一种在轨粒子探测与单粒子效应监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种在轨粒子探测与单粒子效应监测系统，将空间辐射环境探测与辐射效应监测模块集成至同一个系统中，能够在轨监测单粒子效应的同时，获取有可能诱发此单粒子效应的粒子信息(包括能量、种类及LET值等)，这对于单粒子效应产生机理研究具有重要的意义；采用多功能一体化设计，既满足了多类粒子探测需求，又可以进行辐射效应监测，有助于航天器轻小型化设计需求。

【技术实现步骤摘要】
一种在轨粒子探测与单粒子效应监测系统
本专利技术属于空间辐射环境探测
，具体涉及一种在轨粒子探测与单粒子效应监测系统。
技术介绍
空间辐射环境是引起航天器材料、元器件等性能退化甚至失效的主要环境因素。其中高能带电粒子在器件的灵敏区内产生大量的带电粒子，诱发单粒子效应，从而引起元器件单粒子翻转、单粒子瞬态、单粒子锁定甚至单粒子烧毁等现象，威胁着航天器在轨安全、可靠运行。空间环境研究是辐射效应研究的基础。目前，空间带电粒子探测的基本原理是依据带电粒子与物质原子的电离或激发作用进行间接探测。基本流程为：入射带电粒子与探测器物质相互作用；电离能量损失ΔE(直接产生电信号或光信号；电脉冲信号；信号幅度测量；从测量值判断入射物理量的值。单粒子效应研究主要通过模拟仿真、辐照试验等方法，通常在地面实验室中开展。实际上，空间环境非常复杂，地面实验室条件与空间辐射环境差别巨大，很难模拟实际空间环境。因此，在轨飞行试验是研究空间环境及其辐射效应对航天器材料、元器件性能退化的最好方法。然而，目前粒子探测与单粒子效应在轨试验，二者多是分立的，难以将空间高能粒子信息与单粒子效应对应起来。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种在轨粒子探测与单粒子效应监测系统，能够在轨监测单粒子效应的同时，获取有可能诱发此单粒子效应的粒子信息。一种在轨粒子探测及单粒子效应监测系统，从上至下依次包括铝膜(1)、第一硅半导体传感器(2)、单粒子效应监测模块(3)、第二硅半导体传感器(4)以及碘化铯闪烁体探测器(5)。较佳的，所述单粒子效应监测模块(3)中被测器件的敏感区域与所述第一硅半导体传感器(2)的敏感区域对齐。较佳的，所述第一硅半导体传感器(2)的厚度尽量薄。本专利技术具有如下有益效果：1)、该系统将空间辐射环境探测与辐射效应监测模块集成至同一个系统中，能够在轨监测单粒子效应的同时，获取有可能诱发此单粒子效应的粒子信息(包括能量、种类及LET值等)，这对于单粒子效应产生机理研究具有重要的意义；2)、传统探测器的探测对象一般比较单一，即使探测对象多种，也一般采用多组探头，不同对象由不同探头探测，这样大大增加了探测器体积和重量。采用多功能一体化设计，既满足了多类粒子探测需求，又可以进行辐射效应监测，有助于航天器轻小型化设计需求。附图说明图1为本专利技术的在轨粒子探测与单粒子效应监测系统结构示意图；其中，1-铝膜，2-第一硅半导体探测器，3-单粒子效应监测模块4-第二硅半导体探测器，5-碘化铯闪烁体探测器。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。针对空间粒子探测与单粒子效应监测一体化需求，本专利技术提出了一种用于在轨粒子探测与单粒子效应监测系统。本专利技术通过硅半导体探测器、闪烁体探测器与单粒子效应监测模块集成化设计，解决了目前在轨单粒子效应试验中无法较准确获取诱发此效应的粒子信息的问题，能够为单粒子效应研究提供重要的在轨实测数据，对航天器抗辐射加固技术研究具有重要意义。同时，多功能一体化设计，减小了设备所占的体积和重量，有助于航天器轻小型化设计需求。如图1所示，本专利技术的在轨粒子探测及单粒子效应监测系统从上至下依次包括铝膜1、第一硅半导体传感器2、单粒子效应监测模块3、第二硅半导体传感器4以及碘化铯闪烁体探测器5。当带电粒子入射至物质中，由于与物质原子的轨道电子发生库伦作用，损失掉自己的部分能量，使物质原子激发或电离，粒子将损失其能量，可公式表示为：其中M为入射粒子的质量数，Z为吸收物质的原子序数，k′为常数，因此，在选定的能量范围内，某种特定的带电粒子入射至探测器中后，其ΔE·E∝MZ2，即只要探测到带电粒子总能量E和ΔE，就可计算得到MZ2。高能粒子鉴别方法通常采用望远镜探测系统，即，ΔE-E探测器，一般由两个或多个探测器组合构成测量系统，利用不同带电粒子在探测器中的能量损失率不同进行粒子成分鉴别。我们采用半导体探测器与碘化铯闪烁体探测器5组合进行空间带电粒子探测，并且在此探测系统中集成单粒子效应监测模块3，实现空间带电粒子探测，以及单粒子效应监测一体化设计。其中铝膜1用于阻挡空间中通量较高的低能电子和质子，第一硅半导体传感器2用于测量粒子的沉积能量ΔE，为更好的监测单粒子效应，第一硅传感器厚度尽量薄，降低粒子在其中的能损。第二硅半导体探测器4和碘化铯闪烁体探测器5用于入射粒子总能量E的测量，单粒子效应监测模块3用于实时监测是否发生了单粒子效应。单粒子效应监测模块置于第一硅半导体传感器2之后，其中单粒子效应敏感区域尽量与硅半导体敏感区域对齐。整个系统工作原理为：在探测器视场范围内入射的粒子，当其能量足够大时，粒子将依次穿越铝膜1、第一硅传感器2、单粒子效应监测模块3、第二硅传感器4、碘化铯闪烁体探测器5。入射粒子首先在铝膜中沉积一部分能量；然后根据第一硅传感器2中的触发信号进行ΔE测量；粒子穿透第一片硅传感器后，入射至单粒子效应监测模块3，将可能诱发单粒子效应，该模块进行单粒子效应的实时监测和记录；该如果粒子能量足够大，穿透单粒子效应监测模块后将入射至第二片硅半导体传感器，第二片硅传感器4和碘化铯闪烁体探测器5使入射粒子能量最终完全沉积，单粒子效应监测模块3用于监测入射粒子是否诱发了单粒子效应。通过仿真可以估算粒子在单粒子效应监测模块3中的能损，以及根据粒子在硅传感器2、4和碘化铯探测器5中的沉积能量测量值，可估算入射粒子总能量E。此外，利用ΔE-E方法，可获取粒子的种类，LET值等信息。在上述过程中，探测器中的单粒子效应模块3监测并记录是否发生了单粒子效应，同时探测器记录到了入射粒子的信息(能量、成分等)，在轨数据对于研究空间带电粒子诱发单粒子效应特性具有重要意义。根据上述说明，通过变动半导体探测器、闪烁体探测器厚度可进行不同能量范围的带电粒子及其辐射环境探测研究。此外，将单粒子效应监测模块替换为其它辐射效应模块(如充放电效应)，可进行充放电效应在轨试验研究。其它相关的变动在此不一一列举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利技术创造的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在轨粒子探测及单粒子效应监测系统，其特征在于，从上至下依次包括铝膜(1)、第一硅半导体传感器(2)、单粒子效应监测模块(3)、第二硅半导体传感器(4)以及碘化铯闪烁体探测器(5)。

【技术特征摘要】
1.一种在轨粒子探测及单粒子效应监测系统，其特征在于，从上至下依次包括铝膜(1)、第一硅半导体传感器(2)、单粒子效应监测模块(3)、第二硅半导体传感器(4)以及碘化铯闪烁体探测器(5)。2.如权利要求1所述的一种在轨粒子探测及单粒子...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖婷，刘金胜，王博，潘睿元，郝晓云，邵思霈，
申请(专利权)人：山东航天电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37