[發(fā)明專利]一種基于碲鋅鎘的空間帶電粒子望遠鏡

有效

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• 申請日: 2020-11-23
• 公開（公告）號: CN112462409B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設計）人: 屈衛(wèi)衛(wèi);楊夢夢;周光明
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G01T1/24
• 分類號: G01T1/24;G01T1/36;G01T1/38
• 代理公司: 蘇州市中南偉業(yè)知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 32257
• 代理人: 朱振德

本發(fā)明公開了一種基于碲鋅鎘的空間帶電粒子望遠鏡，其外罩的頂端設有開口，外罩內設有安裝座，安裝座上設置有Si半導體探測器、第一CZT探測器和第二CZT探測器，Si半導體探測器和第一CZT探測器組成第一組ΔE?E探測器系統(tǒng)，第一CZT探測器和第二CZT探測器組成第二組ΔE?E探測器系統(tǒng)，第一組ΔE?E探測器系統(tǒng)和第二組ΔE?E探測器系統(tǒng)配合分別對不同能量的帶電粒子進行測量。本發(fā)明可對空間環(huán)境中的帶電粒子、熱中子及γ射線等成分進行測量。能夠有效測量空間中帶電粒子的傳能線密度譜(LET)、當量劑量、帶電粒子能譜、總劑量、劑量率等信息，對航天員輻射風險評估具有非常重要的意義，相比于傳統(tǒng)閃爍晶體系統(tǒng)可以提高對粒子能譜的分辨率，增強粒子鑒別能力。

技術領域

本發(fā)明涉及空間粒子測量技術領域，特別涉及一種基于碲鋅鎘(CZT)的空間帶電粒子望遠鏡。

背景技術

空間中輻射環(huán)境包含了能譜很寬的質子、α粒子以及重帶電粒子等初級粒子以及這些初級粒子產(chǎn)生的次級粒子，如熱中子、快中子和γ射線等。初級粒子的能譜范圍比較寬。因此，空間站中，航天員必然暴露于空間輻射中。高能帶電粒子對航天器和宇航員的影響主要包括輻射損傷效應、單粒子效應等，造成航天器材料、電子元器件、宇航員及生物樣品的一系列損傷。為了對航天員的輻射風險進行精確的評估，需要對空間帶電粒子、次級的中子的能譜、通量等信息進行測量。

國外器官劑量多采用被動式探測器進行劑量的監(jiān)測，主動探測器只關心當量劑量，并未對質子等帶電粒子的能譜進行測量。單純的劑量測量不能滿足輻射風險精準評估的要求，需要對帶電粒子能譜、γ射線、中子的能譜進行精準測量。國內的輻射測量集中在輻射環(huán)境測量，這些環(huán)境的測量只能夠通過蒙卡模擬對航天員器官劑量進行重建，存在一定的模糊性。

閃爍晶體探測器用在了國際空間站的輻射人體器官劑量測量中，其體積及能量響應均能滿足要求，但對粒子能譜分辨率相對較低。CZT探測器能夠對不同能量的射線可以產(chǎn)生不同的能量沉積，能量沉積與產(chǎn)生的脈沖信號幅度成正比，后續(xù)電路采用ADC對脈沖幅度進行甄別，可以準確反應不同類型和不同能量射線的組織吸收劑量，對模擬人的劑量當量測量是準確合理的。CZT探測器還具有體積小、重量輕、可靠性高、不易損壞等優(yōu)點，在假人體內擺放位置可以更合理，受空間制約小。CZT是目前國際公認的綜合性能最好的核輻射探測器之一，除了具備硅探測器的優(yōu)點外，其能量和空間分辨率更高。

傳統(tǒng)的閃爍體探測器的ΔE-E系統(tǒng)存在能量分辨率較差、對輕帶電粒子的甄別效果較差的問題，在對熱中子和快中子的探測時需要體積較大的液體閃爍體，而目前的CZT晶體主要用于X射線的探測，在帶電粒子的測量中使用較少。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的問題是提供一種結構合理、粒子能譜的分辨率高的基于碲鋅鎘的空間帶電粒子望遠鏡。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于碲鋅鎘的空間帶電粒子望遠鏡，其包括外罩，所述外罩的頂端設有開口，所述外罩內設有安裝座，所述安裝座上從上至下依次設置有Si半導體探測器、第一CZT探測器和第二CZT探測器，所述Si半導體探測器和第一CZT探測器組成第一組ΔE-E探測器系統(tǒng)，所述第一CZT探測器和第二CZT探測器組成第二組ΔE-E探測器系統(tǒng)，所述第一組ΔE-E探測器系統(tǒng)和第二組ΔE-E探測器系統(tǒng)配合分別對不同能量的帶電粒子進行測量。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述第一組ΔE-E探測器系統(tǒng)可探測10-60MeV的質子，所述第二組ΔE-E探測器系統(tǒng)可探測60-90MeV的質子。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述Si半導體探測器的直徑為10mm，厚度為300μm，所述第一CZT探測器和第二CZT探測器均為立方體，邊長均為10mm。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述Si半導體探測器對應的PCB板設于Si半導體探測器和第一CZT探測器之間，所述第一CZT探測器對應的PCB板設于第一CZT探測器和第二CZT探測器之間，所述第二CZT探測器對應的PCB板設于第二CZT探測器的底部。