[发明专利]一种真空中采用热电子发射制造带电污染物的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种真空中采用热电子发射制造带电污染物的装置及方法，属于真空技术应用领域。

背景技术

在中高轨道，等离子体非常稀薄，航天器表面电场的作用距离从数米延伸至数百米。这样会改变航天器周围带电污染物的传输路径，使污染物在航天器表面再分布，并沉积在航天器上的任何位置，使航天器整体污染程度加重，并对位于低污染区的敏感系统造成更加严重的危害（如卫星大功率射频系统中污染物从非关键部位转移到关键部位，大大降低系统的放电阀值，使系统更容易产生放电现象而烧毁器件；同时还导致光学镜片的防尘罩失效，影响光学系统的成像质量）。航天器表面带电形成的电场能够吸附周围空间原本不会沉积到表面的带电污染物，增大敏感表面污染物的沉积量，在短期内就可能达到污染水平的控制上限，缩短卫星有效载荷的使用寿命。

在表面带电加剧污染程度这一现象的研究中，美国研制了阻滞能量分析仪-石英晶体微粒天平装置（RPA-QCM）研究航天器表面带电对污染的增强作用，并在P78-2(SCATHA)卫星上进行了飞行验证试验，用于判断卫星上安装的八个肼发动机点火后是否会在传感器上沉积污染物。研究结果表明真空条件下，在温度高于-45℃的敏感表面上并没有观测到来自肼发动机点火残余物的沉积。目前国内外尚未有关于地面模拟真空下带电污染源技术的装置或方法的公开报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种真空中利用热电子发射方法在真空下产生电子，并利用加速极使电子在环形电场中反复运动，与材料受热出气产物进行相互作用产生带电污染物的方法。利用本方法可得到真空条件下，不同材料出气污染物产生的带电污染物。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种真空中采用热电子发射制造带电污染物的装置，所述装置包括：真空测试室、热电子发射阴极、热电子发射阴极陶瓷固定件、加速极支撑架、偏转栅网、测试法兰、加速极、底座、出气盖、加热台、支架、温控仪、直流稳流电源、真空机组、第一稳压电源、第二稳压电源；QCM支架；

其中，真空测试室内部中心位置设有底座；热电子发射阴极通过热电子发射阴极陶瓷固定件固定安装在底座左侧；加速极通过加速极支撑架固定安装在底座中部；QCM支架固定安装在底座右侧；偏转栅网固定安装在QCM支架左侧，并与支架绝缘；

加热台通过支架固定安装在真空测试室左侧，在加热台中心开有出气孔，在出气孔上设有出气盖；加热台出气孔与偏转栅网正对；

测试法兰安装在真空测试室顶部，在测试法兰上布置有三个真空接插件，其中两个为高压真空接插件；在真空测试室底部安装有真空法兰；

直流稳流电源、第一稳压电源、第二稳压电源、真空机组、温控仪位于真空测试室外部；直流稳流电源通过真空接插件与热电子发射阴极连接；第一稳压电源通过一个高压真空接插件与加速极连接；第二稳压电源通过另一个高压真空接插件与偏转栅网连接；温控仪通过真空测试室底部的真空法兰与加热台连接；真空机组与真空测试室连接；

优选热电子发射阴极为门式钨丝；

优选加速极支撑架为两个平行的金属杆；加速极为多层圆环，均布安装在加速极支撑架上，相邻两个圆环之间的间距为1mm～10mm；加速极材料为不锈钢或铜；加速极支撑架材料为金属；

优选加热台与测试法兰底部的距离≥120mm，与真空测试室底部距离≥200mm；

优选热电子发射阴极所在平面与加热台出气孔之间的距离为5mm~15mm；

优选热电子发射阴极所在平面与加速极之间的距离为1mm~3mm，所述距离为热电子发射阴极所在平面到加速极边缘的最短距离；

一种真空中采用热电子发射制造带电污染物的方法，所述方法步骤如下：

步骤一、将样品放入样品容器中，将样品容器装入加热台，并盖上出气盖，将加热台固定在支架上；

其中，优选所述样品容器为金属敞口容器；

步骤二、关闭真空测试室，开启真空机组抽真空，至真空测试室内的压强≤7×10^－3Pa；

步骤三、开启温控仪电源，设定加热台温度，使样品产生出气产物；

步骤四、开启直流稳流电源和第一稳压电源，使热电子发射阴极发射电子，并通过加速极对电子进行加速；这一过程中电子与出气产物碰撞，使出气产物电离并带上正电；

步骤五、开启第二稳压电源，使出气产物通过偏转栅网得到收集；

步骤六、当电子与样品出气气体产物相互作用10min~30min后，结束实验。