[发明专利]一种空间高能电子和质子的探测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种空间高能电子和质子的探测方法，具体涉及一种基于ΔE-E原理的利用半导体传感器和闪烁体组成的粒子望远镜对空间高能电子（0.3～6MeV）和质子（8～200MeV）进行探测的方法，属于空间带电粒子探测领域。

背景技术

高能电子和质子是空间环境的重要组成部分。空间中能量高于250KeV的电子容易穿透航天器外壳而进入航天器内部，引起航天器的内带电效应；能量高于8MeV的质子，很容易导致使航天器材料或器件发生位移损伤效应；能量更高的质子，容易导致航天器上的器件发生单粒子效应。这些效应容易使航天器上的材料或器件性能退化，功能衰退，加速了材料和器件的老化，影响了其功能的正常发挥，进而导致航天器系统产生各种各样的故障，严重的甚至可导致整个航天器失效，为航天器的安全可靠运行带来了极大的威胁。

随着我国航天活动的发展，越来越多的卫星（航天器）将应用于国民经济的各个方面，这使得高能电子和质子对卫星（航天器）的影响问题更加凸显。因此，需要对空间中的高能电子和质子进行探测，了解航天器活动所造成的危害程度，从而从工程应用的角度为卫星（航天器）材料或器件的选择、设计及防护提供参考，在一定程度上保证航天器的安全可靠运行。这具有很重要的工程意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空间高能电子和质子的探测方法，具体可探测能量为0.3～6MeV的电子和8～200MeV的质子，所述方法不仅能探测电子和质子的能量，还能准确鉴别质子和电子。此外，用该方法研制的探测器具有较小的体积和功耗以及高计数率，可应用于空间带电粒子的探测，为空间环境探测积累数据，从而为航天器的设计及防护提供依据。

本发明的目的由以下技术方案实现：

一种空间高能电子和质子的探测方法，所述方法包括探测器和信号处理系统；

所述探测器由探头、铜质外壳和底座组成，其中探头主要由挡光片S1、传感器D1、闪烁体D2、反符合闪烁体S2、光电倍增管和前置处理电路板组成，其中，反符合闪烁体S2包裹在传感器D1和闪烁体D2周围；

挡光片S1为厚400μm的圆形铝箔；传感器D1是厚100μm的圆形金硅面垒型探测器，带电粒子在其中沉积的能量为ΔE1；闪烁体D2是高10㎝的圆柱形闪烁体，带电粒子在其中沉积的能量为ΔE2，所述闪烁体D2材料为CsI；反符合闪烁体S2由两块完全一样的剖面为L型的塑料闪烁体左右对称紧密对接在一起，形成上端开口的圆筒结构，其内径与闪烁体D2直径相配合；反符合闪烁体S2顶部内侧开有环形凹槽，内壁开有凹槽；

所述挡光片直径优选为3.0㎝；

所述传感器D1有效直径优选为2.0cm；

闪烁体D2直径优选为2.0㎝；

反符合闪烁体S2优选内径为2.0cm，外径为2.5㎝，外部高度为11㎝，底面厚度0.5cm；

传感器D1与挡光片S1的间距优选为0.5㎝；

传感器D1与闪烁体D2的间距优选为5mm，二者构成望远镜半张角优选为8°；

将具有凹槽的底座固定在航天器或卫星的指定位置上，支撑弹片放置在底座凹槽内最底部，前置处理电路板置于支撑弹片上方，光电倍增管置于前置处理电路板上方，支撑弹片、前置处理电路板和光电倍增管的直径都与底座凹槽直径吻合，保证支撑弹片、前置处理电路板和光电倍增管抵触连接，光电倍增管上端与底座凹槽上端处于同一高度；

反符合闪烁体S2置于光电倍增管上方，并通过光耦合剂与光电倍增管紧密接触；圆形光屏蔽层置于反符合闪烁体S2内的底部，其直径与反符合闪烁体S2内径相配合，厚度根据实际需要，使闪烁体D2产生的信号不能进入反符合闪烁体S2；闪烁体D2置于光屏蔽层上方，其直径与反符合闪烁体S2内径相配合；闪烁体D2侧面安装光电二极管，光电二极管位于反符合闪烁体S2内壁凹槽中，所述凹槽的尺寸与光电二极管相配合；

传感器D1上方与环状的传感器D1上电极固连，下方与环状的传感器D1下电极固连；传感器D1上电极与顶部凹槽上端水平，传感器D1下电极与顶部凹槽下端抵触；绝缘片放置在传感器D1上电极上方，挡光片S1置于绝缘片上方；

将上端开口的圆筒形铜质外壳安装在探头外部，与底座固连，挡光片S1通过紧固弹片与铜质外壳上端保持紧密固定；铜质外壳内径与底座凹槽外径相吻合，以能够紧密安装为准；铜质外壳上端开口尺寸与望远镜张角有关，开口处截面为斜面；反符合闪烁体S2通过一对或一对以上的紧固环与铜质外壳固定；绝缘片、紧固弹片及铜质外壳上端开口尺寸均以不影响粒子入射为准；