[发明专利]一种宽量程小型化空间质子探测器及探测方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

为了解决上述问题，本发明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。

本发明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。