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小型电离层光度计的光电倍增管高能粒子屏蔽防护研究

作　者: 余迎庆
导　师: 孔春阳；王咏梅；付利平
学　校: 重庆师范大学
专　业: 光学工程
关键词: 高能粒子光电倍增管屏蔽防护
分类号: P352.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 49次
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内容摘要

地球热层和电离层是近地卫星和空间站运行的主要场所,它的结构参量特性的监测对保障空间飞行器安全、延长飞行器寿命、提高遥感器的探测精度和效益有着重要意义。电离层电子密度不规则变化将影响航天器的通信和测控,电离层的快速随机变化,尤其是低纬地区电离层的随机变化引起的电离层闪烁,严重时将使卫星通信链路中断。随着卫星技术的发展,电离层探测的空间范围日益广阔,同时时间连续性增强,因而在电离层物理和电磁波传播研究中日益重要起来。小型电离层光度计是在卫星上对电离层特性进行监测的重要光学探测器,主要对真空紫外波段的气辉辐射强度进行探测,通过反演获得电离层总电子含量。光度计由于其灵敏度高、体积功耗小,已经受到空间物理学界的广泛重视。由于仪器运行环境处于宇宙射线、太阳质子暴发以及围绕地球的电磁俘获带等辐射环境的包围中,高能粒子可以直接穿透卫星舱壁进入舱内;此外,原初宇宙射线还可以和舱壁货舱内物质材料相互作用而产生次级辐射,这会对仪器中所使用的关键器件—真空紫外光电倍增管的正常工作造成极大影响,甚至损坏器件,导致仪器无法正常工作。高能粒子对真空紫外PMT的影响主要有两个方面:一个是空间高能粒子对飞行器中真空紫外PMT的总剂量效应。对总剂量效应有贡献的高能粒子主要源于Van Allen带的俘获电子、俘获质子和太阳质子。总剂量效应会导致电子元器件性能参数衰退,当累积的剂量超过器件允许剂量时,会使电子器件的性能参数迅速衰退,直至功能全部丧失。此外,高能粒子会穿过PMT窗,或穿透管壁直接轰击光阴极和第一第二倍增极产生暗计数,导致探测器灵敏度下降。本论文运用QinetiQ, BIRA和ESA合作开发的MULASSIS(multi-layered shielding simulation software, MULASSIS)计算程序,采用Monte-Carlo方法对运行于太阳同步轨道上的真空紫外光电倍增管的高能粒子屏蔽材料的组合方式进行了模拟,计算表明,采用Al/W/Al的三层结构的屏蔽组合形式,其中Al层厚2mm,W厚0.5mm,可将辐射剂量从原本的9.98×106rad(Si)降低到8.41×102rad(Si),模拟结果对实际工程具有重要的指导意义。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章：绪论  10-13
  1.1 引言  10
  1.2 国内外远紫外气辉探测现状  10-11
  1.3 高能粒子屏蔽的意义,内容和方法  11
  1.4 国内外光电倍增管的高能粒子屏蔽的研究现状  11-12
  1.5 本论文的主要工作和意义  12-13
第二章：小型电离层光度计系统概述  13-16
  2.1 探测目标和原理  13-14
  2.2 方案概述  14
  2.3 系统组成  14-16
第三章：空间辐射环境对光电倍增管的影响  16-27
  3.1 光电倍增管的结构及探测原理  16-18
    3.1.1 光电倍增管的结构  16
    3.1.2 光子计数光电倍增管的工作原理  16-18
  3.2 空间辐射环境  18-21
    3.2.1 辐射带  19-20
    3.2.2 银河宇宙射线  20-21
    3.2.3 太阳宇宙线  21
  3.3 空间辐射环境对光电倍增管的影响  21-26
    3.3.1 高能粒子对光电倍增管灵敏度的影响  22-25
    3.3.2 高能粒子对光电倍增管光谱响应特性的影响  25-26
  3.4 小结  26-27
第四章抗辐射屏蔽理论与屏蔽方法  27-31
  4.1 辐射屏蔽理论  27-30
    4.1.1 电子与物质的相互作用  28-29
    4.1.2 质子与物质的相互作用  29-30
  4.2 辐射屏蔽方法  30
  4.3 小结  30-31
第五章模拟计算  31-47
  5.1 辐射屏蔽模拟算法介绍  31-38
    5.1.1 MULASSIS 软件概述  31-32
    5.1.2 MULASSIS 软件参数定义  32-38
  5.2 空间辐射环境特性研究  38-41
    5.2.1 辐射模型  38-40
    5.2.2 太阳同步轨道辐射特性  40-41
  5.3 屏蔽材料的选择  41-42
  5.4 模拟计算结果  42-46
    5.4.1 太阳同步轨道上不同材料的屏蔽效果  42-43
    5.4.2 太阳同步轨道上多层屏蔽模拟  43-44
    5.4.3 特殊屏蔽组合下的能谱模拟  44-46
  5.5 小结  46-47
第六章总结及展望  47-49
  6.1 总结  47-48
  6.2 展望  48-49
参考文献  49-54
读研期间发表论文情况  54-55
致谢  55

小型电离层光度计的光电倍增管高能粒子屏蔽防护研究

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