介質深層帶電數值模擬與應用研究.pdf

1、高能粒子與航天器介質材料相互作用引起的空間介質深層帶電效應對航天器的長壽命、高可靠運行構成了嚴重的威脅，一直是航天器充放電效應及其防護技術研究的熱點問題。目前，將蒙特卡羅粒子輸運模擬引入到航天器空間環(huán)境效應分析和評價中，并與具體空間環(huán)境效應模型相結合，已經成為一種解決粒子輻照引起空間環(huán)境效應數值模擬的普遍方法。
　　 本論文首先對當前空間介質深層帶電研究的現狀和發(fā)展趨勢進行了總結，提出了GEANT4-RIC方法，即采用GEANT

2、4粒子輸運模擬工具包實現介質深層充電輻射過程數值模擬，利用輻射誘導電導率(RIC)模型實現介質內部電場計算。研究了利用GEANT4工具包進行介質深層帶電輻射模擬的物理過程建模和物理量統(tǒng)計方法，推導出了介質結構的輻射誘導電導率充電動力學方程，解決了不同介質結構的內電場數值計算問題，同時通過對文獻中所報道的算例進行計算，對比了電荷密度、表面電位和內部電場分布模擬結果，驗證了GEANT4-RIC模型及其計算方法的正確性。
　　 利用建

3、立的模擬方法，研究了介質材料密度、厚度、電導率等參數對介質深層帶電的影響，獲得了在FLUMIC2最惡劣電子環(huán)境下，FR4和TEFLON在背面接地時介質深層帶電的規(guī)律。結果表明：介質密度對內充電過程中的電荷密度分布影響明顯，隨著密度的增加，介質內電荷密度增大；介質厚度對電荷密度分布和電場分布的影響非常顯著，當介質厚度小于射程時，最大電場會隨著介質厚度的增加而不斷增大；電導率對內電場的影響較大，當電導率低于1×10-14Ω-1m-1時，介質

4、材料會產生嚴重的充電問題。
　　 針對我國衛(wèi)星采用盤環(huán)結構件及其工作狀態(tài)，建立了介質內充電的三維RIC數學模型，開展了未輻照、理想介質輻照和RIC模型介質輻照三種情況下的數值計算，初步驗證了GEANT4-RIC作為一種通用方法在處理二維和三維的復雜介質結構深層帶電評價問題上的可行性。
　　 首次將GEANT4-RIC方法用于衛(wèi)星介質深層帶電監(jiān)測器(IDM)的研制工作中，對IDM所采用的FR4覆銅板在背面接地條件下的充電過