[發明專利]一種中高能粒子探測器

有效

• 申請號: 202110452714.6
• 申請日: 2021-04-26
• 公開（公告）號: CN113189633B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 余慶龍;全林;張珅毅;盧琪;李泠;侯東輝;朱光武;路立;周平;冀文濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家空間科學中心
• 主分類號: G01T1/16
• 分類號: G01T1/16;G01T1/17;G01T1/20;G01T1/24
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 李彪;武玥

本發明公開了一種中高能電子探測器，其外部結構為電子學箱和固定在其頂面上的棱臺，在棱臺頂面及兩個側面上分別設置一個探頭，在電子學箱內設置對三個探頭的電信號進行處理的電子學部分，三個探頭共用一個電子學部分；三個探頭按照扇形排列，每個方向的總張角為60°×60°，3個探頭可測量180×60°的視場；每個探頭包括3×3共9個子測量視場，每個子視場20°×20°；可形成27個測量視場，包括9個投擲角和18個方位角；探頭包括入射孔、2片二維面陣硅半導體傳感器(A和B)、1片單像素硅半導體傳感器(C)、一組閃爍體探測器(D)及光電探測器(E)；基于小孔成像法的中能電子探測器；基于望遠鏡法的高能電子探測器。

技術領域

本發明涉及粒子探測領域，具體涉及一種中高能粒子探測器。

背景技術

空間存在大量的不同能量的電子，中高能電子能量范圍在幾十keV到MeV。地球輻射帶是電子輻射的重要聚集區域，輻射帶電子通常由內、外輻射帶兩個區域組成，內輻射帶區域中心位置處于1.5Re(距離地球赤道表面3000多公里)。外輻射帶區域中心位于L＝4～5(距離地球赤道表面20000～250000km)。內外輻射帶之間存在一個粒子輻射通量很低的槽區(Slot Region)，這一區域被認為是在軌航天器的安全區域。而實際的輻射帶環境遠比靜態描述的復雜的多,隨著太陽風行星際條件和地磁活動而動態變化，電子輻射帶粒子輻射徑向分布范圍、中心位置和輻射帶在不同時間尺度(從分鐘到年)上都可能發生劇烈的變化。如：2012年9月2日空間環境擾動事件影響出現了電子輻射帶新結構，4.5MeV以上高能電子外輻射帶在L^*(磁赤道附近可近似理解為地心距離，單位為地球半徑)＝3.5左右出現一個新的槽區，外輻射帶L^*＝3.5以內區域高能電子通量增強，L^*＝3.5以外區域通量略降低，該結構維持了約4周，期間槽區和內輻射帶高能電子分布未受影響。

內外輻射帶之間槽區的高能電子通量也不會總是維持在低水平，保持一貫的安全。如：2003年的一次大磁暴事件之后，高能電子槽區被填平，高能電子通量甚至超過了外輻射帶高能電子最高通量。

不同能量的電子通量隨能量升高而降低，較高能量的電子主要分布在外輻射帶區域，MeV的電子內輻射帶分布極大減少；相同能量的電子通量太陽極大年高，而太陽極小年低，太陽活動變化對較低能電子的影響大于較高能量的電子，太陽活動極大年時，外輻射帶的內邊界向外擴展，而內輻射帶受太陽活動的影響較小。外輻射帶電子表現出頻繁的起伏變化，強的擾動會導致高能電子暴事件(killer電子暴)，即外輻射帶中能量約為數百keV到MeV的相對論電子通量的劇烈增強。研究發現幾十到幾百keV低能電子與MeV高能電子通量有較強的相關性，低能電子增強通常會先于高能電子。

電子輻射帶動態變化是電子注入和損失相互競爭的結果，與其所經歷的加速與損失過程密切相關。外輻射帶相對論電子的加速機制主要分為相內的徑向擴散和局地的波粒相互作用。亞暴期間幾十-幾百keV的電子注入到內磁層，這些電子作為種子隨后通過增強的徑向擴散、波粒共振加速到更高的能量。電子的損失機制則主要包括Dst效應，磁層頂陰影效應和波粒相互作用導致的投擲角散射。

輻射帶電子通量的劇烈變化會對在軌航天器和衛星的正常工作和運行造成威脅，能量小于100keV的電子，由于其能量較低不能穿越飛行器表面而與飛行器相互作用，在飛行器表面積累電荷，造成表面充電。能量處于0.1～10MeV的高能電子，能穿透航天器的屏蔽層，沉積在電介質內，造成航天器內部充電，內部充電嚴重時會產生靜電放電，從而造成航天器某些部件的損壞，最終導致航天器完全失效，帶來嚴重經濟損失和社會影響。美國地球物理中心數據庫提供的資料表明，從1989年3月7日到31日25天時間內發生的46例衛星異常中有34例被確認是由于深層充電造成的。因此開展深入的粒子傳輸、加速和損失的研究，揭示外輻射帶相對論電子動態變化過程不僅是空間物理學的研究熱點,同時也是空間天氣學的一個重要課題。增進對相對論電子在輻射帶中的加速和損失機制的理解和認識，有助于進一步提升預報災害性空間天氣的能力。