一种宽量程小型化空间质子探测器及探测方法技术

本发明专利技术涉及空间辐射环境探测技术领域，尤其涉及一种宽量程小型化空间质子探测器及探测方法，包括低能探测区和高能探测区，其中：低能探测区用于探测鉴别中能质子，设置有石墨烯薄膜、微通道板以及第一探测器，高能探测区用于探测鉴别高能质子，设置有第二探测器、Ta降能片以及第三探测器；第一探测器、第二探测器、Ta降能片以及第三探测器由薄到厚依次排列，本发明专利技术通过石墨烯薄膜+硅半导体的方法对低能段的中能质子进行探测鉴别，通过硅半导体+Ta降能片+闪烁晶体构成的望远镜式探测方法对高能段的高能质子进行探测鉴别，测量范围大，测量量程宽，同时减小了探测器的尺寸，实现了探测器小型化的设计，可以满足军星搭载以及微纳卫星的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种宽量程小型化空间质子探测器及探测方法
本专利技术涉及空间辐射环境探测
，尤其涉及一种宽量程小型化空间质子探测器及探测方法。
技术介绍
空间辐射环境是影响航天器在轨安全运行的主要因素，空间辐射环境的准确探测也是空间态势感知、空间天气预告的前提。空间辐射环境主要包括质子、电子以及重离子等，其中的质子主要分布在地球内辐射带，能量主要在50KeV-150MeV的大动态范围内。这些粒子的存在会给航天器和卫星带来电离总剂量、单粒子效应等辐射危害，严重影响航天器在轨性能和安全运行。通过准确探测空间辐射粒子能够为灾害性事件研究和早期的警报提供重要技术支撑，也可为航天器的安全保障提供服务，还能为空间科学研究提供重要的输入数据。国外在粒子探测技术方面，正朝着具有多粒子探测、多信息探测、粒子种类鉴别能力的复合探测器方向发展；同时，也逐渐发展为小型化、低功耗的统配性载荷。与国外同类型探测器相比，虽然目前的中高能质子测量技术已相对成熟，但我国研制的探测器和电路复杂，探测器体积较大，功耗偏大，卫星无法提供足够的资源。随着我国航天事业的飞速发展，导航卫星、高分辨率对地观测卫星、新型侦查卫星、新型通讯卫星等军事需求日益增多，而且空间任务的要求也日益复杂，航天器的系统功能不断拓展。与此同时随着微纳卫星/星座卫星技术的不断成熟，微纳卫星需要具有的小型化、低成本、高性能、高灵活性等性能，这些都迫使其有效载荷也需要满足低成本、小型化、高可靠的应用发展需求，另一方面，目前的质子探测器多为单方向、窄量程测量，测量范围不能覆盖空间环境的中高能量段的质子。因此，需要发展小型化、高集成度的中高能质子探测技术，降低质量和功耗，减少平台资源开销，更好的适应未来的搭载需求。针对50KeV-150MeV的中高能质子，测量范围大，且由于中能质子和高能质子同时存在，用传统的硅半导体望远镜系统无法实现小型化、低功耗的设计需求。因此需要采用分段设计、综合测量的设计方法，将需探测的50KeV-150MeV的中高能质子分段为低能段和高能段，低能段的能量范围为50KeV-2MeV，而高能段的为2MeV-150MeV。为此，设计了基于纳米石墨烯薄膜加硅半导体、硅半导体望远镜方式相结合的探测器和探测方法，实现宽量程、小型化、集约化设计，以满足军星搭载以及微纳卫星的需求。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种宽量程小型化空间质子探测器及探测方法，将中高能质子进行分段探测，实现宽量程、小型化、集约化的探测需求。本专利技术公开的一种宽量程小型化空间质子探测器，包括低能探测区和高能探测区，其中：低能探测区用于探测鉴别中能质子，设置有石墨烯薄膜、微通道板以及第一探测器，第一探测器设置在石墨烯薄膜的一侧，射入的中能质子穿过石墨烯薄膜，射到第一探测器上；高能探测区用于探测鉴别高能质子，设置有第二探测器、Ta降能片以及第三探测器；第一探测器、第二探测器、Ta降能片以及第三探测器由薄到厚依次排列，射入的高能质子依次穿过石墨烯薄膜、第一探测器、第二探测器、Ta降能片，射到第三探测器上。进一步的，中能质子的能量为50KeV-2MeV。进一步的，高能质子的能量为2MeV-150MeV。进一步的，第一探测器和第二探测器均为Si半导体探测器。进一步的，第一探测器的厚度小于30um，第二探测器的厚度为250um-350um。进一步的，第三探测器为BGO闪烁晶体探测器，第三探测器的厚度为1.5cm-2.5cm。进一步的，Ta降能片的厚度为8-12mm。本专利技术还公开了一种空间质子探测方法，该方法应用于上述宽量程小型化空间质子探测器中，该方法包括：步骤一：将需探测的中高能质子通过石墨烯薄膜射入宽量程小型化空间质子探测器中；步骤二：探测鉴别中能质子，中能质子在低能探测区飞行，通过微通道板和第一探测器探测鉴别中能质子；步骤三：探测鉴别高能质子，高能质子会穿过低能探测区，在高能探测区飞行，通过第一探测器、第二探测器和第三探测器探测鉴别高能质子。进一步的，在步骤二探测鉴别中能质子时，通过微通道板记录中能质子穿过石墨烯薄膜的初始时间，通过第一探测器记录中能质子到达的终止时间和中能质子的能量，通过计算可以得到中能质子的飞行时间，将中能质子的能量和中能质子的飞行时间相结合，计算得出中能质子的质量数，实现对中能质子的探测鉴别。进一步的，在步骤三探测鉴别高能质子时，通过第一探测器记录高能质子的沉积能量ΔE1，通过第二探测器记录高能质子的沉积能量ΔE2，通过Ta降能片降低高能质子的能量，通过第三探测器记录高能质子的沉积能量ΔE3，根据沉积能量计算公式实现对高能质子的探测鉴别。本专利技术提供的一种宽量程小型化空间质子探测器及探测方法，具有以下有益效果：本专利技术提供的宽量程小型化空间质子探测器通过石墨烯薄膜+硅半导体的方法对低能段的中能质子进行探测鉴别，通过硅半导体+Ta降能片+闪烁晶体构成的望远镜式探测方法对高能段的高能质子进行探测鉴别，实现了对能量为50KeV-150MeV的中高能质子的探测鉴别，测量范围大，并且内部的探测器可以进行共享，实现了探测器集约化的设计，此外通过添加Ta降能片的方式，一方面增大了探测器的动态范围，另一方面减小了探测器的尺寸，实现了探测器小型化的设计，可以满足军星搭载以及微纳卫星的需求。附图说明为了更清楚的说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。图1为本专利技术实施例的宽量程小型化空间质子探测器的示意图。图中：1-低能探测区、11-石墨烯薄膜、12-微通道板、13-第一探测器、2-高能探测区、21-第二探测器、22-Ta降能片、23-第三探测器。具体实施方式下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术公开的种宽量程小型化空间质子探测器，包括低能探测区1和高能探测区2，其中：低能探测区1用于探测鉴别中能质子，设置有石墨烯薄膜11、微通道板12以及第一探测器12，第一探测器12设置在石墨烯薄膜11的一侧，射入的中能质子穿过石墨烯薄膜11，射到第一探测器12上；高能探测区2用于探测鉴别高能质子，设置有第二探测器21、Ta降能片22以及第三探测器23；第一探测器12、第二探测器21、Ta降能片22以及第三探测器23由薄到厚依次排列，射入的高能质子依次穿过石墨烯薄膜11、第一探测器12、第二探测器21、Ta降能片22，射到第三探测器23上。具体的，本专利技术实施例提供的宽量程小型化空间质子探测器采用分段探测，综合测量的探测方式对空间辐射环境中的中高能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽量程小型化空间质子探测器，其特征在于，包括低能探测区和高能探测区，其中：/n所述低能探测区用于探测鉴别中能质子，设置有石墨烯薄膜、微通道板以及第一探测器，所述第一探测器设置在所述石墨烯薄膜的一侧，射入的中能质子穿过所述石墨烯薄膜，射到所述第一探测器上；/n所述高能探测区用于探测鉴别高能质子，设置有第二探测器、Ta降能片以及第三探测器；/n所述第一探测器、所述第二探测器、所述Ta降能片以及所述第三探测器由薄到厚依次排列，射入的高能质子依次穿过所述石墨烯薄膜、所述第一探测器、所述第二探测器、Ta降能片，射到所述第三探测器上。/n

【技术特征摘要】
1.一种宽量程小型化空间质子探测器，其特征在于，包括低能探测区和高能探测区，其中：
所述低能探测区用于探测鉴别中能质子，设置有石墨烯薄膜、微通道板以及第一探测器，所述第一探测器设置在所述石墨烯薄膜的一侧，射入的中能质子穿过所述石墨烯薄膜，射到所述第一探测器上；
所述高能探测区用于探测鉴别高能质子，设置有第二探测器、Ta降能片以及第三探测器；
所述第一探测器、所述第二探测器、所述Ta降能片以及所述第三探测器由薄到厚依次排列，射入的高能质子依次穿过所述石墨烯薄膜、所述第一探测器、所述第二探测器、Ta降能片，射到所述第三探测器上。


2.根据权利要求1所述的宽量程小型化空间质子探测器，其特征在于，所述中能质子的能量为50KeV-2MeV。


3.根据权利要求1所述的宽量程小型化空间质子探测器，其特征在于，所述高能质子的能量为2MeV-150MeV。


4.根据权利要求1所述的宽量程小型化空间质子探测器，其特征在于，所述第一探测器和所述第二探测器均为Si半导体探测器。


5.根据权利要求4所述的宽量程小型化空间质子探测器，其特征在于，所述第一探测器的厚度小于30um，所述第二探测器的厚度为250um-350um。


6.根据权利要求1所述的宽量程小型化空间质子探测器，其特征在于，所述第三探测器为BGO闪烁晶体探测器，所述第三探测器的厚度为1.5cm-2.5cm。
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【专利技术属性】
技术研发人员：张晨光，安恒，李得天，王鷁，张剑锋，文轩，李存惠，杨生胜，秦晓刚，曹洲，
申请(专利权)人：兰州空间技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃;62