飛行器的抗輻射屏蔽模擬計算.pdf

1、飛行器運行于低地球空間軌道(LEO)時，與空間帶能粒子發(fā)生相互作用，產(chǎn)生各種威脅飛行器安全的空間輻射效應(yīng)。因此，一方面為了保證飛行器的安全和確保飛行任務(wù)的實現(xiàn)，必須加強飛行器的抗輻射屏蔽；而另一方面，飛行器要求有效載荷比高，即以最小的飛行器體積和重量承載更多的飛行器有效載荷。要同時滿足以上兩點，必須找出更經(jīng)濟有效的屏蔽方法。而對飛行器進行抗輻射屏蔽模擬計算則是找出屏蔽方法的有效手段。 本文主要采用基于Monte-Carlo方法的

2、FLUKA(FLUktuierende KAskade)程序進行模擬計算，文中概述了該程序的物理模型、幾何模型和一些使用技巧，如怎樣利用Mome-Carlo方法解決小概率事件和深穿透問題。使用該程序進行抗輻射屏蔽模擬計算國內(nèi)未見報道。 用FLUKA程序詳細模擬幾種不同能量電子、質(zhì)子在輕金屬和重金屬材料中的能損過程，發(fā)現(xiàn)輕金屬與重金屬材料結(jié)合使用可更有效屏蔽電子，且不同的輕重材料排列次序?qū)﹄娮拥钠帘涡Ч绊戄^大，但對質(zhì)子的屏蔽效

3、果幾乎沒有影響。此外，利用工程軟件OMERE程序計算兩條不同LEO軌道上簡化飛行器模型中硅球的電離吸收劑量，分析得出這兩條軌道、不同壽命飛行器所需要的屏蔽厚度。 由于飛行器載體中半導(dǎo)體和光電器件的位移損傷主要源于非電離能損(NIEL)，本文還討論了非電離能損問題。我國的NIEL 研究只有零星的工作，因此本文從NIEL 的產(chǎn)生機制出發(fā)，提出其研究方法，建立NIEL標尺；利用NEMO程序計算不同能量電子和質(zhì)子在硅中產(chǎn)生的NIEL，并

4、從物理模型出發(fā)，與其它程序計算結(jié)果進行了比較。此外，計算得到LEO軌道上電子和質(zhì)子在硅中產(chǎn)生的位移損傷劑量。 針對宇航員的輻射防護，提出聚乙烯、鋰化氫和石墨纖維作為新型屏蔽材料，利用FLUKA程序模擬了他們與電子和質(zhì)子的相互作用，從透射粒子與產(chǎn)生二次粒子方面進行分析比較，得出石墨纖維和聚乙烯材料作為載人航天的屏蔽材料效果較理想；計算了不同能量電子和質(zhì)子入射，采用不同材料屏蔽后三個人體關(guān)鍵器官中能量沉積情況、比較了在低地球軌道上