论文部分内容阅读
光学玻璃是航天器的重要组成部件,其在轨受会到空间辐射环境的影响。随着我国航天技术的发展,中高轨长寿命卫星越来越多用于在轨任务,卫星光学材料的在轨受照剂量大幅增加。为了保证光学玻璃的在轨可靠性,需要获取大剂量辐照条件下的光学玻璃辐射效应及退化规律数据,同时试验方法需要进一步完善。本文利用地面模拟试验设施,选择空间典型光学材料石英(JGS1)及轻火石玻璃(QF),开展了玻璃材料的空间辐射效应及地面模拟试验方法研究,并研究了JGS1及QF在不同剂量率辐照条件下的性能退化规律。通过试验研究获得了JGS1及QF最大辐照剂量达1.0×10~8rad(Si)的辐射效应试验数据,解决了目前航天器对该材料辐射效应数据的工程需求。总结了JGS1及QF玻璃辐射效应退化规律,根据试验结果及分析,各个吸收峰随总剂量的变化规律符合指数关系。辐照后JGS1及QF玻璃出现退火现象,辐照产生的吸收峰随着退火时间的增加逐渐恢复,退火规律符合指数关系。温度越高,退火速度越快,因此玻璃材料辐照时一般应在常温下进行,或不高于在轨使用温度。在对辐照后光谱进行解析的基础上,分析了JGS1及QF性能退化的机理及来源。JGS1玻璃在辐照剂量小于3.0×10~6rad(Si)时,透过率基本无变化,辐照剂量大于6.0×10~6rad(Si)时,材料中的氧空位及过氧连接两种缺陷形成色心,分别在5.8eV、4.5eV处产生了新的吸收峰,吸收峰随辐照剂量的增加而增强导致了JGS1玻璃在200nm-400nm波段透过率随总剂量下降。对于QF玻璃,当辐照剂量达到3.0×10~3rad(Si)时,QF玻璃透过率开始发生明显变化,当辐照剂量达到6.0×10~6rad(Si)时,透过率随总剂量的变化趋于饱和。通过分析,造成QF玻璃透过率下降的缺陷为间隙氧分子和间隙氯分子,对应的吸收带分别为1.13 eV、1.64eV和2.6 eV。在总结光学玻璃辐射退化规律及退火规律的基础上,结合剂量率效应试验,总结了JGS1及QF玻璃光学材料辐射效应试验方法,对JGS1及QF玻璃材料辐射效应试验中试验环境、剂量率选择、温度影响的控制给出了规范性要求。本研究获得的辐射效应数据及结论已应用于航天器用光学玻璃类材料电离辐射效应试验方法相关参数的确定。