空间高能电子束流强度精确测定方法研究
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摘要
空间高能电子会对卫星外壳材料进行表面和深层充电,从而破坏卫星表面和内部的仪器,会对航天器的空间飞行产生致命的危害,如何最大程度地屏蔽高能电子在航天器表面的充放电效应是保障航天器安全飞行的必要手段。然而,电子束流强度的精确测定由于受空间环境的复杂性影响一直面临着很大的困难,这将是目前需要解决的一个重要课题。
本研究基于对地面电子束流强度的测定,提出了通过测定散射电子流强从而得到入射流强的方法。以理论计算为基础,完成了散射膜制作及厚度测量、固定角度法拉第筒、弱束流积分器和位置灵敏微通道板探测器的研制。本工作首先从理论上分析了电子在固体膜散射方法的可行性,根据理论计算的结果建立了强束测量的法拉第筒结合弱束流积分装置,并建立了弱束流测量的环形位置灵敏探测装置。利用强流质子束,对散射膜+固定角度套筒式法拉弟筒+弱束流积分器强束流在线测量系统进行了测试,以及利用弱流质子束,对散射膜+位置灵敏微通道板探测器弱束流在线测量系统进行了测试。测试结果验证了我们设计的正确性,期间仪器运行稳定,达到了设计要求。同时也证明了我们实验方案的可行性,这对我们下一步的工作,即采用电子束来实验打下了坚实的基础。
Space high energy electron can destroy inner and surface instruments of satellite by surface and inner charge to crust material. So it is necessary to do our best to take measures to prevent the spaceship from the charge or discharge effect resulting in the damage to crust material. However, it is difficult to measure the low beam intensity of electron in outer space, so far. Therefore, new metheds or novel equipments are required for this purpose.
Based on theoretical estimation, this report provides an experimental method in Lab to measure the beam intensity of electron on line. First, special F-cup combined with current integeter has been set up for strong current beam measurement. In order to measure low current ion beam, a ring shape position-sensitive detector has also been built. Secondly, the scattering film is prepared and the thickness is determined by RBS. And then, these have been tested using H+beam online successfully. Thus we can conclude that this scattering method is feasible. It is a good milestone for further studies using electron beam in the near future.
本研究基于对地面电子束流强度的测定,提出了通过测定散射电子流强从而得到入射流强的方法。以理论计算为基础,完成了散射膜制作及厚度测量、固定角度法拉第筒、弱束流积分器和位置灵敏微通道板探测器的研制。本工作首先从理论上分析了电子在固体膜散射方法的可行性,根据理论计算的结果建立了强束测量的法拉第筒结合弱束流积分装置,并建立了弱束流测量的环形位置灵敏探测装置。利用强流质子束,对散射膜+固定角度套筒式法拉弟筒+弱束流积分器强束流在线测量系统进行了测试,以及利用弱流质子束,对散射膜+位置灵敏微通道板探测器弱束流在线测量系统进行了测试。测试结果验证了我们设计的正确性,期间仪器运行稳定,达到了设计要求。同时也证明了我们实验方案的可行性,这对我们下一步的工作,即采用电子束来实验打下了坚实的基础。
Space high energy electron can destroy inner and surface instruments of satellite by surface and inner charge to crust material. So it is necessary to do our best to take measures to prevent the spaceship from the charge or discharge effect resulting in the damage to crust material. However, it is difficult to measure the low beam intensity of electron in outer space, so far. Therefore, new metheds or novel equipments are required for this purpose.
Based on theoretical estimation, this report provides an experimental method in Lab to measure the beam intensity of electron on line. First, special F-cup combined with current integeter has been set up for strong current beam measurement. In order to measure low current ion beam, a ring shape position-sensitive detector has also been built. Secondly, the scattering film is prepared and the thickness is determined by RBS. And then, these have been tested using H+beam online successfully. Thus we can conclude that this scattering method is feasible. It is a good milestone for further studies using electron beam in the near future.
引文
[1]乌江,白婧婧,沈宾,郑晓泉航天器介质内电场形成机理与防护方法分析导弹与航天运载技术,2009年第5期
[2]卢榆孙 航天器·空间环境与电和磁中原工学院学报,2003.8第13卷S1期
[3]叶宗海空间环境对航天活动的影响,载人航天,1997(1)；52-60
[4]叶宗海等,单粒子事件的综合研究,载人航天,2002(2)；12-26
[5]韩建伟,叶宗海,质子诱发的单粒子翻转估算的研究,空间科学学报,1999,19(3),266-271
[6]韩建伟、叶宗海、林云龙等,航天器微电子器件单粒子效应地面模拟研究,863航天技术通讯,2000,159(12)：1-11
[7]叶宗海,空间粒子辐射探测技术,1986年,科学出版社
[8]中国科学院空间科学与应用研究中心.宇航空间环境手册[M].北京：中国科学技术出版社,2000.
[9]叶宗海 孙越强 关于高能带电粒子的屏蔽防护问题中国科：学院空间科学与应用研究中心
[10]朱光武,李保权 空间环境对航天器的影响及其对策研究上海航天2002年第5期
[11]Holmes-Siedle, A The space Charge Dosimeter, Nucl. Inst. Meth, 1974(121)169-179
[12]L. Scheick etal, Dosimetry based on the erasure of the floating gates in the natural radiation environments in space, IEEE Trans, Nucl. Sci., 1998,45(6),2681-2688
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[16]马亚莉,王立等 空间电荷测量技术在卫星内带电分析中的应用真空与低温2007年6月第13期
[17]姜春华,赵正予航天器表面充电的数值模拟,航天器环境工程,2008年4月第25卷第2期
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[19]龚斌,古士芬,黄文耿.控制航天器充电水平的计算机模拟研究[J].空间科学学报,2001,21(1)：55-60
[20]黄建国,陈东,师立勤.卫星介质深层充电中的主要物理问题.中国科学院空间科学与应用研究中心.空闻科学学报.VOl.24, No.5, Sept,2004
[21]赵雪,蔡震波.空间环境与卫星在轨异常分析.中国空间技术研究院总体部.
[22]John Sorensen, etc. ESA'S Tools for Internal Charging. IEEE Voi.47, No.3, June 2000
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[8]牛丽红,冯玉春,阔晓梅,王云程,光学技术,32,354(2007)
[9]Charles P. Beetz, Robert Boerstler, John Steinbeck, Bryan Lemieux, David R. Winn,, Nucl. Instr. and Meth. A 442 (2000) 443