[發明專利]一種近地空間多能段中子輻射環境模擬系統和方法

在審

• 申請號: 202011421503.8
• 申請日: 2020-12-03
• 公開（公告）號: CN112763243A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 趙宏鳴;秦秀波;馬喆;毛磊
• 申請（專利權）人: 中國航天科工集團第二研究院
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00;G01N23/00
• 代理公司: 中國航天科工集團公司專利中心 11024
• 代理人: 張國虹

本發明公開了一種近地空間多能段中子輻射環境模擬系統和方法。該系統包括：小型化中子源、中子慢化體陣列、控制驅動單元、運動執行單元和中子能量及流強探測單元。本發明通過可移動的中子慢化體陣列將小型化中子源產生的快中子束流慢化到多個能量段，滿足近地空間多能段中子輻射環境模擬需求。實現了在占地面積有限的實驗室環境下，以相對較低的建設和使用成本實現多能段中子輻射環境模擬，開展近地空間大氣寬能段中子輻射環境地面等效模擬實驗。

技術領域

本發明涉及空間環境天地等效性試驗、仿真技術領域，特別涉及一種近地空間多能段中子輻射環境模擬系統和方法。

背景技術

近地空間大氣中子可以誘發飛行器電子設備的多種輻射效應，包括但不限于單粒子效應、位移損傷和總劑量效應，其中最主要的是單粒子效應。這種效應會造成飛行器中的存儲器單粒子翻轉(SEU)、功率場效應管單粒子燒毀(SEB)和CMOS器件的單粒子鎖定(SEL)等嚴重后果。近地空間大氣中的熱中子，是誘導單粒子翻轉的主要原因。

開展中子誘發單粒子效應實驗是預防危害性后果，提升飛行器安全性和可靠性的必要措施。現有的實驗途徑主要有實際飛行實驗和地面等效模擬實驗兩種途徑。其中實際飛行實驗雖然更為直接且準確，但是實驗成本太高；地面等效模擬實驗的難點和關鍵問題是設計和實現與近地空間大氣寬能段中子輻射環境近似的中子輻射環境模擬系統。目前，用于模擬中子輻射環境的方法有散列中子源、裂變反應堆中子源、加速器單能中子源、放射性同位素中子源和中子管等，其中散列中子源可以獲得與近地空間大氣寬能段中子輻射環境近似的中子能譜。為了獲取各種飛行器常用電子器件對中子輻射的響應數據，科研和工程機構需要開展大量的地面模擬實驗，但是散列中子源、裂變反應堆中子源等屬于國家級的大科學工程，體積巨大，造價和使用成本高昂；加速器單能中子源、放射性同位素中子源和中子管等中子能譜單一，與實際近地空間大氣中子環境差異較大。

發明內容

本發明提出了一種近地空間多能段中子輻射環境模擬系統和方法，可以在占地面積有限的實驗室環境下，以相對較低的建設和使用成本實現多能段中子輻射環境模擬。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

根據本發明實施例的第一個方面，提供了一種近地空間多能段中子輻射環境模擬系統，該系統包括：

小型化中子源，用于產生快中子束流；

中子慢化體陣列，用于將小型化中子源產生的快中子束流慢化到設定的能量段；

控制驅動單元，用于控制驅動小型化中子源產生設定流強的快中子束流和控制中子慢化體陣列的位置；

運動執行單元，用于接收控制驅動單元信號，并驅動中子慢化體陣列移動；

中子能量及流強探測單元，用于探測出射多能段中子束流的能量和流強，并將信息反饋給控制驅動單元。

作為一種可選的實施方式，本發明中，所述小型化中子源為氘氚中子管、自密封中子管、放射性同位素中子源。

作為一種可選的實施方式，本發明中，所述中子慢化體陣列為重水或聚乙烯或鉛。

作為一種可選的實施方式，本發明中，所述控制驅動單元包括控制計算機和高壓電源。

作為一種可選的實施方式，本發明中，所述運動執行單元由電控平移臺、電控升降臺和電控轉臺組成。

作為一種可選的實施方式，本發明中，所述中子能量及流強探測單元包括中子探測器和信號輸出部件。

作為一種可選的實施方式，本發明中，所述控制驅動單元通過第一數據線與小型化中子源和運動執行單元相連，所述運動執行單元通過第二數據線和機械接口與中子慢化體陣列相連，所述中子能量及流強探測單元通過第三數據線與控制驅動單元相連。