一种介质材料辐射诱导电导率测试装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种介质材料辐射诱导电导率测试装置及方法，其特点是：该装置设计了屏蔽板机构，通过组合屏蔽板的厚度获得不同辐照剂量率。其装置主要包括承载机构、真空抽气设备、真空靶室、剂量率标定设备、屏蔽板机构和数据测试设备。本发明的装置可以用于测量在不同辐照剂量率下的介质材料辐射诱导电导率的功能，能够在提高测试效率、降低试验成本的情况下，测得介质材料受到不同剂量率辐照的辐射诱导电导率，为介质材料内带电的机理及其效应研究提供重要的材料特性参数。
【专利说明】一种介质材料辐射诱导电导率测试装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及属于测量领域，尤其涉及一种介质材料辐射诱导电导率测试装置及方法，特别是测量在不同辐射剂量率下介质材料辐射诱导电导率变化。
【背景技术】
[0002]介质材料充放电效应是引起中、高轨道卫星异常现象的重要原因之一。由于在中、高轨道存在大量的空间高能电子，这些高通量高能电子可直接穿透卫星结构和仪器设备等的屏蔽层，进入卫星内部的电路板、导线绝缘层等介质材料中，导致绝缘介质材料深层电荷沉积,从而形成介质材料内带电。介质材料内带电过程包括电荷沉积和电荷泄放两个过程，其中高能电子辐照将引起的介质辐射诱导电导率(RIC)是影响电荷泄放速率的重要因素。RIC的产生引起电荷泄漏速率的增大，解决了沉积电荷导电通道的问题，使得沉积在介质体内电荷量减小，进而使得介质内电场强度的减小以及达到稳定状态的时间同数量级的减小。因此，介质材料的辐射诱导电导率在决定内带电程度及击穿可能性中起重要作用，是介质内带电研究的重要材料特性参数。
[0003]新型通信卫星运行于高轨道，其空间辐射环境十分恶劣，空间轨道电子和质子通量密度高，卫星内带电效应问题异常突出，因此亟需开展介质材料辐射诱导电导率参数的测试，在卫星设计和研制阶段，给卫星带电仿真模拟分析和防护设计工作提供可靠的材料性能参数，使其危害降到最低。
[0004]其中一种可行的简单的测试方法是，经介质材料置于辐照室，开启6tlCo (钴60)辐照源，辐照一段时间后，拿出辐照室进行辐射诱导电导率的参数测量。
[0005]但是上述测试方法的问题是:1)不能在线测量，介质材料拿出辐照室进行参数测量时不仅浪费时间，而且由于介质材料中的电荷会泄放，影响测量的准确性。2)当需要接受不同剂量率下的辐照时，需要在两次辐照之间关闭辐照源，移动介质材料在辐照室中的位置(不同位置上的剂量率不同)，然后再打开辐照源。辐照源开启一次成本上千，因此这种测试方法会大大增加试验成本，降低试验效率。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明提供了一种介质材料辐射诱导电导率测试装置及方法，能够在提高测试效率、降低试验成本的情况下，测得介质材料受到不同剂量率辐照的辐射诱导电导率。
[0007]为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的:
[0008]一种介质材料辐射诱导电导率测试装置，包括:可移动承载机构、真空靶室、具有夹持和电传递功能的样品夹具、屏蔽板机构、屏蔽板机构控制器、剂量率测试探头、真空抽气系统、剂量计和具有施加电压和测量电流功能的测试设备；
[0009]屏蔽板机构连接屏蔽板机构控制器，剂量率测试探头连接剂量计，剂量计通过样品夹具与被测介质材料样品电连接；真空抽气系统与真空靶室连通；
[0010]样品夹具和剂量率测试探头固定于真空靶室内部；真空靶室、真空抽气系统和屏蔽板机构置于可移动承载机构上；当可移动承载机构置于辐照室时，令屏蔽板机构位于真空靶室与辐照源之间；屏蔽板机构控制器、剂量计和测试设备置于辐照室外部；
[0011]所述屏蔽板机构包括相互连通的有效屏蔽舱和储存舱和多块铅制屏蔽板，铅制屏蔽板之间相互平行且与被测介质材料样品的接受辐照面平行，每块屏蔽板均可在屏蔽板机构控制器的控制下在有效屏蔽舱和储存舱之间进行位置切换；有效屏蔽舱作为真空靶室与辐照源之间的有效屏蔽面。
[0012]优选地，屏蔽板机构中，有效屏蔽舱在上，储存舱在下，有效屏蔽舱和储存舱之间通过定位机构实现屏蔽板从有效屏蔽舱到存储舱的位置切换；且定位机构能够独立控制各个屏蔽板。
[0013]优选地，所述定位机构为开关门。
[0014]优选地，该装置进一步包括屏蔽壳，真空抽气系统置于屏蔽壳内部；屏蔽板机构以屏蔽壳作为支撑进行安装。
[0015]本发明还提供了一种介质材料辐射诱导电导率测试方法，该方法采用如权利要求1所述的介质材料辐射诱导电导率测试装置，该方法包括如下步骤:
[0016]步骤1、将被测介质材料样品放置于真空靶室中的样品夹具上，并进行电连接，然后关闭真空靶室；
[0017]步骤2、开启真空抽气系统给真空靶室抽真空；
[0018]步骤3、开启辐射源模拟空间辐照环境；
[0019]步骤4、利用屏蔽板机构控制器控制屏蔽板机构，通过设置获得所需的屏蔽板组合厚度；
[0020]步骤5、利用剂量率测试探头和剂量计实时监测在当前屏蔽板组合厚度下被测介质材料样品接受的辐照剂量率；
[0021]步骤6、利用所述测试设备向被测介质材料样品施加电压，并从被测介质材料样品测得泄漏电流，根据所施加的电压值和测得的泄漏电流值，采用数据处理方法获得在当前辐照剂量率下被测介质材料样品的辐射诱导电导率，并对应记录；
[0022]步骤7、利用屏蔽板机构控制器控制屏蔽板机构，改变屏蔽板组合厚度为不同值，重复执行步骤5和步骤6，获得在不同辐照剂量率下被测介质材料样品的辐射诱导电导率；
[0023]步骤8、获得所有所需辐照剂量率下被测介质材料样品的辐射诱导电导率后，关闭辐射源。
[0024]本发明与现有技术相比的有益效果是:
[0025](I)采用屏蔽板机构和屏蔽板机构控制器，可以模拟不同剂量率下的辐照，并且在试验过程中只需要开启和关闭一次辐照源，大大提升试验的效率，有效降低试验成本；
[0026](2)此介质材料辐射诱导电导率测试装置及方法可操作性强，该试验系统工作稳定，适用于测量在不同辐照剂量率下的介质材料辐射诱导电导率。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是本发明的介质材料辐射诱导电导率测试装置结构图。
[0028]图中:1_承载机构、2-真空靶室、3-样品夹具、4-被测介质材料样品、5-屏蔽板机构、6-屏蔽板机构控制器、7-屏蔽壳、8-剂量率测试探头、9-真空抽气系统、10-剂量计、Il-测试设备。
[0029]图2为屏蔽板机构5的一种实施方式。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0031]如图1所示，为本发明的介质材料辐射诱导电导率测试装置，它包括承载机构1、真空靶室2、样品夹具3、屏蔽板机构5、屏蔽板机构控制器6、剂量率测试探头8、真空抽气系统9、剂量计10和测试设备11。
[0032]连接关系为:真空抽气系统9与真空靶室2连通；屏蔽板机构5连接屏蔽板机构控制器6，剂量率测试探头8连接剂量计10，剂量计10通过样品夹具3与被测介质材料样品4电连接。其中，样品夹具3需要具有夹持和电传递功能，因此可以采用三电极夹具设计；测试设备11需要具有施加电压和测量电流功能的，从而通过样品夹具3向被测介质材料样品4施加电压，被测介质材料样品4在带电的情况下才能进行测试，同时测试设备11还通过样品夹具3测量被测介质材料样品4上的泄漏电流，因此，测试设备11可以采用型号为Keithley 6517B 的静电计。
[0033]样品夹具3和剂量率测试探头8固定于真空靶室2内部；真空靶室2、真空抽气系统9和屏蔽板机构5置于可移动承载机构I上，从而方便将本装置移动到辐照室中。当可移动承载机构I置于辐照室时，令屏蔽板机构5位于真空靶室2与辐照源之间，从而实现对入射到被测介质材料样品4上的辐照量进行部分屏蔽，且由于本发明屏蔽板机构5的特殊设计，使得屏蔽量可调，从而在无需多次开关辐照源的情况下，使得多种剂量率的辐照。屏蔽板机构控制器6、剂量计10和测试设备11属于电子设备，置于辐照室外部，这三个电子设备通过辐照室外部的谜道接入到辐照室内部的测试装置上。由于谜道长度较长，且具有多个弯道，可以保证电子设备不受干扰同时保证人员安全。
[0034]屏蔽板机构5包括相互连通的有效屏蔽舱和储存舱和多块铅制屏蔽板，铅制屏蔽板之间相互平行且与被测介质材料样品4的接受辐照面平行，每块屏蔽板均可在屏蔽板机构控制器6的控制下在有效屏蔽舱和储存舱之间进行位置切换；有效屏蔽舱作为真空靶室2与辐照源之间的有效屏蔽面，即只需有效屏蔽舱置于真空靶室2与辐照源之间即可。
[0035]屏蔽板机构5的实现方式有多种，一种最为简单的实现方式为:如图2所示，屏蔽板机构5中，有效屏蔽舱在上，储存舱在下，有效屏蔽舱和储存舱之间通过诸如开关门的定位机构实现屏蔽板从有效屏蔽舱到存储舱的位置切换，且定位机构能够独立控制各个屏蔽板。该屏蔽板机构5的设计利用了重力，实现简单，但是只能有一个方向的位置切换，在测试时需要安排好屏蔽板的调整方案，从厚到薄进行测试，则还需要设计升降机构，当然这也是容易实现的。
[0036]经过对实验需求的研究发现，每块屏蔽板的厚度可以设置为1cm，通过组合，可以满足绝大多数剂量率的测试要求。当然，还可以将屏蔽板设计为不同厚度，从而提供更为丰富的组合关系。
[0037]在一较佳实施例中，进一步设置屏蔽壳7,真空抽气系统9置于屏蔽壳7内部,从而保证了真空抽气系统(9)的工作可靠性。但由于真空抽气系统9的工作精度并不要求严格，而且可以将真空抽气系统9和辐照源的工作时间错开，因此该屏蔽壳7并非必须。如图1所示的实施例中，将屏蔽板机构5依靠屏蔽壳7安装，借助屏蔽壳7作为支撑，从而可以减少所需支撑结构。
[0038]基于上述测试装置，本发明介质材料辐射诱导电导率测试方法具体包括如下步骤:
[0039]步骤1、将被测介质材料样品4放置于真空靶室2中的样品夹具3上，按照三电极的要求连接线路，检查无误后关闭真空靶室2。
[0040]步骤2、开启真空抽气系统9给真空靶室2抽真空，使真空度优于5.0X 10_3Pa。
[0041]步骤3、开启6tlCo源模拟空间辐照环境。
[0042]步骤4、利用屏蔽板机构控制器6控制屏蔽板机构5，通过设置获得所需屏蔽板组合厚度，例如第一次屏蔽板组合的厚度为9cm。
[0043]步骤5、利用剂量率测试探头8和剂量计10实时监测在当前屏蔽板组合厚度下被测介质材料样品4接受的福照剂量率；
[0044]步骤6、利用测试设备11向被测介质材料样品(4)施加电压，并从被测介质材料样品(4)测得泄漏电流，根据所施加的电压值和测得的泄漏电流值，通过数据处理方法获得在当前辐照剂量率下被测介质材料样品4的辐射诱导电导率，并对应记录。
[0045]步骤7、利用屏蔽板机构控制器6控制屏蔽板机构5，改变屏蔽板组合厚度为不同值，重复执行步骤5和步骤6，获得在不同辐照剂量率下被测介质材料样品4的辐射诱导电导率。
[0046]步骤8、获得所有所需辐照剂量率下被测介质材料样品4的辐射诱导电导率后，测试结束，关闭6°Co辐射源。
[0047]至此，本测试流程结束。
[0048]综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种介质材料辐射诱导电导率测试装置，其特征在于，包括:可移动承载机构(I)、真空靶室(2)、具有夹持和电传递功能的样品夹具(3)、屏蔽板机构(5)、屏蔽板机构控制器(6)、剂量率测试探头(8)、真空抽气系统(9)、剂量计(10)和具有施加电压和测量电流功能的测试设备(11); 屏蔽板机构(5)连接屏蔽板机构控制器(6)，剂量率测试探头⑶连接剂量计(10)，剂量计(10)通过样品夹具(3)与被测介质材料样品(4)电连接；真空抽气系统(9)与真空靶室⑵连通； 样品夹具(3)和剂量率测试探头(8)固定于真空靶室(2)内部；真空靶室(2)、真空抽气系统(9)和屏蔽板机构(5)置于可移动承载机构(I)上；当可移动承载机构(I)置于辐照室时，令屏蔽板机构(5)位于真空靶室(2)与辐照源之间；屏蔽板机构控制器(6)、剂量计(10)和测试设备(11)置于辐照室外部； 所述屏蔽板机构(5)包括相互连通的有效屏蔽舱和储存舱和多块铅制屏蔽板，铅制屏蔽板之间相互平行且与被测介质材料样品(4)的接受辐照面平行，每块屏蔽板均可在屏蔽板机构控制器(6)的控制下在有效屏蔽舱和储存舱之间进行位置切换；有效屏蔽舱作为真空靶室(2)与辐照源之间的有效屏蔽面。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，每块屏蔽板的厚度为1cm。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，屏蔽板数量为10。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述样品夹具(3)采用三电极夹具设计。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测试设备(11)采用型号为Keithley6517B的静电计。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，屏蔽板机构(5)中，有效屏蔽舱在上，储存舱在下，有效屏蔽舱和储存舱之间通过定位机构实现屏蔽板从有效屏蔽舱到存储舱的位置切换；且定位机构能够独立控制各个屏蔽板。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述定位机构为开关门。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括屏蔽壳(7)，真空抽气系统(9)置于屏蔽壳(7)内部；屏蔽板机构(5)以屏蔽壳(7)作为支撑进行安装。
9.一种介质材料辐射诱导电导率测试方法，其特征在于，该方法采用如权利要求1至8任意一项所述的介质材料辐射诱导电导率测试装置，该方法包括如下步骤: 步骤1、将被测介质材料样品(4)放置于真空靶室(2)中的样品夹具(3)上，并进行电连接，然后关闭真空靶室(2); 步骤2、开启真空抽气系统(9)给真空靶室(2)抽真空； 步骤3、开启辐射源模拟空间辐照环境； 步骤4、利用屏蔽板机构控制器(6)控制屏蔽板机构(5)，通过设置获得所需的屏蔽板组合厚度； 步骤5、利用剂量率测试探头(8)和剂量计(10)实时监测在当前屏蔽板组合厚度下被测介质材料样品(4)接受的辐照剂量率； 步骤6、利用所述测试设备(11)向被测介质材料样品(4)施加电压，并从被测介质材料样品(4)测得泄漏电流，根据所施加的电压值和测得的泄漏电流值，采用数据处理方法获得在当前辐照剂量率下被测介质材料样品(4)的辐射诱导电导率，并对应记录； 步骤7、利用屏蔽板机构控制器(6)控制屏蔽板机构(5)，改变屏蔽板组合厚度为不同值，重复执行步骤5和步骤6，获得在不同辐照剂量率下被测介质材料样品(4)的辐射诱导r4zf Fzl1、各/ 步骤8、获得所有所需辐照剂量率下被测介质材料样品(4)的辐射诱导电导率后，关闭辐射源。
【文档编号】G01N27/04GK104237641SQ201410445783
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月3日 优先权日:2014年9月3日
【发明者】王俊, 柳青, 陈益峰, 史亮, 汤道坦, 李得天, 杨生胜, 秦晓刚, 赵呈选 申请人:兰州空间技术物理研究所