衛星材料表面的二次電子發射率的測量裝置及其使用方法
【專利摘要】本發明提出了一種衛星材料表面的二次電子發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的配合位置；電子檢測儀用來測量待測材料表面的二次電子的發射強度；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、電子檢測儀進行數據采集，并控制待測材料樣品的電位。
【專利說明】
衛星材料表面的二次電子發射率的測量裝置及其使用方法
技術領域
[0001]本發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星材料表面的二次電子發射率的測量裝置及其使用方法。【背景技術】
[0002]衛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象。表面充電會造成衛星與空間環境之間存在電位差，此即衛星表面的懸浮電位。當衛星表面與空間環境之間出現過大的電位差時，在靜止軌道衛星上可以造成負2萬伏的高壓， 這會造成衛星表面與空間環境之間或者表面的不同部分之間出現放電現象(即如地面的靜電放電)，或者造成衛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星的電子學系統，干擾甚至傷害衛星的安全。
[0003]衛星表面充電的惡劣程度除了與空間環境相關以外，還與衛星的自身息息相關。 由于空間環境中造成衛星表面充電的環境因素為空間低能粒子，而空間低能粒子在與衛星表面碰撞的過程中會發射電子，此類電子被稱之為二次電子，而二次電子的發射可以降低低能粒子中的低能電子導致的碰撞效益，從而改善衛星表面的充電程度。因此，選擇具有適當的二次電子發射率的材料是改善衛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射的測量就成為衛星表面充電防護過程的重要環節。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于，為解決現有的衛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射的測量問題，提供一種衛星材料表面的二次電子發射率的測量裝置及其使用方法。
[0005]根據本發明的一個方面，提供一種衛星材料表面的二次電子發射率的測量裝置， 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的配合位置；電子檢測儀用來測量待測材料表面的二次電子的發射強度；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、電子檢測儀進行數據采集，并控制待測材料樣品的電位。
[0006]優選地，真空罐由不銹鋼材料構成且為圓筒狀。
[0007]在一個優選實施例中，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]優選地，粒子槍與真空罐的壁之間通過束流管道連接。
[0010]優選地，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]在優選實施例中，粒子槍發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。且粒子束流連續輸出束流10分鐘以上，以便于可以進行穩定的測量，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射的二次電子無法被收集到。
[0016]優選實施例中，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射的二次電子。
[0018]根據本發明的另一方面，還提供一種衛星材料表面的二次電子發射率的測量裝置的使用方法，包括如下步驟:
[0019]步驟101，依據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,依據步驟101和步驟102中設置的數據，以及法拉第杯采集的數據I， 電子檢測儀所采集的數據L，求出待測材料樣品的二次電子的發射率y = iyip。
[0022]本發明的衛星材料表面的二次電子發射率的測量裝置，可以為衛星材料表面的二次電子發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。【附圖說明】
[0023]圖1為根據本發明一個實施例的衛星材料表面的二次電子的發射率的測量裝置的結構示意圖。
[0024]圖2為根據本發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為根據本發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為根據本發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據采集的電氣關系圖。
[0028]圖6為根據本發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明的衛星材料表面的二次電子的發射率的測量裝置及其使用方法進行詳細說明。
[0036]圖1為根據本發明的一個實施了的衛星材料表面的二次電子的發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提供適當的配合位置。電子檢測儀3用來測量待測材料表面的二次電子的發射強度。法拉第杯8用來測量入射粒子的強度。控制臺14用來對法拉第杯8、電子檢測儀3進行數據采集，并控制待測材料樣品4的電位。
[0037]優選地，真空罐7由不銹鋼材料構成且為圓筒狀。
[0038]優選地，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]在優選實施例中，粒子槍1發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。且粒子束流連續輸出束流10分鐘以上，以便于可以進行穩定的測量，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為根據本發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]根據本發明的實施例，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射的二次電子無法被收集到，優選地，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射的二次電子。
[0046]在一個優選實施例中，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為根據本發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射的差異。
[0050]圖5為根據本發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。控制臺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的電子通量數據。圖6為本發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:依據步驟101和步驟102中設置數據，以及法拉第杯8采集的數據I， 電子檢測儀3所采集的數據l，求出待測材料樣品的二次電子的發射率y = iyip。
[0054]最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制。盡管參照實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
【主權項】
1.一種衛星材料表面的二次電子發射率的測量裝置，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的配合位置；電子檢測儀用來測量待測材料表面的 二次電子的發射強度；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 檢測儀進行數據采集，并控制待測材料樣品的電位。2.根據權利要求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.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于:粒子槍發射的粒子束流的電子能量 為 1000eV〇10.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于:粒子束流連續輸出束流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中所述的衛星材料表面的二次電子發射率的測量裝置 的方法，包括如下步驟:步驟101，依據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,依據步驟101和步驟102中設置的數據，以及法拉第杯采集的數據Ip和電子 檢測儀所采集的數據L，求出待測材料樣品的二次電子的發射率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