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1、(10)申请公布号 CN 103832599 A (43)申请公布日 2014.06.04 CN 103832599 A (21)申请号 201210490975.8 (22)申请日 2012.11.27 B64G 1/54(2006.01) (71)申请人 中国科学院空间科学与应用研究中 心 地址 100190 北京市海淀区中关村南二条 1 号 (72)发明人 胡鉴航 冯颖 韩建伟 蔡明辉 杨涛 (74)专利代理机构 北京法思腾知识产权代理有 限公司 11318 代理人 杨小蓉 杨青 (54) 发明名称 一种用于卫星上抗总剂量效应的复合屏蔽方 法 (57) 摘要 本发明提供了一种用于卫星上抗。
2、总剂量效应 的复合屏蔽方法， 其特征在于， 所述方法为 ： 采用 双层材料进行屏蔽， 外层采用低原子序数的金属 而内层采用高原子序数的金属。所述低原子序数 的金属为铝， 所述高原子序数的金属为钽。 本发明 依据卫星所在的具体轨道环境确定金属铝和金属 钽的质量比。采用本发明的技术方案后在达到与 传统方法相同的屏蔽效果的情况下， 所采用的屏 蔽材料总质量更小 ； 或者在同样屏蔽质量的情况 下， 能够达到更好的屏蔽效果。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 2 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书2页 附图1页 (10)。
3、申请公布号 CN 103832599 A CN 103832599 A 1/1 页 2 1. 一种用于卫星上抗总剂量效应的复合屏蔽方法， 其特征在于， 所述方法为 ： 采用双层材料进行屏蔽， 外层采用低原子序数的金属而内层采用高原子序数的金属。 2. 根据权利要求 1 所述的用于卫星上抗总剂量效应的复合屏蔽方法， 其特征在于， 所 述低原子序数的金属为铝。 3.根据权利要求1或2所述的用于卫星上抗总剂量效应的复合屏蔽方法， 其特征在于， 所述高原子序数的金属为钽。 4. 根据权利要求 3 所述的用于卫星上抗总剂量效应的复合屏蔽方法， 其特征在于， 所 述金属铝占总屏蔽质量的 20%-40%。 。
4、权 利 要 求 书 CN 103832599 A 2 1/2 页 3 一种用于卫星上抗总剂量效应的复合屏蔽方法 技术领域 0001 本发明涉及一种抗辐射屏蔽方法， 主要是对卫星上电子器件所受总剂量的屏蔽， 即本发明提供一种用于卫星上抗总剂量效应的复合屏蔽方法。 背景技术 0002 卫星在轨道上运行面临着恶劣的空间辐射环境， 包括太阳质子、 地球辐射带以及 银河系宇宙射线等， 前两者是造成总剂量效应的主要粒子来源， 这些高能带电粒子入射卫 星电子器件， 使器件材料电离产生总剂量效应， 对电子器件的性能造成严重影响。 通常在轨 时间数年左右的卫星其遭受的总剂量大大超过了一般电子器件抗总剂量的水平，。
5、 因此抗辐 射的工作十分必要。 0003 总剂量的防护方法主要有两种 ： 1） 微电子抗辐射加固技术， 通过微电子材料选取、 微电路设计、 工艺设计、 结构布局等措施来降低总剂量对电子器件参数的影响 ； 2） 采用外部 材料对器件进行屏蔽。 0004 本发明所提出的方法属于第二种。通常的屏蔽材料是采用单纯的铝， 效果往往并 不理想， 而且为达到预期的屏蔽效果， 需要厚度较大的铝材料进行屏蔽， 浪费了卫星有限的 质量资源。 发明内容 0005 本发明的目的在于， 为克服上述问题， 本发明提供了一种卫星上抗总剂量效应的 复合屏蔽方法。 0006 为实现上述目的， 本发明提供了一种用于卫星上抗总剂量。
6、效应的复合屏蔽方法， 其特征在于， 所述方法为 ： 采用双层材料进行屏蔽， 外层采用低原子序数的金属而内层采用 高原子序数的金属。 0007 上述低原子序数的金属为铝， 高原子序数的金属为钽。 0008 与现有技术相比， 本发明的技术优势在于 ： 0009 在达到与传统方法相同的屏蔽效果的情况下， 所采用双层材料的屏蔽材料总质量 更小 ； 且在同样屏蔽质量的情况下， 能够达到更好的屏蔽效果。 附图说明 0010 图 1-a 和 1-b 是某电子能谱经过不同等效厚度和不同组份屏蔽材料后的剂量 ； 0011 图 2 是传统的纯铝屏蔽及纯钽屏蔽与复合屏蔽的效果对比。 具体实施方式 0012 下面结合。
7、附图对本发明的内容进行详细介绍。 0013 为了在达到预期屏蔽效果的前提下减少屏蔽材料的质量， 本发明提出了采用双层 材料进行屏蔽， 具体方案是外层采用低原子序数的金属 （如铝） , 内层采用高原子序数的金 说 明 书 CN 103832599 A 3 2/2 页 4 属 （如钽） 。 0014 由核物理相关理论可知， 原子序数 （Z） 高的材料能够更加有效的散射电子， 但是高 Z 材料单位质量的阻止本领较低， 而且产生更多的轫致辐射 （轫致辐射系数与材料的原子序 数和入射电子能量成正比） ， 而如果先让电子通过低 Z 材料降低速度后再通过高 Z 材料， 这 样可以通过低Z材料有效的降低电子的。
8、能量， 由此在高Z材料中产生的轫致辐射减少， 以这 种方法屏蔽后的电子剂量可以大幅度降低。 因此主要的问题就是要解决在屏蔽材料等效厚 度不变的情况下， 高原子序数材料和低原子序数材料以何种比例组合能够得到最优的屏蔽 效果。 0015 本发明结合典型卫星轨道的空间环境特点， 调节两层屏蔽层的厚度， 在占用最少 质量资源的条件下筛选出最优的辐射屏蔽防护设计。 0016 具体的思路是， 分别选取金属铝和钽作为低Z和高Z金属组成双层屏蔽材料， 让粒 子通过屏蔽后， 记录下粒子在探测器中产生的总剂量， 在屏蔽材料等效厚度不变的条件下 使铝的质量百分比从 0% 增加到 100%， 得到一条总剂量随铝的质量。
9、百分比变化的曲线， 然后 再改变屏蔽材料等效厚度， 做出多条这样的曲线， 通过分析可以得出在不同等效厚度情况 下的最优组合 （即剂量最小时铝的百分比） 。依据卫星所在的具体轨道环境， 金属铝占总屏 蔽质量的 20%-40%。 0017 实施例一 ： 0018 以某轨道的电子能谱为例作模拟计算， 屏蔽材料的等效铝厚度从 2 毫米、 2.5 毫米 到 20 毫米不等， 其中每种等效铝厚度分别取铝的质量比为 0%、 5% 到 100% 共 12 种组合进行 模拟计算。 0019 计算结果如图1-a和1-b所示， 其中横坐标为铝的质量百分比， 纵坐标为屏蔽后的 相对总剂量， 不同曲线代表不同的等效铝厚。
10、度。由图可见， 同传统的纯铝屏蔽相比， 采用复 合屏蔽后剂量减少了很多， 比如等效铝厚度为 2.5mm 时， 10% 的铝的复合屏蔽效果最好 ； 如 果增加等效厚度， 剂量最低点会向铝比重较大的一方移动， 比如 3.0mm 时最低点为 15%， 而 到 5.5mm 时最低点为 25%。 0020 图 2 是纯铝和纯钽对电子能谱的深度曲线与进行复合屏蔽优化设计后的对比， 可 见复合屏蔽能够有效的降低总剂量， 而且等效厚度越大效果越明显。比如在 3mm 等效铝厚 度的情况下， 本复合屏蔽方法的屏蔽效果是普通纯铝的 4 倍左右。 0021 最后所应说明的是， 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参 照实施例对本发明进行了详细说明， 本领域的普通技术人员应当理解， 对本发明的技术方 案进行修改或者等同替换， 都不脱离本发明技术方案的精神和范围， 其均应涵盖在本发明 的权利要求范围当中。 说 明 书 CN 103832599 A 4 1/1 页 5 图 1-a 图 1-b 图 2 说 明 书 附 图 CN 103832599 A 5 。