[发明专利]一种空间粒子探测器及其数据采集处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种空间粒子探测器及其数据采集处理方法，属于空间粒子探测技术领域。

背景技术

空间粒子探测器是位于实践十号卫星返回舱内，生物培养皿附近的小型、低功耗、多粒子辐射探测设备。它对空间辐射环境中的占主要成分的质子、α粒子、电子和γ射线的各能段的通量进行统计，从而得到小鼠细胞和果蝇细胞在空间环境中经历的辐射场，对细胞的接受辐射剂量值进行评估。空间粒子探测算法完成对探测器信号数字化的信号进行实时处理，分辨粒子和粒子能量范围，并对其进行统计。

空间辐射探测器主要是为了未来载人空间探测做准备。由于没有地球大气层的保护，宇航员在太空中遭受到的辐射远高于地球表面。空间粒子会对人体造成多种损伤，最为突出的是对遗传物质DNA（基因组）的破坏及由此引起组织、器官和系统的病理状态，包括神经系统、免疫系统和胃肠道系统的损伤和功能丧失，长期效应包括癌症的发生。

而目前，空间粒子辐射的生物学效应研究中最受关注的是高能重离子的生物损伤效应，原因如下：地球大气对空间粒子有很好的屏蔽效应，地面很少出现高能重离子，过去100多年来很少研究其特征和效应（包括生物学效应）；高能重离子可造成集簇DNA损伤，极难修复，因此其生物学效应会比别的射线种类强，其生物剂量效应需要新的评估。考虑到空间辐射中不带电粒子对生物组织也有着一定的影响，因此除了之前广为关注的电子，还应对质子、α粒子和γ射线进行探测。

当前探测粒子常用的探测器有气体探测器、半导体探测器和闪烁体探测器。气体探测器体积较大，一般不应用于航空；闪烁体探测器也常用于粒子探测，其探测器后端需要连接光电倍增管等光收集器件，应用于航天项目常常占用一定空间，往往在高能粒子探测时使用；半导体探测器由于其种类多，体积小，重量轻，探测性能好，是探测器主流类型。半导体探测器材料主要包括硅、锗及化合物（如碲锌镉），结构包括硅锂漂移型、金硅面垒型、高纯锗型、P-I-N型等探测器。

目前空间粒子探测的方案主要包括：

一、吕兑财等的文章“实践八号育种卫星搭载植物种子的空间辐射剂量分析”，核农学报2008,22(1):5～8。实践八号卫星通过核径迹探测装置获取粒子信息。采用的是热释光的方法获取粒子信息。测量装置由覆盖层、CR-39片和LiF片、植物种子及有机玻璃四层叠放组成。对卫星返回后回收的CR-39片，先经化学处理，再对处理过的CR-39片通过“照相定位法”，即将CR-39片与其相对应的彩色影像胶片对位观察来实现径迹与植物种子之间的定位，确定植物种子被空间重离子的击中情况。该方案主要缺点是非实时，卫星在轨飞行过程中可能对种子造成辐射影响的粒子信息，只有在返回地面后才能获取；获取的信息是整个在轨阶段时间内积分的数据。

二、专利申请“用于辐射探测的阵列固体探测器”，公开号：CN101604023。其公开了一种用于辐射探测的阵列固体探测器，包括：检测沿预定方向辐射的射线的多个传感器，所述传感器具有射线入射的端面，和多个第一板，所述多个第一板大体平行设置，形成至少一行空间，所述多个传感器排列在所述空间中，其中所述多个第一板由金属形成。用这种结构形式可以构建任意多列的阵列固体探测器，由此，能够在不牺牲扫描图像的空间分辨率和反差灵敏度的情况下提高大型物体辐射检测速度。其主要缺点为成本高，占用资源多（体积，功耗），不适宜用于空间探测。

三、沙建军等的文章“空间带电粒子能谱和通量分布探测的研究”核科学与工程2002年l2月第22卷第4期：365～369。其采用金硅面垒探测器、CsI闪烁体和改进的快响应电子学系统，设计了一套空间带电粒子谱探测系统，包括望远镜系统和数据的获取及处理系统。根据该空间粒子探测谱仪系统，提出了可同时或分别探测空间带电粒子能谱和通量的方法。可探测粒子的种类和能量分别如下：质子，能量范围为1～200Mev；d粒子，能量范围为1200MeV/u；氧离子，能量范围为1.7～496MeV/u；铁离子，能量范围为2.5MeV1.0Gev/u。其主要缺点为主要探测带电粒子，未探测电子及不带电粒子——γ射线；而且探测能量下限高，采用闪烁体作为量能器件，体积和重量都比较大。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种空间粒子探测器及其数据采集处理方法。本发明为适用于空间粒子探测的小型、低功耗的可靠的探测器；可探测带电粒子：电子、质子、α粒子和不带电粒子：γ射线，可以区分不同粒子并判断其入射能量范围；探测器数据实时处理，实时下传。

本发明的技术方案为：