航天器舱内中子辐射探测技术

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1、第27卷第5期航天器环境工程201O勺il0月SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING595航天器舱内中子辐射探测技术高欣，杨生胜(兰州物理研究所真空低温技术与物理国家级重点实验室，兰州730000)摘要：航天器舱内中子对于舱内电子设备和人员安全都存在潜在的巨大威胁，中子探测对于改进航天器防护层的设计，保护设备与人员安全都具有重要的意义。然而舱内中子辐射环境复杂，中子探测会受到带电粒子的干扰。文章主要调研了国外中子辐射环境及其效应探测载荷技术的发展现状，并对国外典型的中子辐射环境探测器的技术特点进行了总结。结合

2、国外中子探测技术发展动态和我国的技术状况，对我国进一步发展载入航天器舱内中子辐射环境探测技术提出了建议。关键词：空间环境；中子探测；有效载荷中图分类号：V520．6；TL816+．3文献标识码：A文章编号：1673-1379(2010)05-0595-05DOh10．3969／j．issn．1673·1379．2010．05．010O引言中子是不带电的粒子，是航天器舱内的重要辐射因素。为了提高航天器对空间环境的适应能力及生存能力，各航天大国都非常重视航天器舱内中子辐射环境的监测及其效应研究，并开展了一系列与中子环境及效应相关的在轨探测

3、工作[1-3]。航天器舱内中子可以诱发电子设备多种辐射效应，其中最重要的影响是单粒子效应。舱内中子辐射对航天员健康会造成严重的影响，这是由于中子不带电，即使其能量很低也可以进入人体骨髓部位，引起组织病变，对人体的危害比带电粒子更大【4】。因此，精确探测航天器舱内中子的分布情况，对于保护航天员的安全及设备的可靠运行具有重要意义，所探测到的数据也可以为航天器防护结构优化设计提供参考。本文主要通过对国外航天器舱内中子辐射环境的探测技术及典型有效载荷的调研，对各种探测器的技术特点进行了总结，调研成果可为我国研制航天器中子辐射环境及其效应探测器

4、提供参考。l空间中子来源1．1航天器舱外中子来源地球轨道空间中子主要来源是大气层的反照中子(albedoneutrons)。这是由于能量很高(能谱峰值在1GeV左右)的银河宇宙线与地球大气层发生核相互作用，产生的次级中子反射回到地球轨道空间而形成的。1．2航天器舱内中子来源当航天器舱外的原初粒子(即一次粒子)入射到航天器材料时，会发生电离作用。其中一部分原初粒子会与航天器材料的原子核发生碰撞，产生各种次级粒子。与原子核相互作用主要有两种方式：靶物质核碎片和弹核碎片。靶物质核碎片作用是指当高能原初粒子(一般是地球辐射带或银河宇宙线中的高

5、能质子)与航天器材料的原子核(例如铝核)或与航天员身体中的碳、氧原子核发生碰撞，产生次级粒子，包括中子、质子、口粒子以及弹出的重核；弹核碎片作用是指当一个弹核(一般是银河宇宙线中的高原子序数原子核)或高能重离子与靶核碰撞时，除了弹核自身裂变成碎片粒子外，也能产生高能质子和中子等次级粒子。2中子探测方法及探测器中子本身不带电，中子的探测不是对中子的直接探测，而是通过对中子与原子核相互作用所产生的带电粒子进行探测。基本探测方法可按核作用方式来分类【5】：核反冲法，核反应法，核裂变法和核活化法。收稿日期：2010．05．18；修回日期：20

6、10．08．25基金项目：真空低温技术与物理国家级重点实验室基金项目(项目编号：9140C5503060802)作者简介：高欣(1972一)，男，博士学位，高级工程师，从事空间辐射环境及效应研究。E-mail：gaoxin510@hotmail．corn。航天器环境工程第27卷表1给出了核反冲法、核反应法、核裂变法和核活化法4种中子探测方法的常用探测器类型及其特点，其中核反应法因方法简单、测试速度快和测试结果精确而被广泛地应用。表1中子探测器TablelNeutrondetectors类型测量对象中子探测器探测原理主要特点硼电离室，慢

7、中子BF3正比计数管，核反应法3He正比计数管。耐高温，耐辐射，堆芯中气体电离探测器子探测，在线获取数据，235U裂变室核裂变法10。4s量级脉冲宽度。含氢正比计数管核反冲法快中子238U裂变室核裂变法慢中子6LiF夹心半导体探测器核反应法在线获取数据，强度分辨半导体探测器235U蒸膜半导体探测器核裂变法率高。有机膜半导体探测器核反冲法快中子238U蒸膜半导体探测器核裂变法6Li玻璃闪烁体，含10BZnS(Ag)，慢中子含6Lizns(Ag)，核反应法LiI(Eu)，探测效率高，在线获取数闪烁探测器载6Li(10B)液体闪烁体。据，1

8、0。7s量级脉冲宽度。ZnS快中子屏塑料闪烁体核反冲法快中子葸、萘体积小，重量轻，脱离测热释光探测器慢中子6LiF热释光探测器核反应法量装置单独使用。数据可长期保存，数据处径迹探测器慢中子载10B核乳胶核反应法理复杂。R