衛(wèi)星材料表面的二次電子發(fā)射率的測量裝置及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種衛(wèi)星材料表面的二次電子發(fā)射率的測量裝置及使用此裝置的方法。該測量裝置包括：粒子槍、電子檢測儀、法拉第杯、真空罐、轉臺和控制臺，其中粒子槍用來輸出測量過程中所需要的粒子束流，包括電子或離子；真空罐為測試提供真空腔體空間；轉臺安裝于真空罐的底部，用來為待測材料樣品和電子檢測儀和粒子束流提供適當?shù)呐浜衔恢?；電子檢測儀用來測量待測材料表面的二次電子的發(fā)射強度；法拉第杯用來測量入射粒子的強度；控制臺用來對法拉第杯、電子檢測儀進行數(shù)據(jù)采集，并控制待測材料樣品的電位。
【專利說明】
衛(wèi)星材料表面的二次電子發(fā)射率的測量裝置及其使用方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及空間輻射防護評估領域，尤其涉及一種利用粒子束流進行衛(wèi)星材料表面的二次電子發(fā)射率的測量裝置及其使用方法?！颈尘凹夹g】
[0002]衛(wèi)星表面由于空間等離子體的附著作用，會形成類似于地面靜電帶電的表面充電現(xiàn)象。表面充電會造成衛(wèi)星與空間環(huán)境之間存在電位差，此即衛(wèi)星表面的懸浮電位。當衛(wèi)星表面與空間環(huán)境之間出現(xiàn)過大的電位差時，在靜止軌道衛(wèi)星上可以造成負2萬伏的高壓， 這會造成衛(wèi)星表面與空間環(huán)境之間或者表面的不同部分之間出現(xiàn)放電現(xiàn)象(即如地面的靜電放電)，或者造成衛(wèi)星的儀器測量結果不準確。靜電放電會釋放出來電流脈沖、電磁脈沖及熱脈沖，電流脈沖和電磁脈沖都會直接或間接耦合進衛(wèi)星的電子學系統(tǒng)，干擾甚至傷害衛(wèi)星的安全。
[0003]衛(wèi)星表面充電的惡劣程度除了與空間環(huán)境相關以外，還與衛(wèi)星的自身息息相關。 由于空間環(huán)境中造成衛(wèi)星表面充電的環(huán)境因素為空間低能粒子，而空間低能粒子在與衛(wèi)星表面碰撞的過程中會發(fā)射電子，此類電子被稱之為二次電子，而二次電子的發(fā)射可以降低低能粒子中的低能電子導致的碰撞效益，從而改善衛(wèi)星表面的充電程度。因此，選擇具有適當?shù)亩坞娮影l(fā)射率的材料是改善衛(wèi)星表面的充電程度的手段之一，于是，對于金屬材料的表面的二次電子發(fā)射的測量就成為衛(wèi)星表面充電防護過程的重要環(huán)節(jié)。
【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，為解決現(xiàn)有的衛(wèi)星材料表面的充電防護問題而使用的材料的表面的二次電子發(fā)射的測量問題，提供一種衛(wèi)星材料表面的二次電子發(fā)射率的測量裝置及其使用方法。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種衛(wèi)星材料表面的二次電子發(fā)射率的測量裝置， 包括粒子槍、電子檢測儀、法拉第杯、真空罐、轉臺和控制臺，其中粒子槍用來輸出測量過程中所需要的粒子束流，包括電子或離子；真空罐為測試提供真空腔體空間；轉臺安裝于真空罐的底部，用來為待測材料樣品和電子檢測儀和粒子束流提供適當?shù)呐浜衔恢?；電子檢測儀用來測量待測材料表面的二次電子的發(fā)射強度；法拉第杯用來測量入射粒子的強度； 控制臺用來對法拉第杯、電子檢測儀進行數(shù)據(jù)采集，并控制待測材料樣品的電位。
[0006]優(yōu)選地，真空罐由不銹鋼材料構成且為圓筒狀。
[0007]在一個優(yōu)選實施例中，真空罐在測量過程中保持在10 3Pa以上的真空度，以降低殘留氣體對于束流干擾。
[0008]在一個優(yōu)選實施例中，真空罐的內部橫截面積為100cm2,以便于安裝測量過程所需的設備，且其內壁光滑，內表面不平整度小于1_，以便于降低內壁的粒子散射。
[0009]優(yōu)選地，粒子槍與真空罐的壁之間通過束流管道連接。
[0010]優(yōu)選地，轉臺為弱磁結構。
[0011]可選地，轉臺安裝有轉臺托盤，其上用于安裝待測材料樣品。
[0012]在一個優(yōu)選實施例中，轉臺托盤在垂直方向是可轉動的，轉動范圍不小于90度， 轉動精度不低于5度。
[0013]在優(yōu)選實施例中，粒子槍發(fā)射的粒子束流的電子能量為lOOOeV，以便于降低地磁場對于粒子的偏轉導致的誤差。且粒子束流連續(xù)輸出束流10分鐘以上，以便于可以進行穩(wěn)定的測量，但試驗過程每次只對待測材料照射ls，并且粒子束流橫截面直徑不大于lum。
[0014]優(yōu)選實施例中，法拉第杯的橫截面的直徑大于1cm，以避免粒子束流截面過大而無法被測量到。
[0015]優(yōu)選實施例中，電子檢測儀的橫截面面積大于待測材料樣品的表面面積，并且電子檢測儀與待測材料樣品表面之間的距離不大于lcm，以避免待測材料樣品的表面所發(fā)射的二次電子無法被收集到。
[0016]優(yōu)選實施例中，待測材料樣品與轉臺托盤絕緣，其電位由控制臺控制。
[0017]優(yōu)選實施例中，控制臺為待測材料樣品提供0至-2kv范圍的電位，以避免由于待測材料樣品的電位過高而吸附表面發(fā)射的二次電子。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供一種衛(wèi)星材料表面的二次電子發(fā)射率的測量裝置的使用方法，包括如下步驟:
[0019]步驟101，依據(jù)需要測量的入射粒子的能量范圍，設置粒子的能量點、粒子通量及待測材料樣品與粒子束流之間的夾角；
[0020]步驟102,依據(jù)步驟101所設定的粒子的能量點、粒子通量，設置電子檢測儀的電位、測量范圍，以便于測量范圍與粒子束流相互匹配；
[0021]步驟103,依據(jù)步驟101和步驟102中設置的數(shù)據(jù)，以及法拉第杯采集的數(shù)據(jù)I， 電子檢測儀所采集的數(shù)據(jù)L，求出待測材料樣品的二次電子的發(fā)射率y = iyip。
[0022]本發(fā)明的衛(wèi)星材料表面的二次電子發(fā)射率的測量裝置，可以為衛(wèi)星材料表面的二次電子發(fā)射率的測量提供一種簡單、條件可行的方法，并且保持真空罐內高真空以利于測量實驗的開展?！靖綀D說明】
[0023]圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的衛(wèi)星材料表面的二次電子的發(fā)射率的測量裝置的結構示意圖。
[0024]圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電子檢測儀的外形示意圖。
[0025]圖3為圖2中的電子檢測儀沿A-A向的剖面示意圖。
[0026]圖4為根據(jù)本發(fā)明的粒子束流與待測材料樣品之間的夾角關系的示意圖。
[0027]圖5為根據(jù)本發(fā)明的測量裝置中的法拉第杯、待測材料樣品、電子檢測儀和控制臺之間數(shù)據(jù)采集的電氣關系圖。
[0028]圖6為根據(jù)本發(fā)明的測量裝置的使用方法流圖。
[0029]附圖標記[〇〇3〇]1、粒子槍2、束流管道3、電子檢測儀
[0031]4、待測材料樣品5、轉臺托盤6、轉臺
[0032]7、真空罐8、法拉第杯9、收集電極
[0033]10、電極I11、電極II 12、屏蔽電極
[0034]13、粒子束流 14、控制臺【具體實施方式】
[0035]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的衛(wèi)星材料表面的二次電子的發(fā)射率的測量裝置及其使用方法進行詳細說明。
[0036]圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個實施了的衛(wèi)星材料表面的二次電子的發(fā)射率的測量裝置的結構示意圖。如圖所示，該測量裝置包括粒子槍1、電子檢測儀3、法拉第杯8、真空罐 7、轉臺6和控制臺14。粒子槍1用來輸出測量過程中所需要的粒子束流，包括電子或離子。 真空罐7為測試提供真空腔體空間，轉臺6安裝于真空罐7的底部，用來為待測材料樣品4 和電子檢測儀3和粒子束流13提供適當?shù)呐浜衔恢谩ｋ娮訖z測儀3用來測量待測材料表面的二次電子的發(fā)射強度。法拉第杯8用來測量入射粒子的強度?？刂婆_14用來對法拉第杯8、電子檢測儀3進行數(shù)據(jù)采集，并控制待測材料樣品4的電位。
[0037]優(yōu)選地，真空罐7由不銹鋼材料構成且為圓筒狀。
[0038]優(yōu)選地，粒子槍1與真空罐7的壁之間通過束流管道2連接。
[0039]優(yōu)選地，轉臺6為弱磁結構。
[0040]可選地，轉臺6安裝有轉臺托盤5,其上用于安裝待測材料樣品4。
[0041]在優(yōu)選實施例中，粒子槍1發(fā)射的粒子束流的電子能量為lOOOeV，以便于降低地磁場對于粒子的偏轉導致的誤差。且粒子束流連續(xù)輸出束流10分鐘以上，以便于可以進行穩(wěn)定的測量，但試驗過程每次只對待測材料照射ls，避免由于照射時間過長而只是電子在材料表面累積而表面電位改變，并且粒子束流橫截面直徑不大于lum。
[0042]圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電子檢測儀的外形示意圖。圖3為圖2中的電子檢測儀沿A-A向的剖面示意圖。從圖2可見，電子檢測儀3的中間有一個開孔，該開孔便于粒子束流通過并入射到待測材料樣品4的表面。屏蔽電極12用于屏蔽掉儀器以外空間的電磁場干擾，電極I 10和電子II 11用于調節(jié)測量電子的能量范圍，收集電極9用于吸收入射電子。
[0043]根據(jù)本發(fā)明的實施例，法拉第杯的橫截面的直徑大于1cm，以避免粒子束流截面過大而無法被測量到，優(yōu)選地，法拉第杯8的橫截面直徑為5cm。電子檢測儀3的橫截面面積大于待測材料樣品的表面面積，并且電子檢測儀3與待測材料樣品4表面之間的距離不大于 lcm，以避免待測材料樣品的表面所發(fā)射的二次電子無法被收集到，優(yōu)選地，該距離為5mm。 在測量過程中，首先把法拉第杯8移至束流管道2的出口位置(如圖1的虛線框所在位置) 以檢測粒子束流，，一旦檢測到粒子束流13,則將法拉第杯8移開，再將待測材料樣品4移至距電子檢測儀3的表面5mm的位置。
[0044]優(yōu)選實施例中，待測材料樣品4與轉臺托盤5絕緣，其電位由控制臺14控制。
[0045]優(yōu)選實施例中，控制臺14為待測材料樣品4提供0至-2kV范圍的電位，以避免由于待測材料樣品4的電位過高而吸附表面發(fā)射的二次電子。
[0046]在一個優(yōu)選實施例中，真空罐7的內部橫截面積為100cm2,以便于安裝測量過程所需的設備，且其內壁光滑，內表面不平整度小于1_，以便于降低內壁的粒子散射。
[0047]在一個優(yōu)選實施例中，轉臺托盤5可以在垂直方向轉動，轉動范圍不小于90度，轉動精度不低于5度。
[0048]在一個優(yōu)選實施例中，真空罐7在測量過程中保持在10 3Pa以上的真空度，以降低殘留氣體對于束流干擾。
[0049]圖4為根據(jù)本發(fā)明的粒子束流與待測材料樣品之間的夾角關系的示意圖。顯然， 通過改變該夾角可以獲得相同能量不同角度入射下的二次電子發(fā)射的差異。
[0050]圖5為根據(jù)本發(fā)明的測量裝置中的法拉第杯8、待測材料樣品4、電子檢測儀3及控制臺14之間的電氣關系的示意框圖?？刂婆_14用于控制待測材料樣品4、電子檢測儀3 的電位，并采集電子檢測儀3和法拉第杯8的電子通量數(shù)據(jù)。圖6為本發(fā)明的測量裝置的使用方法的流程圖，包括如下步驟:
[0051]步驟101:依據(jù)需要測量的入射粒子束流的能量范圍，設置粒子能量點、粒子通量及待測材料樣品與粒子束流之間的夾角；
[0052]步驟102:依據(jù)步驟101中設定的粒子能量點、粒子通量，設置電子檢測儀3的電位、測量范圍，以便于測量范圍與粒子束流相互匹配；
[0053]步驟103:依據(jù)步驟101和步驟102中設置數(shù)據(jù)，以及法拉第杯8采集的數(shù)據(jù)I， 電子檢測儀3所采集的數(shù)據(jù)l，求出待測材料樣品的二次電子的發(fā)射率y = iyip。
[0054]最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制。盡管參照實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
【主權項】
1.一種衛(wèi)星材料表面的二次電子發(fā)射率的測量裝置，包括:粒子槍、電子檢測儀、法拉 第杯、真空罐、轉臺和控制臺，其中粒子槍用來輸出測量過程中所需要的粒子束流，包括電 子或離子；真空罐為測試提供真空腔體空間；轉臺安裝于真空罐的底部，用來為待測材料 樣品和電子檢測儀和粒子束流提供適當?shù)呐浜衔恢?；電子檢測儀用來測量待測材料表面的 二次電子的發(fā)射強度；法拉第杯用來測量入射粒子的強度；控制臺用來對法拉第杯、電子 檢測儀進行數(shù)據(jù)采集，并控制待測材料樣品的電位。2.根據(jù)權利要求1所述的測量裝置，其特征在于:真空罐由不銹鋼材料構成且為圓筒 狀。3.根據(jù)權利要求1或2所述的測量裝置，其特征在于:真空罐的內部橫截面積為 100cm2,且其內壁光滑，內表面不平整度小于1mm。4.根據(jù)權利要求1或2所述的測量裝置，其特征在于:真空罐在測量過程中保持在 10 3Pa以上的真空度。5.根據(jù)權利要求1所述的測量裝置，其特征在于:粒子槍與真空罐的壁之間通過束流管道連接。6.根據(jù)權利要求1所述的測量裝置，其特征在于:轉臺為弱磁結構。7.根據(jù)權利要求1或6所述的測量裝置，其特征在于:轉臺安裝有轉臺托盤，其上用于 安裝待測材料樣品。8.根據(jù)權利要求7所述的測量裝置，其特征在于:轉臺托盤在垂直方向是可轉動的，轉 動范圍不小于90度，轉動精度不低于5度。9.根據(jù)權利要求1所述的測量裝置，其特征在于:粒子槍發(fā)射的粒子束流的電子能量 為 1000eV〇10.根據(jù)權利要求1所述的測量裝置，其特征在于:粒子束流連續(xù)輸出束流10分鐘以 上，并且粒子束流橫截面直徑不大于lum。11.根據(jù)權利要求1所述的測量裝置，其特征在于:法拉第杯的橫截面的直徑大于lcm。12.根據(jù)權利要求1所述的測量裝置，其特征在于:電子檢測儀的橫截面面積大于待測 材料樣品的表面面積，并且電子檢測儀與待測材料樣品表面之間的距離不大于lcm。13.根據(jù)權利要求1所述的測量裝置，其特征在于:待測材料樣品與轉臺托盤絕緣，其 電位由控制臺控制。14.根據(jù)權利要求1所述的測量裝置，其特征在于:控制臺為待測材料樣品提供0 至-2kV范圍的電位。15.—種使用如權利要求1-14中所述的衛(wèi)星材料表面的二次電子發(fā)射率的測量裝置 的方法，包括如下步驟:步驟101，依據(jù)需要測量的入射粒子的能量范圍，設置粒子的能量點、粒子通量及待測 材料樣品與粒子束流之間的夾角；步驟102,依據(jù)步驟101所設定的粒子的能量點、粒子通量，設置電子檢測儀的電位、測 量范圍，以便于測量范圍與粒子束流相互匹配；步驟103,依據(jù)步驟101和步驟102中設置的數(shù)據(jù)，以及法拉第杯采集的數(shù)據(jù)Ip和電子 檢測儀所采集的數(shù)據(jù)L，求出待測材料樣品的二次電子的發(fā)射率y = iyip。
【文檔編號】G01N23/22GK106033065SQ201510112643
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2015年3月13日
【發(fā)明人】楊垂柏, 孔令高, 張珅毅, 張斌全, 荊濤, 關燚炳, 曹光偉, 梁金寶
【申請人】中國科學院空間科學與應用研究中心