临近空间大气中子环境的仿真研究！

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1、第+’卷第%期#$$%年%月物理学报MB5*+’，LB*%，ECNOC2PC=，#$$%!$$$/(#%$G#$$%G+（’$%）GFF+%/$FH,DHIJKE@,HE@L@,H!#$$%,947*I9Q<*EB6*"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""临近空间大气中子环境的仿真研究!!）"!）!）!）#）!）#）蔡明辉韩建伟李小银李宏伟张振力!）（中国科学院空间科学与应用研究中心，北京!$$!%$）#）（中国科学院研究生院，北京!$$$&%）（#$$’年%月(日收到；#$$’年!$月)日收到修改稿

2、）以大气模型、宇宙线模型和地磁截止刚度模型为基础，利用蒙特卡罗方法在国内首次建立了临近空间大气中子环境的计算机仿真模型，分别研究了银河宇宙线、太阳宇宙线诱发的大气中子环境分布规律以及地磁场屏蔽作用对大气中子环境的影响*通过与国外相关模型对比，证明本仿真模型是准确、可靠的，对太阳质子事件的详细分析，弥补了国外已有模型中的不足*该模型可用于临近空间大气中子诱发的元器件单粒子效应评估，以及航空机组人员飞行期间所接受的辐射剂量分析*关键词：临近空间，大气中子，单粒子效应，蒙特卡罗!"##：%&$$，%+($,，%+($-的中子强度也会更强*另外，现在飞行器电子系统要!>引言依赖大量的微处理器、存

3、储器、功率器件等，随着器件加工工艺的不断发展，器件单元尺寸不断缩小，工临近空间是指距地面#$—!$$?2的空域，处于作电压不断降低，使得器件抵御单粒子效应的能力现有飞机的最高飞行高度和卫星的最低轨道高度之不断降低*因此，临近空间大气中子诱发元器件发生间*近年来，临近空间以其重要的经济价值、科学开单粒子效应的潜在危害也越来越大*［!］发价值和军事价值，得到了国际上的广泛关注*临临近空间大气中子环境研究是评估中子单粒子近空间飞行器是指只在或能在临近空间作长期、持效应的前提条件，同时也可用于分析航空机组人员飞续飞行的飞行器，例如高空军用飞机、平流层太阳能行期间所接受的辐射剂量*目前，大气中子环

4、境研究无人机、平流层飞艇、自由浮动气球和遥控滑翔飞行主要有飞行实验探测和计算机仿真两种途径*开展大器等*临近空间飞行器具有航空器和航天器所不具气中子探测可以获取准确的中子环境数据，但是成本备的独特优势，例如持续工作时间长、覆盖范围广、较高，往往受到很多条件的限制；计算机仿真则易于生存能力强、机动性好、有效载荷技术难度小、易于实现，并且可以有效弥补中子探测数据不足的缺点，［#］更新和维护等*实现全球大气中子环境的预测，但是计算结果需要与临近空间辐射环境中的大气中子能够诱发器件探测数据进行对比验证*因此，往往需要两种研究手单粒子效应，进而对临近空间飞行器的高效、可靠工段有机的结合起来开展大气

5、中子环境的研究*［(］作构成严重威胁*早在!%’&年，就有学者预言大本文下面主要讲述如何以大气模型、宇宙线模气中子能够诱发电子器件发生单粒子效应*#$世纪型、地磁截止刚度模型为基础，利用蒙特卡罗方法开’$年代末，@A0和ABC478利用高空军用飞机联合开展大气中子环境的计算机仿真研究，并与国外的同展的飞行实验充分证明了大气中子是诱发器件发生类模型进行了对比*［&］单粒子效应的根本原因*目前，国际航空界非常重视大气中子环境及其辐射效应的研究并制定了相关#>计算机仿真模型技术标准，例如@1,DEF##(%和@1,DEF#(%F/!*临近空间飞行器运行高度要比高空飞机更高，遭遇到近年来，计算机

6、仿真成为大气中子研究的重要!中科院科技创新基金（批准号：,.--/$%/0((）资助的课题*"1/2345：63424789:4;6<<3=*36*67000.物理学报/I卷手段之一!随着计算机性能的不断提高和蒙特卡罗地磁场中的传输过程，得到能够穿透地磁场屏蔽作计算方法在核技术研究领域的推广，使得大气中子用进入大气层顶端的原初宇宙线能谱；的产生及其传输过程能够实现计算机的模拟!蒙特$）利用大气模型分析该时间下不同高度的大卡罗方法可以较准确地分析临近空间任何时间、任气密度以及不同核素的数密度，建立几何模型；何位置的中子通量，与大气中子飞行实验探测相比%）利用步骤#）和$）的计算结果编写蒙特

7、卡罗具有独特的优越性!模拟程序，模拟宇宙线和大气成分发生核反应的过临近空间大气中子是原初宇宙射线与地球大气程，并记录大气中子环境的分布规律!中的氧、氮等核素发生核反应生成的次级粒子!计算下面将分别介绍计算中采用的相关物理模型!机仿真模型的基本结构如图"所示!!"#"大气模型［/，0］大气模型&’()*+*,-..（1*&2324’5652789(2:;72<;7=)266*>58<7;?5<572@A+@8;9575@<*82<<5