[發明專利]一種用于衛星上抗總劑量效應的復合屏蔽方法

無效

• 申請號: 201210490975.8
• 申請日: 2012-11-27
• 公開（公告）號: CN103832599A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 胡鑒航;馮穎;韓建偉;蔡明輝;楊濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院空間科學與應用研究中心
• 主分類號: B64G1/54
• 分類號: B64G1/54
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;楊青

技術領域

本發明涉及一種抗輻射屏蔽方法，主要是對衛星上電子器件所受總劑量的屏蔽，即本發明提供一種用于衛星上抗總劑量效應的復合屏蔽方法。

背景技術

衛星在軌道上運行面臨著惡劣的空間輻射環境，包括太陽質子、地球輻射帶以及銀河系宇宙射線等，前兩者是造成總劑量效應的主要粒子來源，這些高能帶電粒子入射衛星電子器件，使器件材料電離產生總劑量效應，對電子器件的性能造成嚴重影響。通常在軌時間數年左右的衛星其遭受的總劑量大大超過了一般電子器件抗總劑量的水平，因此抗輻射的工作十分必要。

總劑量的防護方法主要有兩種：1）微電子抗輻射加固技術，通過微電子材料選取、微電路設計、工藝設計、結構布局等措施來降低總劑量對電子器件參數的影響；2）采用外部材料對器件進行屏蔽。

本發明所提出的方法屬于第二種。通常的屏蔽材料是采用單純的鋁，效果往往并不理想，而且為達到預期的屏蔽效果，需要厚度較大的鋁材料進行屏蔽，浪費了衛星有限的質量資源。

發明內容

本發明的目的在于，為克服上述問題，本發明提供了一種衛星上抗總劑量效應的復合屏蔽方法。

為實現上述目的，本發明提供了一種用于衛星上抗總劑量效應的復合屏蔽方法，其特征在于，所述方法為：采用雙層材料進行屏蔽，外層采用低原子序數的金屬而內層采用高原子序數的金屬。

上述低原子序數的金屬為鋁，高原子序數的金屬為鉭。

與現有技術相比，本發明的技術優勢在于：

在達到與傳統方法相同的屏蔽效果的情況下，所采用雙層材料的屏蔽材料總質量更小；且在同樣屏蔽質量的情況下，能夠達到更好的屏蔽效果。

附圖說明

圖1-a和1-b是某電子能譜經過不同等效厚度和不同組份屏蔽材料后的劑量；

圖2是傳統的純鋁屏蔽及純鉭屏蔽與復合屏蔽的效果對比。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的內容進行詳細介紹。

為了在達到預期屏蔽效果的前提下減少屏蔽材料的質量，本發明提出了采用雙層材料進行屏蔽，具體方案是外層采用低原子序數的金屬（如鋁）,內層采用高原子序數的金屬（如鉭）。

由核物理相關理論可知，原子序數（Z）高的材料能夠更加有效的散射電子，但是高Z材料單位質量的阻止本領較低，而且產生更多的軔致輻射（軔致輻射系數與材料的原子序數和入射電子能量成正比），而如果先讓電子通過低Z材料降低速度后再通過高Z材料，這樣可以通過低Z材料有效的降低電子的能量，由此在高Z材料中產生的軔致輻射減少，以這種方法屏蔽后的電子劑量可以大幅度降低。因此主要的問題就是要解決在屏蔽材料等效厚度不變的情況下，高原子序數材料和低原子序數材料以何種比例組合能夠得到最優的屏蔽效果。

本發明結合典型衛星軌道的空間環境特點，調節兩層屏蔽層的厚度，在占用最少質量資源的條件下篩選出最優的輻射屏蔽防護設計。

具體的思路是，分別選取金屬鋁和鉭作為低Z和高Z金屬組成雙層屏蔽材料，讓粒子通過屏蔽后，記錄下粒子在探測器中產生的總劑量，在屏蔽材料等效厚度不變的條件下使鋁的質量百分比從0%增加到100%，得到一條總劑量隨鋁的質量百分比變化的曲線，然后再改變屏蔽材料等效厚度，做出多條這樣的曲線，通過分析可以得出在不同等效厚度情況下的最優組合（即劑量最小時鋁的百分比）。依據衛星所在的具體軌道環境，金屬鋁占總屏蔽質量的20%-40%。

實施例一：

以某軌道的電子能譜為例作模擬計算，屏蔽材料的等效鋁厚度從2毫米、2.5毫米到20毫米不等，其中每種等效鋁厚度分別取鋁的質量比為0%、5%到100%共12種組合進行模擬計算。

計算結果如圖1-a和1-b所示，其中橫坐標為鋁的質量百分比，縱坐標為屏蔽后的相對總劑量，不同曲線代表不同的等效鋁厚度。由圖可見，同傳統的純鋁屏蔽相比，采用復合屏蔽后劑量減少了很多，比如等效鋁厚度為2.5mm時，10%的鋁的復合屏蔽效果最好；如果增加等效厚度，劑量最低點會向鋁比重較大的一方移動，比如3.0mm時最低點為15%，而到5.5mm時最低點為25%。

圖2是純鋁和純鉭對電子能譜的深度曲線與進行復合屏蔽優化設計后的對比，可見復合屏蔽能夠有效的降低總劑量，而且等效厚度越大效果越明顯。比如在3mm等效鋁厚度的情況下，本復合屏蔽方法的屏蔽效果是普通純鋁的4倍左右。

最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制。盡管參照實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。