[发明专利]获得地面模拟空间电子能谱的方法

说明书

本发明公开了一种获得地面模拟空间电子能谱的方法，将一定能量的电子束流入射到第一金属薄层进行一次散射，在能量衰减并穿透的同时，在二维方向上形成散射的能谱分布，通过第一挡板遮挡形成散射区域以使散射区域又形成不同能量的电子辐射源，再在散射区域设置一定厚度设计的第二金属薄层进行二次散射后，第二金属层外围通过第二挡板遮挡掉部分散射，在二次散射后面设置的辐射靶表面上获得具有较好均匀性的电子能谱分布。本发明的方法利用单一能量的电子，获得了近似于空间的电子能谱分布。本发明克服了空间电子辐射效应地面模拟试验中，由于无法实现电子辐射的能谱分布，而只能利用剂量深度分布方法或通量等效法等效应等效方法的不足。

技术领域

本发明属于空间环境地面模拟试验技术领域，具体涉及一种获得地面模 拟空间电子能谱的方法。

背景技术

空间辐射环境是引起航天器材料和器件性能退化甚至失效的主要环境 因素，可引起单粒子效应、总剂量效应、表面充放电效应、内带电效应和位 移损伤效应等。空间粒子辐射环境主要包括星体诱捕辐射带、太阳宇宙射线、 银河宇宙射线、中子等，其主要成分为电子和质子。而空间的电子则为能谱 分布，即随着电子能量的变化，其通量发生变化。通常随着电子能量的升高， 其通量降低。

就剂量深度分布而言，带电粒子穿过物质时，通过各种相互作用过程逐 渐损失能量，直至最后能量全部损失而被物质吸收或穿透物质，以阻止本领 来表示带电粒子在材料中能量的损失。

其中，对于能量为E₁₀的质子入射靶材，在靶中沿深度累积能量。能量为 E(E≤E₁₀)的质子的深度为：

d(E)＝R(E₁₀)-R(E) (A.1)

式中：R(E₁₀)——能量为E₁₀的质子的射程；

R(E)——能量为E的质子的射程。

由此可以计算得到质子在材料中的剂量和深度分布对应关系。

对电子辐射，先计算出带电粒子在材料中的阻止截面(Cross Section)， 然后再计算出归一化到单个入射粒子的单位厚度内的能量沉积量，假设为Pe。 则由下式可计算出电子在材料中的吸收剂量为：

D_e＝P_e×Φ_e×1.6×10^-8 (A.2)

其中：De——电子吸收剂量，rad；

Pe——归一化的单位厚度内的能量沉积，MeV·cm²/(g·粒子)；

Фe——电子注量，e/cm²。

由此计算得到电子在材料中的剂量深度分布。

由于在空间带电粒子是一个能谱分布，而在地面进行模拟试验时，不可 能模拟出空间多能谱粒子的真实情况，因此，一方面这将极大地增加设备的 复杂性和制造成本，另一方面也没有必要。空间轨道上带电粒子辐射到材料 上，在材料中形成一定的剂量-深度分布，材料的性能退化实际上是由于带电 粒子的能量在材料中沉积所造成的，地面模拟试验时，就可以用一定能量的 带电粒子拟合空间的剂量深度分布，从材料的退化效应角度来考虑与空间退 化的等效性。

因此，评价航天器材料在空间某轨道寿命期间的性能退化效应，可采用 剂量深度分布法，其主要步骤如下：

1)航天器任务分析与轨道环境分析

由航天器的轨道和寿命周期，分析计算航天器所在轨道的电子、质子能 谱分布和电磁辐射环境。

2)轨道电子、质子辐射在材料中的剂量深度分布