[发明专利]一种近地空间多能段中子辐射环境模拟系统和方法

说明书

本发明公开了一种近地空间多能段中子辐射环境模拟系统和方法。该系统包括：小型化中子源、中子慢化体阵列、控制驱动单元、运动执行单元和中子能量及流强探测单元。本发明通过可移动的中子慢化体阵列将小型化中子源产生的快中子束流慢化到多个能量段，满足近地空间多能段中子辐射环境模拟需求。实现了在占地面积有限的实验室环境下，以相对较低的建设和使用成本实现多能段中子辐射环境模拟，开展近地空间大气宽能段中子辐射环境地面等效模拟实验。

技术领域

本发明涉及空间环境天地等效性试验、仿真技术领域，特别涉及一种近地空间多能段中子辐射环境模拟系统和方法。

背景技术

近地空间大气中子可以诱发飞行器电子设备的多种辐射效应，包括但不限于单粒子效应、位移损伤和总剂量效应，其中最主要的是单粒子效应。这种效应会造成飞行器中的存储器单粒子翻转(SEU)、功率场效应管单粒子烧毁(SEB)和CMOS器件的单粒子锁定(SEL)等严重后果。近地空间大气中的热中子，是诱导单粒子翻转的主要原因。

开展中子诱发单粒子效应实验是预防危害性后果，提升飞行器安全性和可靠性的必要措施。现有的实验途径主要有实际飞行实验和地面等效模拟实验两种途径。其中实际飞行实验虽然更为直接且准确，但是实验成本太高；地面等效模拟实验的难点和关键问题是设计和实现与近地空间大气宽能段中子辐射环境近似的中子辐射环境模拟系统。目前，用于模拟中子辐射环境的方法有散列中子源、裂变反应堆中子源、加速器单能中子源、放射性同位素中子源和中子管等，其中散列中子源可以获得与近地空间大气宽能段中子辐射环境近似的中子能谱。为了获取各种飞行器常用电子器件对中子辐射的响应数据，科研和工程机构需要开展大量的地面模拟实验，但是散列中子源、裂变反应堆中子源等属于国家级的大科学工程，体积巨大，造价和使用成本高昂；加速器单能中子源、放射性同位素中子源和中子管等中子能谱单一，与实际近地空间大气中子环境差异较大。

发明内容

本发明提出了一种近地空间多能段中子辐射环境模拟系统和方法，可以在占地面积有限的实验室环境下，以相对较低的建设和使用成本实现多能段中子辐射环境模拟。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

根据本发明实施例的第一个方面，提供了一种近地空间多能段中子辐射环境模拟系统，该系统包括：

小型化中子源，用于产生快中子束流；

中子慢化体阵列，用于将小型化中子源产生的快中子束流慢化到设定的能量段；

控制驱动单元，用于控制驱动小型化中子源产生设定流强的快中子束流和控制中子慢化体阵列的位置；

运动执行单元，用于接收控制驱动单元信号，并驱动中子慢化体阵列移动；

中子能量及流强探测单元，用于探测出射多能段中子束流的能量和流强，并将信息反馈给控制驱动单元。

作为一种可选的实施方式，本发明中，所述小型化中子源为氘氚中子管、自密封中子管、放射性同位素中子源。

作为一种可选的实施方式，本发明中，所述中子慢化体阵列为重水或聚乙烯或铅。

作为一种可选的实施方式，本发明中，所述控制驱动单元包括控制计算机和高压电源。

作为一种可选的实施方式，本发明中，所述运动执行单元由电控平移台、电控升降台和电控转台组成。

作为一种可选的实施方式，本发明中，所述中子能量及流强探测单元包括中子探测器和信号输出部件。

作为一种可选的实施方式，本发明中，所述控制驱动单元通过第一数据线与小型化中子源和运动执行单元相连，所述运动执行单元通过第二数据线和机械接口与中子慢化体阵列相连，所述中子能量及流强探测单元通过第三数据线与控制驱动单元相连。