临近空间中子环境及其探测-论文.pdf

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1、第35卷第l期国防科技Vol-35．No．12014年2月NATIONALDEFENSESClENCE&TECHN0LOGYFeb．2014临近空间中子环境及其探测孙雅，刘国福，罗晓亮(国防科技大学机电工程与自动化学院，湖南长沙410073)【摘要】在临近空间辐射环境的诸多因素中。中子对飞行器的安全、可靠运行以及人员健康的威胁最为严重。文章介绍了临近空间中子的来源及其对飞行器和人体的危害．指出临近空间中子探测研究的重要意义，简要阐述了临近空间中子探测的原理与方法，最后探讨了临近空间中子探测领域所涉及的几个关键问题。【关键词】临近空间；中子探测；单粒子效应【中

2、I~]V1【文献标识码】A[文章~]1671—4547(2014)01—0024—05临近空间指距地面20千米100千米之间的航空高度还较少。仅有一些高空气球和探空火箭区域，介于飞机最高飞行高度与空间轨道飞行器的探测数据。例如，Haymes[41等人曾经在探空热气最低飞行高度之间，是从航空空域向航天空域过球飞行实验中利用0BF3正比计数管对大气中的渡的区域[1]。正是由于临近空间具有这种独特的地慢中子进行过探测研究，将探测范围扩展到40km理高度优势，该区域比航空空域更便于进行通信、左右的区域。随着临近空间开发利用需求的不断遥测、情报、侦查和监视等活动，同时

3、气象条件又增长。各国对临近空间中子环境的探测研究正在比航天空域简单得多，雷暴闪电较少，也没有云、增加。我国对于空间带电粒子的测量已经有了较雨和大气湍流现象。近年来，临近空间因其独特优多的技术和经验。但由于中子不带电、测量困难及势和潜在的经济价值、科学开发价值以及军事战损伤机理复杂等原因，我国在空间中子探测方面略价值逐渐引起世界各国的高度重视，对临近空的研究基础仍然十分薄弱。因此，为了更有效地开间的全面探测以及飞艇等临近空间飞行器的研制发利用临近空间．就迫切需要我们对临近空间中已经成为航空航天领域的一大热点。子环境及探测进行全面而深入的研究。然而。复杂苛刻的粒

4、子辐射环境却成为开发和利用临近空间的主要限制因素。在临近空间中，一临近空间中子的来源、危害及探测、介子、电子、光子、中子、质子等高能粒子的辐射意义强度较地面大大增加，对临近空间飞行器的材料、电子器件、设备以及人员安全等方面造成了严重临近空间中子的来源可以分为两类：一是大威胁。研究表明．中子作为空间粒子辐射环境重要气中子，即银河宇宙线和太阳宇宙线中的高能带的组成部分，其能谱分布和空间分布非常之广．对电粒子与大气相互作用产生的中子。这些中子可空间飞行器以及人员的影响最为严重[21。20世纪以在大气中消失。也可以从大气层向外逃逸，被认90年代，国际上主要集中在航空

5、高度开展了大量为是临近空间中子的主要来源。二是空间中直接的中子探测研究，具有代表性的是美国航空航天产生的中子。包括太阳爆发发射的中子以及地球一局(NASA)利用高空飞机ER一2搭载多球中子谱仪大气以外的其他中子源发射的中子_5J。对于临近空对大气中子环境进行的探测研究I3_。目前，针对20间的飞艇而言，地球辐射带和宇宙射线中的高能千米～100千米高度的临近空间中子的探测相对于带电粒子与飞艇材料作用产生的二次中子也是不【收稿日期】2013—10—18【作者简介】孙雅，女，中校，国防科学技术大学。孙雅等：临近空间中子环境及其探测容忽视的。机理研究的不断深入．新器

6、件的不断应用，单粒子随着对临近空间中子环境及其效应研究的不效应的类型越来越多。表1给出了临近空间中子断深入．中子的危害性日益引起研究人员的关注。能够引发的单粒子效应类型。2O世纪80年代末，对临近空间中子环境进行探测，是对临近空间中IBM和Boeing公司联合开展了高空大气中子诱发子诱发的元器件单粒子效应进行评估及防护研器件单粒子效应的飞行试验研究．试验结果充分究．以及分析航空机组人员飞行期间所接受的辐证明了大气中子能够诱发电子器件发生显著的单射剂量的前提条件，对于开发利用临近空间具有粒子效应[61。现在的飞行器电子系统要依赖大量的重要的意义。微处理器、存储

7、器、功率器件等，随着器件加工工一方面．中子是临近空间诱发电子器件发生艺的不断发展，器件单元尺寸不断缩小，工作电压单粒子效应最主要的因素．严重威胁着临近空间不断降低，使得器件抵御单粒子效应的能力不断飞行器安全、可靠的工作。单粒子效应是指单个的降低。因此．临近空间中子诱发元器件发生单粒子高能重离子或者质子、中子，在器件材料中通过直效应的潜在危害也越来越大[71。为了保障临近空间接的电离作用或者核反应产生的次级粒子的间接飞艇等飞行器安全、可靠地运行，对临近空间的中电离作用．形成额外电荷，导致器件逻辑状态、功子环境进行探测．从而有针对性地防护单粒子效能、性能等的变化

8、或损伤现象。随着对单粒子效应应是十分必要的。表1单粒