[发明专利]一种小型化全向空间粒子探测器

说明书

本发明提供了一种小型化全向空间粒子探测器，正立方体结构六个面的每一面上均布置一套望远镜探测单元，六个面的望远镜探测单元组合，对空间粒子进行近似4π全向探测；所述每一面的望远镜探测单元由一块或多块较薄的半导体探测器和正立方体闪烁晶体探测器组成：所述正立方体闪烁晶体探测器位于正立方体全向粒子探测器中心，被全向探测器六个面的望远镜探测单元所共享。该发明可对空间粒子进行全向探测，能够测量粒子能谱，辨别带电粒子种类，适用于地球空间以及深空、小行星等辐射环境监测，安装于航天器内部可实时获取航天器受到的空间各方向的辐射信息。

技术领域

本发明属于空间粒子探测技术领域，具体涉及一种小型化全向空间粒子探测器。

背景技术

地球空间环境的高能粒子具有很明显的各向异性分布特征，低轨卫星不同方向的辐射强度差异很大。另外在深空探测及小行星探测中，对航天器受到的辐射进行不同方向的测量，获取全方位的辐射环境信息至关重要。目前我国卫星的抗辐射加固设计采用全向的辐射带模型和部分探测结果，由于缺乏粒子的方向性信息，卫星布局设计和屏蔽设计时并没有考虑空间辐射的方向性。抗辐射加固设计不能做到有的放矢，不能使屏蔽效能最大化。

当前我国对空间粒子探测载荷的设计方案主要为单向探测，方向探测较少，仅二期载人航天的带电粒子辐射探测器具有方向探测能力。该带电粒子辐射探测器包括能段测量和16个方向的通量测量两个部分。用于粒子方向探测的探头由16片离子注入型硅半导体探测器组成，排成4排，交错排列，对空间1．5MeV-200MeV质子和≥200keV电子进行探测，每片探测器探测视场为15°，间隔11.25°，可以买现2π空间的高能电子、质子通量测量。通过探测数据反演，得到4π空间的粒子全向分布信息。该方向探测探头仅能进行通量测量，不能实时给出全向空间粒子的能谱信息。高能电子和质子能段测量探头分别由3片离子注入型半导体探测器组成望远镜探测系统。其电子探测能量范围为0.2-1.5MeV、＞1.5MeV，为8道能谱，探测视场为30°；质子探测能量范围为2.5-150MeV、＞150MeV，为7道能谱，探测视场为40°。能段测量探头的探测方向垂直于方向探头扇面，对空间电子和质子进行单向能谱测量。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种小型化全向空间粒子探测器，可以实现空间粒子的实时全方向能谱测量，且具有小型化特点。

一种全向空间粒子探测器，包括中央处理电路和六套望远镜探测单元；六套望远镜探测单元共用一个正六面体结构的E探测器，每套望远镜探测单元还包括至少一层△E探测器；六套望远镜探测单元中的△E探测器与E探测器的六个敏感面一一对应，各层△E探测器排列在E探测器对应敏感面的外侧；△E探测器用来获取入射粒子穿过该△E探测器时在其中沉积的能量，E探测器用来获取入射粒子穿过最后一层△E探测器后的剩余能量；

所述中央处理电路接收各个△E探测器以及E探测器获取的能量信号，同时还记录信号到达时间；根据各探测器信号到达时间区分入射到一个望远镜探测单元的单个粒子；再根据该粒子入射到△E探测器的沉积能量和入射到E探测器的剩余能量，区分该入射粒子的种类和入射能量。

进一步的，所述中央处理电路根据该入射粒子进入的望远镜探测单元，粗略给出粒子入射方向。

进一步的，还包括空心正方体框架（4），内部用于安装E探测器，每个面上均设置有开孔，作为该面对应的望远镜探测器中各层△E探测器的探测窗口。

较佳的，述△E探测器为半导体探测器。

较佳的，所述△E探测器为离子注入型Si、Si-PIN、或金硅面垒半导体探测器。

较佳的，所述E探测器采用无机闪烁晶体探测器。

较佳的，所述无机闪烁晶体探测器对闪烁荧光的光电转换通过光二极管PD、雪崩型光二极管APD或硅光电倍增管SiPM实现。

较佳的，所述每套望远镜探测单元的探测器分别由薄及厚的排列在E探测器对应敏感面的外侧。