,涓流态第三极电性能信号与A,B星-致.在轨运行结果表明,C星电源分系统各部件状态良好,能满足任务要求.国内首次用于地球静止轨道空间电源工程的BSFR太阳电池方阵性能稳定,蓄电池组容量增大,简化了地影期卫星地面管理,改善卫星地影期环境工作温度;解决了A,B星进出影电源分系统自主转电时全调节母线电压的负冲.     

阵馈聚焦镜像双反射面有限扫描天线研究

文章分析了Ka波段阵馈聚焦镜像双反射面天线的构型及辐射特性,其通过聚焦椭球副面实现阵面口径到主反射面口径映射,得到了较大口径的等效相控阵。仿真表明等效阵单元方向图呈现良好的平头（Flat—top）特性,能较好地抑制栅瓣。文章基于等效阵元场叠加的概念,采用共轭场相位匹配结合泰勒幅度加权对远场方向图进行叠加,得到了高增益、低副瓣的扫描效果。     

电子束熔丝沉积快速制造成型技术与组织特征

利用电子束熔丝沉积快速制造技术制备了TC4钛合金薄壁结构和实体结构试样,分析了成型技术特点,探讨了组织形貌特征及形成机制。研究表明:对于薄壁结构,采用合理的工艺参数,获得的熔积层的宽度为7.4mm,层高为1.5mm;结构纵截面的组织形貌特征是原始β柱状晶与沉积高度方向大约成15°角,较为粗大,宽3～5mm,单个柱状晶贯穿几层到十几层熔积层不等。对于实体结构,熔积间距为4.7mm时得到的试样表面较为平整,熔积高度基本一致;试样纵截面可观察到明显的层带,而原始β柱状晶垂直向上生长。     

二次电子发射研究进展及其空间应用

由二次电子发射引发的微放电效应是严重影响星载微波部件性能和安全的瓶颈问题之一。针对星载微波部件微放电的研究及应用需求,对国内外二次电子发射的研究进展进行了系统梳理,介绍了二次电子发射模型、仿真分析方法、测试装置及实验研究,以及在微波射频器件及航天器充放电方面的应用研究,总结了主要的研究结论。在此基础上提出了发展建议,以期对国内的二次电子发射及微放电研究的推进提供参考。     

航天器太阳电池阵驱动机构导电滑环真空充放电实验研究

太阳电池阵驱动机构部分暴露在航天器舱体外,其内部导电滑环容易成为充放电效应的侵害对象,利用90Sr-90Yβ放射源模拟中高地球轨道的高能电子环境,实验研究不同辐照强度下导电滑环的充放电过程.结果显示:辐照初始阶段发生幅值较小的放电,多数为表面放电;随着电位升高,深层充电导致材料内部积累大量电子,超过一定阈值之后,发生击...