一种评价深空探测用材料综合辐射屏蔽能力的方法技术

本发明专利技术公开了一种评价深空探测用材料综合辐射屏蔽能力的方法，属于深空探测技术与辐射防护领域。本发明专利技术目前地面采用

【技术实现步骤摘要】
一种评价深空探测用材料综合辐射屏蔽能力的方法


[0001]本专利技术属于深空探测技术与辐射防护领域，具体地说，涉及一种评价深空探测用材料综合辐射屏蔽能力的方法。

技术介绍

[0002]随着现代科技的发展与进步，人类对太空的探索已经不止步于外太空近地研究，而是把目标延伸向了许多类地小行星进行深空探测，深空探测是人类了解宇宙和太阳系的形成和演化、探索生命起源的重要途径。高能空间带电粒子辐射是深空辐射环境最为显著的特性之一，航天器在轨期间，高能辐射射线严重威胁着电子装备系统的稳定性。随着深空探测技术的发展，常用屏蔽材料对电子装备系统进行辐射防护处理，进而保障其在轨可靠性。
[0003]材料屏蔽性能的准确评价是电子装备系统工作可靠性评估的必要前提，目前国内主要利用
60
Co产生的γ射线对材料辐射屏蔽能力进行评价。虽然高穿透性的γ射线能够快速便捷、低成本地对材料的屏蔽能力进行等效评估，但深空辐射环境主要以高能电子射线和高能质子射线为主，与γ射线对物质产生的相互作用机制完全不同。因此，迫切需要基于深空辐射环境，在地面系统使用电子辐照和质子辐照对材料进行测试，以尽可能还原材料在真实深空环境下的辐射屏蔽能力。
[0004]深空轨道环境中电子能量与质子能量分布以能谱形式存在，而地面测试系统常以单能粒子辐照形式为主。考虑到成本以及操作可行性，地面单能粒子测试无法一一对应能谱点进行，所得的材料屏蔽性能也仅代表该单能粒子下的效果，无法验证其在整个能谱下的防护能力。因此，亟需一种评价材料在轨道全能谱下综合屏蔽性能的方法，以指导深空探测用材料的辐射屏蔽设计，保证电子装备系统的服役稳定性。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了较为准确评价深空探测用材料综合辐射屏蔽能力，针对深空轨道环境中电子能量和/或质子能量分布以能谱形式存在的现状，首先利用仿真软件计算将能谱进行分析分类为完全屏蔽区、部分屏蔽区和剂量增强区和无效区四个能区。其中完全屏蔽区具有能量低、通量高的特点，但粒子在材料内部的射程较短，材料仅需较薄的厚度即可完全屏蔽，该区对剩余剂量无贡献；部分屏蔽区对屏蔽剩余剂量占主导地位，对材料活化、位移损伤、核反应等作用较低，适合筛选材料，且粒子源便于寻找，成本较低；剂量增强区具有相对较高的能量和相对较低的通量，对屏蔽剩余剂量有一定贡献，但由于该区粒子能量较高，在材料内部会造成较为严重的二次辐射，进而发生剂量增强的现象；无效区具有最高的能量和最低的通量，对屏蔽剩余剂量几乎没有贡献，此分区能量对电子装备系统主要造成单粒子效应，粒子加速源较为稀少且成本极高。随后在各能量分区中各选取合适能量点进行辐照测试，以单能辐照该分区贡献总剂量得出电子和质子透过率能谱的实验数据，等效评价材料对该能量分区的屏蔽能力。最后利用透过率能谱的实验数据和轨道整个能谱的初始
剂量能谱求材料的综合屏蔽能力。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种评价深空探测用材料综合辐射屏蔽能力的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
[0007]S1、分析轨道环境，得到轨道的电子和/或质子的微分通量能谱；
[0008]S2、设计屏蔽材料的元素组成、成分配比与结构；
[0009]S3、利用仿真软件根据S1的微分通量能谱对设计的屏蔽材料进行计算，得到屏蔽材料在各单能下的屏蔽性能，绘制电子和/或质子的透过率能谱；
[0010]S4、基于S3获得透过率能谱的结果，对能量点进行分区，分为完全屏蔽区、部分屏蔽区、剂量增强区和无效区四个能区，随后在各分区内选取1
‑
2个能量点，利用仿真软件计算出以单能辐照该分区的总辐照剂量；
[0011]S5、将S4的总辐照剂量转换成总注量；
[0012]S6、根据能量点和对应总注量做地面测试，按照电子和/或质子总剂量分析计算结果，对屏蔽材料在相应剂量下进行辐照试验，记录屏蔽材料前后剂量计读数并记录，得到材料电子和/或质子分区透过率能谱的实验数据；
[0013]S7、利用仿真软件计算得到轨道下微分通量能谱在单层硅探测器中所贡献的总初始剂量，得到初始剂量能谱；
[0014]S8、利用S6的实验数据和S7初始剂量能谱评价材料的综合屏蔽能力。
[0015]进一步地限定，步骤S1中，在辐照测试开始前，需要分析在特定轨道(如深空探测轨道)环境下电子和质子的能量组成及占比，输出对应电子和质子的微分通量能谱。
[0016]进一步地限定，步骤S2中，以总屏蔽剩余剂量和重量等为指标进行设计。
[0017]进一步地限定，步骤S3中，仿真软件种类包括但不限于MCNP、Cacino、Fastrad，或Omere等；辐射源射线类型包括但不限于全向光源或平行光源等，屏蔽材料构型包括但不限于平板构型或球构型等。
[0018]进一步地限定，步骤S4中，仿真软件种类包括但不限于MCNP、Cacino、Fastrad，或Omere等；辐射源射线类型包括但不限于全向光源或平行光源等，屏蔽材料构型包括但不限于平板构型或球构型等。
[0019]进一步地限定，步骤S5中，仿真软件种类包括但不限于MCNP、Cacino、Fastrad，或Omere等；辐射源射线类型包括但不限于全向光源或平行光源等，屏蔽材料构型包括但不限于平板构型或球构型等。
[0020]进一步地限定，步骤S5中，利用下述公式将总剂量转换成总注量：
[0021][0022]其中，D为总辐照剂量，单位：Gy＝J/kg；Φ为总辐照注量，单位：个/cm2；S/ρ为带电粒子在物质中的一切能量损失，也称为阻止本领，单位：MeV
·
cm2/g。
[0023]进一步地限定，步骤S6中，所述电子注量率范围为1E+07
‑
1E+10e/cm2/s；质子注量率范围为1E+07
‑
1E+10p/cm2/s，单个样品辐照时间为15
‑
30分钟；剂量计种类为丙氨酸、GAFCHROMIC、GAFHD
‑
V2、B3等。
[0024]进一步地限定，步骤S7中仿真软件种类包括但不限于MCNP、Cacino、Fastrad，或Omere等；辐射源射线类型包括但不限于全向光源或平行光源等，屏蔽材料构型包括但不限
于平板构型或球构型等。
[0025]进一步地限定，单层硅探测器厚度为5μm
‑
80μm。
[0026]本专利技术提供一种评价深空探测用材料综合辐射屏蔽能力的方法，针对目前地面采用
60
Co产生的γ射线对材料辐射屏蔽能力进行评价测试手段无法正确反馈屏蔽材料在实际深空辐射环境下的辐射屏蔽性能的现状，提出采用电子和/或质子辐照的测试方法，基于地面测试系统条件下尽可能还原材料所处的真实深空辐射环境，并用于对材料的辐射屏蔽性能进行评价。此外，针对特定轨道环境中电子能量和/或质子能量的能谱分布，利用仿真计算将能谱分类为完全屏蔽区、部分屏蔽区和剂量增强区和无效区四个能区本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种评价深空探测用材料综合辐射屏蔽能力的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1、分析轨道环境，得到轨道的电子和/或质子的微分通量能谱；S2、设计屏蔽材料的元素组成、成分配比与结构；S3、利用仿真软件根据S1的微分通量能谱对设计的屏蔽材料进行计算，得到屏蔽材料在各单能下的屏蔽性能，绘制电子和/或质子的透过率能谱；S4、基于S3获得透过率能谱的结果，对能量点进行分区，分为完全屏蔽区、部分屏蔽区、剂量增强区和无效区四个能区，随后在各分区内选取1
‑
2个能量点，利用仿真软件计算出以单能辐照该分区的总辐照剂量；S5、将S4的总辐照剂量转换成总注量；S6、根据能量点和对应总注量做地面测试，按照电子和/或质子总剂量分析计算结果，对屏蔽材料在相应剂量下进行辐照试验，记录屏蔽材料前后剂量计读数并记录，得到材料电子和/或质子分区透过率能谱的实验数据；S7、利用仿真软件计算得到轨道下微分通量能谱在单层硅探测器中所贡献的总初始剂量，得到初始剂量能谱；S8、利用S6的实验数据和S7初始剂量能谱评价材料的综合屏蔽能力。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，分析在轨道环境下电子和质子的能量组成及占比，输出对应电子和质子的微分通量能谱。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，以总屏蔽剩余剂量和重量为指标进行设计。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，仿真软件为MCNP、Cacino、Fastrad，或Omere；辐射源射线为全向光源或平行光源，屏蔽材料构型为...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晓宏，洪杨，李杨，秦伟，卢松涛，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学重庆研究院，
类型：发明
国别省市：