Радиационная электропроводность полимеров при длительном облучении

• Автор: Смирнов, Игорь Александрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 146 с. : ил.

I >
Глава 1. Радиационная электропроводность полимеров. Обзор и анализ литературных данных. Предварительные исследования

1.1 Обзор литературы по радиационной электропроводности 10 полимеров.

1.2 Предварительные экспериментальные исследования

РЭ полимеров при длительном облучении

1.3 Выводы по главе

1.4 Постановка задачи

Глава 2. Разработка физико-математической модели

радиационной электроводности полимерных диэлектриков

Глава 3. Разработка программного обеспечения для проведения

численных расчетов кинетики РЭ по разработанной модели

3.1 Выбор методов численного решения системы уравнений модифицированой модели РФВ
3.2 Описание программы
Глава 4. Разработка экспериментальной установки с системой компьютерного запуска и регистрации результатов исследования радиационной электропроводности
Глава 5. Экспериментальные исследования РЭ модельных полимеров
и сравнение результатов вычислительных и лабораторных
экспериментов
5.1 Теоретический и численный анализ физико-математических моделей
5.2 Экспериментальные результаты
Общие выводы
Литература

Актуальность темы. Радиационная электропроводность (РЭ) полимеров при непрерывном облучении исследована достаточно подробно как экспериментально, так и теоретически. После начала облучения с постоянной интенсивностью РЭ возрастает со временем по закону, близкому к степенному, достигает максимума, а затем медленно спадает. В настоящее время для описания и прогнозирования кинетики РЭ полимеров при длительном облучении широко используется квазизонная модель Роуза-Фаулера-Вайсберга (РФВ), известная за рубежом как модель многократного захвата. Эта модель хорошо работает при небольших временах облучения полимеров, когда накопление электрически нейтральных продуктов радиолиза не оказывает влияния на кинетику РЭ. Однако существующая модель РФВ неудовлетворительно описывает закономерности РЭ полимеров при длительном облучении, когда влияние нейтральных продуктов радиолиза становится существенным. Эта модель в своем общепринятом виде предсказывает выход РЭ на стационарное значение после прохождения максимума РЭ, что противоречит результатам лабораторных экспериментов, которые указывают на недостижимость стационарного состояния РЭ.
По указанной причине задача создания модели РЭ полимерных диэлектриков, учитывающей накопление ловушек радиационно-химической природы при длительном облучении этих материалов, представляет несомненный научный интерес для радиационной физики диэлектриков.
Здесь следует отметить также следующее. Если РЭ достигает своего стационарного состояния, то электрическое поле, создаваемое излучением в полимере, также стабилизируется на определенном уровне. Если же РЭ полимера монотонно убывает, то электрическое поле в полимере возрастает до предельного значения, при котором возможен электрический пробой диэлектрика.
Рассматриваемые вопросы имеют важное практическое приложение при анализе протекания электростатических разрядов (ЭСР) на поверхности космических аппаратов (КА), возникающих в результате накопления зарядов в диэлектрических (в основном полимерных) материалах. Это явление получило название электризации КА. Электризация КА усиливается при воздействии на КА более плотных потоков электронов во время геомагнитных возмущений (суббурь).
Эффективным путем снижения вероятности возникновения ЭСР является применение на внешней поверхности полимерных материалов, обладающих высокой РЭ. Чем выше РЭ полимера, тем интенсивней сток избыточных носителей заряда из объема полимера на его поверхность и тем ниже величина электрического поля, которое реализуется в этом материале при облучении.
В связи с вышеизложенным задача создания модели РЭ полимерных диэлектриков, учитывающей накопление ловушек радиационно-химической природы при длительном облучении диэлектриков, и отбор на основе этой модели полимерных материалов для применения на внешней поверхности КА по их способности противостоять возникновению ЭСР представляется крайне важной в практическом отношении.
Решению этой актуальной задачи и посвящена настоящая работа.
Цель работы.
Создание физико-математической модели радиационной электропроводности полимерных диэлектриков при их длительном облучении, основанной на формализме Роуза-Фаулера-Вайсберга и учитывающей влияние захвата носителей заряда нейтральными ловушками радиационно-химической природы, генерируемыми в ходе облучения. Созданная модель должна объяснить невозможность достижения стационарного состояния РЭ при длительном облучении полимерных диэлектриков.
Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:
1. Провести анализ механизма накопления радиационных ловушек, разработать модель захвата носителей на эти ловушки и выявить влияние этого фактора на радиационную электропроводность полимерных диэлектриков.
2. Создать физико-математическую модель радиационной электропроводности полимерных диэлектриков, основанную на формализме Роуза2. Создать физико-математическую модель радиационной электропроводности полимерных диэлектриков, основанную на формализме Роуза-Фаулера-Вайсберга и объясняющую невозможность достижения стационарного состояния РЭ при длительном облучении полимерных диэлектриков из-за захвата носителей на ловушки радиационно-химической природы, генерируемые в ходе облучения.
3. Разработать программное обеспечение для проведения численных расчетов кинетики радиационной электропроводности полимерных диэлектриков по созданной модели.
4. Разработать экспериментальную методику с компьютерной регистрацией радиационной электропроводности и провести исследования РЭ полимерных диэлектриков при длительном облучении.
5. Выполнить экспериментальную проверку результатов моделирования радиационной электропроводности для важнейших полимерных диэлектриков космического применения.
Адаптировать методику компьютерного моделирования радиационной электропроводности полимерных диэлектриков при длительном облучении для применения при конструировании космических аппаратов с увеличенным сроком активного существования.