[發明專利]一種小型化全向空間粒子探測器

有效

• 申請號: 201910099396.2
• 申請日: 2019-01-31
• 公開（公告）號: CN109828300B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 王鹢;王光毅;薛玉雄;黃樂程;張晨光;安恒;喬佳
• 申請（專利權）人: 蘭州空間技術物理研究所
• 主分類號: G01T1/36
• 分類號: G01T1/36
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 李微微;仇蕾安

本發明提供了一種小型化全向空間粒子探測器，正立方體結構六個面的每一面上均布置一套望遠鏡探測單元，六個面的望遠鏡探測單元組合，對空間粒子進行近似4π全向探測；所述每一面的望遠鏡探測單元由一塊或多塊較薄的半導體探測器和正立方體閃爍晶體探測器組成：所述正立方體閃爍晶體探測器位于正立方體全向粒子探測器中心，被全向探測器六個面的望遠鏡探測單元所共享。該發明可對空間粒子進行全向探測，能夠測量粒子能譜，辨別帶電粒子種類，適用于地球空間以及深空、小行星等輻射環境監測，安裝于航天器內部可實時獲取航天器受到的空間各方向的輻射信息。

技術領域

本發明屬于空間粒子探測技術領域，具體涉及一種小型化全向空間粒子探測器。

背景技術

地球空間環境的高能粒子具有很明顯的各向異性分布特征，低軌衛星不同方向的輻射強度差異很大。另外在深空探測及小行星探測中，對航天器受到的輻射進行不同方向的測量，獲取全方位的輻射環境信息至關重要。目前我國衛星的抗輻射加固設計采用全向的輻射帶模型和部分探測結果，由于缺乏粒子的方向性信息，衛星布局設計和屏蔽設計時并沒有考慮空間輻射的方向性。抗輻射加固設計不能做到有的放矢，不能使屏蔽效能最大化。

當前我國對空間粒子探測載荷的設計方案主要為單向探測，方向探測較少，僅二期載人航天的帶電粒子輻射探測器具有方向探測能力。該帶電粒子輻射探測器包括能段測量和16個方向的通量測量兩個部分。用于粒子方向探測的探頭由16片離子注入型硅半導體探測器組成，排成4排，交錯排列，對空間1．5MeV-200MeV質子和≥200keV電子進行探測，每片探測器探測視場為15°，間隔11.25°，可以買現2π空間的高能電子、質子通量測量。通過探測數據反演，得到4π空間的粒子全向分布信息。該方向探測探頭僅能進行通量測量，不能實時給出全向空間粒子的能譜信息。高能電子和質子能段測量探頭分別由3片離子注入型半導體探測器組成望遠鏡探測系統。其電子探測能量范圍為0.2-1.5MeV、＞1.5MeV，為8道能譜，探測視場為30°；質子探測能量范圍為2.5-150MeV、＞150MeV，為7道能譜，探測視場為40°。能段測量探頭的探測方向垂直于方向探頭扇面，對空間電子和質子進行單向能譜測量。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種小型化全向空間粒子探測器，可以實現空間粒子的實時全方向能譜測量，且具有小型化特點。

一種全向空間粒子探測器，包括中央處理電路和六套望遠鏡探測單元；六套望遠鏡探測單元共用一個正六面體結構的E探測器，每套望遠鏡探測單元還包括至少一層△E探測器；六套望遠鏡探測單元中的△E探測器與E探測器的六個敏感面一一對應，各層△E探測器排列在E探測器對應敏感面的外側；△E探測器用來獲取入射粒子穿過該△E探測器時在其中沉積的能量，E探測器用來獲取入射粒子穿過最后一層△E探測器后的剩余能量；

所述中央處理電路接收各個△E探測器以及E探測器獲取的能量信號，同時還記錄信號到達時間；根據各探測器信號到達時間區分入射到一個望遠鏡探測單元的單個粒子；再根據該粒子入射到△E探測器的沉積能量和入射到E探測器的剩余能量，區分該入射粒子的種類和入射能量。

進一步的，所述中央處理電路根據該入射粒子進入的望遠鏡探測單元，粗略給出粒子入射方向。

進一步的，還包括空心正方體框架（4），內部用于安裝E探測器，每個面上均設置有開孔，作為該面對應的望遠鏡探測器中各層△E探測器的探測窗口。

較佳的，述△E探測器為半導體探測器。

較佳的，所述△E探測器為離子注入型Si、Si-PIN、或金硅面壘半導體探測器。

較佳的，所述E探測器采用無機閃爍晶體探測器。

較佳的，所述無機閃爍晶體探測器對閃爍熒光的光電轉換通過光二極管PD、雪崩型光二極管APD或硅光電倍增管SiPM實現。

較佳的，所述每套望遠鏡探測單元的探測器分別由薄及厚的排列在E探測器對應敏感面的外側。