空间电子辐照聚合物的充电特性和微观机理

空间电子辐照聚合物的充电特性和微观机理是研究和防护航天器聚合物充放电特性的基础.采用蒙特卡罗方法模拟空间电子的散射过程,快二次电子模型模拟二次电子的产生,有限差分法求解电荷连续性方程、电流密度方程和泊松方程的电荷输运过程,俘获过程基于Poole-Frenkel效应来实现.基于电子散射/输运同步模型基础,结合法国国家航空航天科研局(ONERA)的地球同步轨道电子能谱分布理论公式和欧空局(SIRENE)机构的地面实验方法,建立了基于地球同步轨道电子能谱分布的空间多能电子的散射模型.通过空间电子辐照聚合物充电过程的数值模拟,获得了空间电荷密度、电位、电场和空间电位分布.阐明了空间电子辐照聚合物的充电特性和样品微观参数与表面电位的关联性.表面电位特性与实验结果相吻合,单能电子的电位强度高于多能电子的电位.充电达到稳态时,电子迁移率较小时(小于10~(–11)cm~2·V~(–1)·s~(–1)),空间电位绝对值随电子迁移率的降低明显加强;复合率较大时(大于10~(–14)cm~3·s~(–1)),空间电位绝对值随复合率的增大而增大.研究结果对于揭示空间电子辐照聚合物的充电特性和微观机理、提高航天器充放电故障机理研究水平具有重要科学意义和价值.     

单层有机器件的电子传输特性的数值模拟

在漂移扩散模型的基础上建立了单层有机器件的模型,包括了电荷注入、传输、空间电荷效应和陷阱的影响.电荷注入考虑了热电子发射电流和隧道电流.模拟得到的结果和文献中报道的实验测试数据一致.模拟研究了各个因素对器件J-V曲线的影响,电流和器件长度成反比,电流随着空穴注入势垒的减小而增加.电子注入势垒从1.7 eV减少到0.5 eV时,电流随着电子注入势垒的减小而减小,这主要是因为有机材料中电子迁移率太小,电子注入电流的增加可以忽略,而电子注入势垒的减小使内建势增加,在同样的电压下,场强 关键词： 有机器件 传输特性 数值模拟     

聚合物中多重光散射传导的Monte Carlo数值模拟

基于米氏散射(Mie scattering)理论,建立填充分散粒子群的聚合物对光散射传导的Monte Carlo数学模型.在此基础上,编写了一套仿真模拟程序.通过模拟单个光子在聚合物中的多重散射运动过程,把问题扩展到以激光束或线状光为入射源,得到在聚合物板块内的光传导情况,并且在计算机上图像化地重现整个物理过程,对输出光强的分布情况进行模拟统计分析.模拟结果表明,利用体散射机制,可以将点光源和线光源转换为平面光输出,输出光的状态可以通过对比计算结果实施有效控制.     

4H-SiC NMOS电子、质子辐照数值模拟

分析了高能电子、质子对4H-SiC的损伤机理,建立了4H-SiC NMOS器件物理模型。电子、质子辐照效应模型。应用ISE-TCAD软件进行数值模拟计算,得出在能量为2.5 MeV、注量为5×1013 cm-2的电子辐照及能量为6.5 MeV、注量为2×1014 cm-2的质子辐照下,4H-SiC NMOS转移特性曲线和亚阈值漏电流曲线变化的初步规律。数值模拟结果与相同条件下Si NMOS实验结果吻合较好。     

4H-SiC NMOS电子、质子辐照数值模拟

 分析了高能电子、质子对4H-SiC的损伤机理,建立了4H-SiC NMOS器件物理模型。电子、质子辐照效应模型。应用ISE-TCAD软件进行数值模拟计算,得出在能量为2.5 MeV、注量为5×10¹³ cm^-2的电子辐照及能量为6.5 MeV、注量为2×10¹⁴ cm^-2的质子辐照下,4H-SiC NMOS转移特性曲线和亚阈值漏电流曲线变化的初步规律。数值模拟结果与相同条件下Si NMOS实验结果吻合较好。     

考虑扩散和吸附作用的聚合物驱替过程渗流数值模拟

采用显式求解饱和度、隐式求解浓度的思路,对考虑扩散和吸附作用的聚合物驱替过程渗流模型进行了数值求解.饱和度方程求解应用了显式全变差递减(TVD)法;浓度方程求解过程中,空间项离散采用Crank Nicolson差分格式,时间项变量进行拟线性处理,保证了计算的稳定性.通过与解析解对比,验证了该方法的有效性.计算实例分析表明,扩散使聚合物在溶液中稀释,导致浓度传播分散;吸附使聚合物损耗,导致浓度传播滞后.同时,计算结果直观反映了聚合物驱重要的"油墙"形成机理.在段塞注入情况下,原油富集区在出口端的突破是介于聚合物浓度前缘突破和聚合物浓度峰值突破之间.     

二介质激光放大器工作特性的数值模拟

从简明的物理模型出发，首次从理论上模拟了二介质激光放大器的工作特性，表明它能够同时满足输出高能量，超短脉冲放大的要求。对实验中可能遇到的问题进行了模拟，并提出了解决的方法。     

电子束辐照效应的数值模拟

论述了电子束辐照材料时的能量沉积Monte-Carlo计算,在此基础上,与弹塑性流体力学方程组相结合,给出电子束激发的热一力学效应的数值模拟方法.对一系列电子束打铝靶实验进行了实际计算,得到与实验比较一致的结果.     

湍流参数对凝汽器数值模拟的影响

通过对一凝汽器的二维数值模拟,研究了湍流黏性系数和湍流扩散系数对凝汽器流动与传热特性的影响。结果表明,湍流参数的取值,对凝汽器不凝结率的计算影响较大,对壳侧压降也有一定影响。在凝汽器数值模拟中,采用两方程的RNGκ-ε模型米确定湍流参数,在管束区内部形成湍流参数较大的区域,能更准确描述凝汽器内的复杂流动。与常湍流参数的...     

用数值模拟对循环流化床颗粒分离特性的研究

针对循环流化床铁矿粉烧结技术中的关键问题,用离散颗粒数值模拟方法对不同密度床科颗粒在床内的分布进行了数值模拟。数值模拟将气相场和离散颗粒场分别用欧拉方法和拉格朗日方法进行处理,在每一时间步长内对气相场和离散颗粒场的相互作用进行耦合,得出了石英砂和铁矿粉混合床料在循环流化床内的分离规律。数值模拟结果与国外相同研究的实验结果进行了对比,验证结果表明本文所得到的模拟结果具有较高的准确性。     

电子辐照下聚合物介质深层充电现象研究

空间辐射环境中,聚合物介质的深层充放电效应是威胁航天器安全的重要因素之一.文中在Chudleigh和von Berlepsch所发展的电位衰减模型基础上引入传输电流项,考虑了电子入射引起的感应电导率和感应电场的影响,提出了新的分析研究介质材料深层充电规律和特征的模型.通过该模型,分析了不同辐射条件下介质的表面电位、内部电荷与电场分布的变化,并设计实验及援引其他实验数据对模型分析结果进行验证.分析和实验结果表明,聚合物介质在深层充电过程中的平衡电位随着入射电子束流强度和介质电阻率的增加而增大,决定深层充电平 关键词： 深层充电 电荷传输模型 电子束 聚合物     

Analysis of microscopic parameters of surface charging in polymer caused by defocused electron beam irradiation

The relationship between microscopic parameters and polymer charging caused by defocused electron beam irradiation is investigated using a dynamic scattering-transport model. The dynamic charging process of an irradiated polymer using a defocused 30 keV electron beam is conducted. In this study, the space charge distribution with a 30 keV non-penetrating e-beam is negative and supported by some existing experimental data. The internal potential is negative, but relatively high near the surface, and it decreases to a maximum negative value at z = 6 μm and finally tend to 0 at the bottom of film. The leakage current and the surface potential behave similarly, and the secondary electron and leakage currents follow the charging equilibrium condition. The surface potential decreases with increasing beam current density, trap concentration, capture cross section, film thickness and electron–hole recombination rate, but with decreasing electron mobility and electron energy. The total charge density increases with increasing beam current density, trap concentration, capture cross section, film thickness and electron–hole recombination rate, but with decreasing electron mobility and electron energy. This study shows a comprehensive analysis of microscopic factors of surface charging characteristics in an electron-based surface microscopy and analysis.     

Charging dynamics of polymer due to electron irradiation: A simultaneous scattering-transport model and preliminary results

We present a novel numerical model and simulate preliminarily the charging process of polymer subjected to electron irradiation of several 10 keV. The model includes the simultaneous processes of electron scattering and ambipolar transport and the influence of a self-consistent electric field on the scattering distribution of electrons. The dynamic spatial distribution of charges is obtained and validated by existing experimental data. Our simulations show that excess negative charges are concentrated near the edge of the electron range. However, the formed region of high charge density may extend to the surface and bottom of a kapton sample, due to the effects of electric field on electron scattering and charge transport, respectively. Charge trapping is then demonstrated to significantly influence the charge motion. The charge distribution can be extended to the bottom as the trap density decreases. Charge accumulation is therefore balanced by the appearance and increase of leakage current. Accordingly, our model and numerical simulation provide a comprehensive insight into the charging dynamics of polymer irradiated by electrons in the complex space environment.     

低能电子束照射接地绝缘薄膜的负带电过程

为揭示低能电子束照射接地绝缘薄膜的负带电过程及其机理,建立了同时考虑电子散射与电子输运的计算模型,综合Monte Carlo方法和有限差分法进行了数值模拟,获得了内部空间电荷、泄漏电流和表面电位随电子束照射的演化规律.结果表明,入射电子因迁移、扩散效应会超越通常的散射区域产生负空间电荷分布,并经过一定的渡越时间后到达接地基板,形成泄漏电流,负带电暂态过程则随着泄漏电流的增加而趋于平衡.在平衡状态下,泄漏电流随电子束能量和电流而增大;薄膜净负电荷量和表面电位随膜厚而增加、随电子迁移率的增大而降低,随着电子束 关键词： 绝缘薄膜 电子束照射 带电效应 数值模拟     

Mechanism of electron multiplication due to charging for a SiO2 sample with a buried microstructure in SEM: A simulation analysis

This study investigates the mechanism of electron redistribution and multiplication for a SiO₂ sample with a buried structure in scanning electron microscopy by numerical simulation. The simulation involved electron scattering and internal charge transport in the sample, the tracking of emitted secondary electrons (SEs), and the generation of tertiary electrons (TEs) produced by returned SEs due to charging of the sample. The results show that a buried grounded structure causes a non-uniform distribution of surface potential, and an electric field above the surface. As a result, although the number of escaped SEs above the margin of the buried structure decreases, the number of generated TEs increases more, leading to a final current of electrons that include escaped SEs and increased TEs. This multiplication of SEs might make a crucial contribution to the abnormal negative-charging contrast in SEM. During the electron beam irradiation, the variation in the number of total escaped electrons presents an obvious increase after an initial slight decrease, which corresponded to the transient characteristics of gray levels in SEM images from dark to abnormally bright.     

一种条纹变像管静态电子光学聚焦特性数值模拟

 对ICF实验中条纹相机的重要组件变像管的工作过程进行了介绍,建立了其内部电子光学系统模型,对其静态电子光学特性进行了数值模拟。模拟软件采用ANSYS,数值计算基于有限元数值计算方法,并利用哈密顿原理求解泛函,在控制计算精度的基础上,得出了该电子光学系统的内部静电场分布和轴上电位分布,同时对静态条件下的电子轨迹进行了模拟计算。结果显示了与理论解析结果很好的相似性,同时初步探索了电极尺寸及电压参数对成像的影响。结果表明,电压参数的改变对光电子成像的影响要更大一些。     

轴对称静场系统聚焦特性

 建立了不等径双圆筒电极结构的旋转轴对称静电场电子光学聚焦系统模型,利用ANSYS软件,数值模拟了电子束在其内部场中的运动情况,给出了理论计算的像面和最佳成像位置。研究了电极形状、尺寸和负载电压等因素对系统成像特性的影响。得出了各电极负载对聚焦点位置影响的量化关系。研究表明：聚焦极对系统成像的影响比加速极和阳极大;聚焦极负载电压对成像特性的影响比电极尺寸和形状大得多。     

一种条纹变像管静态电子光学聚焦特性数值模拟

对ICF实验中条纹相机的重要组件变像管的工作过程进行了介绍,建立了其内部电子光学系统模型,对其静态电子光学特性进行了数值模拟。模拟软件采用ANSYS,数值计算基于有限元数值计算方法,并利用哈密顿原理求解泛函,在控制计算精度的基础上,得出了该电子光学系统的内部静电场分布和轴上电位分布,同时对静态条件下的电子轨迹进行了模拟计算。结果显示了与理论解析结果很好的相似性,同时初步探索了电极尺寸及电压参数对成像的影响。结果表明,电压参数的改变对光电子成像的影响要更大一些。