一种电子加速器及实现电子束低注量环境的方法技术

本发明专利技术涉及一种电子加速器及实现电子束低注量环境的方法，通过多孔衰减的方法，在不变动加速器结构、控制系统的前提下，将电子加速器改造成为满足国军标要求的低通量空间辐射环境地面模拟装置。通过蒙特卡罗模拟计算方法和高分辨率测量方法，研究了通过衰减法降低电子束通量后电子束能谱、次级辐射、辐照场均匀性，能够适应电子元器件、材料辐射效应研究和评估方法研究的要求。解决了现有电子加速器在进行电子元器件辐射效应研究时电子通量高的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种电子加速器及实现电子束低注量环境的方法
本专利技术属于核技术在航天电子学领域中的应用，具体涉及一种利用多微孔衰减屏蔽实现电子束低注量辐射效应模拟试验环境及相应的方法。
技术介绍
空间辐射环境主要由银河系宇宙射线、地磁俘获形成的辐射带和随机发生的太阳粒子事件组成。地磁俘获带主要由质子和电子组成，其中电子的能量在0.1MeV至5MeV之间，电子的注量率最大可以达到4E+7e/cm2s。俘获带电子会对航天器的材料、太阳能电池、传感器和集成电路造成辐射损伤。因此通常在地面预先使用电子束对航天器相关材料和器件进行辐照效应研究，电子加速器是最重要的空间辐射环境地面模拟辐照装置。用于模拟空间辐射环境的电子加速器需要满足一定的条件：电子束长时间连续、稳态出束，辐照射野具有较大的面积，便于批量辐照器件。在辐照射野内电子束剂量均匀性好于90％。电子加速器是一种多专业技术集成的大系统，造价很高。目前市场上没有专用的低通量稳态电子加速器销售，科研机构一般选择结构紧凑、性能稳定、功率较低的工业辐照加速器作为空间辐射环境地面模拟辐照装置。选用工业辐照加速器的优点是器工作模式经过了长期运行的考验，能量、束流稳定性好，辐照面积大，操作、维护简便；缺点是束流强度偏大。申请人从俄罗斯引进了ELV-8II型电子加速器，用于辐射效应研究。申请人选择了功率最小的型号，专门加装了小束流模块，标称束流从0.01mA到10mA,动态范围跨越了四个量级。但该加速器的最小电子束流强度仍然偏大。在标称束流为0.01mA,电子能量为1.0MeV时,距出束窗20cm处的电子通量约为6.5×1010电子/cm2s,比空间辐射环境中的最大电子通量大三个数量级，辐照剂量率在1557rad(Si)/s以上，距真实模拟空间电子束辐射环境的要求还有很大差距。而GJB5422-2005《军用电子元器件γ射线累积剂量效应测量方法》规定，辐射效应模拟试验的剂量率应该在300rad(Si)/s以下。在模拟空间辐射环境时，如果模拟辐照源与实际空间辐射环境电子通量和辐照剂量率相差太大，获得的辐射效应数据不能真实反应实际空间辐射环境下的辐射效应变化规律。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种在电子加速器上实现电子束低注量辐照环境的方法，其可以提供与实际空间辐射环境电子通量和辐照剂量率相差不大的电子束低注量辐照环境，解决了现有电子加速器在进行电子元器件辐射效应研究时电子通量高的技术问题。一种电子加速器，其特殊之处在于：包括电子加速器和设置在加速器出射窗处的金属多孔板；所述多孔板的厚度应比相应能量的电子在该金属中的射程大0.5mm以上；所述多孔板上均布小孔，其孔径为0.8-1.5mm，孔间距为8-20mm。上述多孔板的材料为高纯铝。上述电子加速器为稳态电子加速器，所述多孔板厚度为电子加速器出射电子在该金属中的最大射程+1mm；所述多孔板距出射窗的最近距离为10cm；所述多孔板上小孔的孔径为1mm，孔间距为10mm。一种实现电子束低注量环境的方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：1)根据电子加速器出射电子在金属中的射程，选择比该射程厚至少1mm的金属板；2)在金属板上开均布小孔，形成多孔板；其中小孔的孔径和孔间距按以下方式确定：孔径下限由机械加工难度确定；孔径上限以对电子注量和能谱的影响趋于饱和为限；孔间距的下限由机械加工难度确定；孔间距的上限以对电子注量和能谱的影响趋于饱和为限；3)将多孔板遮挡在距电子加速器出射窗最近距离处；4)打开电子加速器，在距多孔板10cm以外的空间即为可进行辐照试验的电子束低注量环境。5、根据权利要求4所述的实现电子束低注量环境的方法，其特征在于：所述金属板上小孔的孔径为0.8-1.5mm，孔间距为8-20mm。当电子加速器为2MeV加速器且金属板材料为高纯铝时，所述多孔板厚度为5mm；所述多孔板距出射窗的最近距离为10cm；所述多孔板上小孔的孔径为1mm，孔间距为10mm。为了使减小加速器电子通量，增强电子束模拟辐照装置的空间辐射环境等效性，本专利技术采用多孔衰减法，在不影响电子束能谱分布的情况下，将电子束通量降低到4.5×108电子/cm2s,，剂量率降为10rad(Si)/s。本专利技术通过蒙特卡罗输运模拟的方法，计算了电子束通过多孔板前后能谱变化的情况，并采用显色胶片剂量计测量电子束经过多孔板前后深度剂量分布的方法，比较了电子束的能量变化情况。建成了低通量电子辐射环境模拟辐照装置，各项指标符合要求。本专利技术技术重点在于通过多孔衰减的方法，在不变动加速器结构、控制系统的前提下，将电子加速器改造成为满足国军标要求的低通量空间辐射环境地面模拟装置。通过蒙特卡罗模拟计算方法和高分辨率测量方法，研究了通过衰减法降低电子束通量后电子束能谱、次级辐射、辐照场均匀性，能够适应电子元器件、材料辐射效应研究和评估方法研究的要求。附图说明图1是1.8MeV电子通过钛窗及不同厚度空气的能谱；图2是1.8MeV电子通过不同孔径多孔板的能谱；图3是1.8MeV电子通过不同孔径多孔板后产生光子的能谱；图4是1.8MeV电子通过不同孔间距多孔板的能谱；图5是1.8MeV电子通过和不通过多孔板的能谱差别；图6是1.8MeV电子通过和不通过多孔板的深度剂量分布差别；图7是1.8MeV电子束在通过多孔板后不同距离处剂量分布的均匀性；图8是距多孔板0cm处剂量分布；图9是距多孔板10cm处剂量分布。具体实施方式本专利技术采用的蒙特卡罗程序为EGSnrc系统的应用程序BEAMnrc、BEAMdp和DOSXYZnrc,其中BEAMnrc可用于模拟电子加速器及电子在出束窗、靶材料中的输运过程。BEAMdp用于分析处理BEAMnrc产生的相空间文件以得到电子和光子能谱信息，DOSXYZnrc用于模拟电子入射到直角坐标的模体上，记录模体每个单元中沉积的能量，由此可得到模体中的三维剂量分布。采用的剂量测量方法为新型显色薄膜剂量计，二维测量空间分辨率可以达到10微米。多孔板采用高纯铝制成，厚度为5mm，大于2MeV电子在铝中的射程4.5mm。选择低原子序数材料铝做衰减板能够减少电子轰击在金属铝上轫致辐射的产生。表征轫致辐射产生的物理量辐射阻止本领与靶材料的原子序数的平方成正比。2MeV电子在铝中的辐射阻止本领为0.043MeVcm2/g,在铁中的辐射阻止本领本领为0.083MeVcm2/g，比铝大1倍；在铅中的辐射阻止本领为0.23MeVcm2/g，比铝大5倍。铝容易加工微孔，是比较合适的衰减板材料。研究过程1多孔板位置的模拟计算首先采用BEAMnrc结合BEAMdp模拟计算了1.8MeV电子束通过0.05mm加速器出束钛窗以及不同厚度的空气层后能谱的变化，如图1所示。从图1中可以看到，1.8MeV的电子束穿过0.05mm的钛出射窗，能量损失了约0.02MeV。电子穿越空气层时能量也有一定损失，在距出束窗20cm处，电子束能量约为1.745MeV；而在60cm处，电子束能量已减少到约1.685MeV。根据这个计算结果，多孔铝板应该放置到距加速器出射窗尽量近的位置，以减少空气层对电子束能量的衰减。ELV-8II加速器出射窗处有通风冷却装置，多孔铝板距出射窗的最近距离为10cm。因此在以后的模拟计算中多孔铝板距出射钛窗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子加速器，其特征在于：包括电子加速器和设置在加速器出射窗处的金属多孔板；所述多孔板的厚度应比相应能量的电子在该金属中的射程大0.5mm以上；所述多孔板上均布小孔，其孔径为0.8‑1.5mm，孔间距为8‑20mm。

【技术特征摘要】
1.一种实现电子束低注量环境的方法，其特征在于：包括以下步骤：1)根据电子加速器出射电子在金属中的射程，选择比该射程厚至少1mm的金属板；2)在金属板上开均布小孔，形成多孔板；其中小孔的孔径和孔间距按以下方式确定：孔径下限由机械加工难度确定；孔径上限以对电子注量和能谱的影响趋于饱和为限；孔间距的下限由机械加工难度确定；孔间距的上限以对电子注量和能谱的影响趋于饱和为限；3)将多孔板遮挡在距电子加速器出射窗最近距...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭旗，何承发，郭红霞，陈伟，文林，孙静，赵雯，
申请(专利权)人：中国科学院新疆理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：新疆;65