[实用新型]一种基于气体靶形状设计的空间环境模拟系统

说明书

本实用新型提供了一种基于气体靶形状设计的空间环境模拟系统，包括飞秒激光器、真空室、具有激光传输和聚焦功能的光学系统、带有密度梯度调制的气体靶、用于产生聚焦磁场的磁铁以及辐射效应测试装置；所述气体靶、光学系统和磁铁均设置在真空室内；所述辐射效应测试装置包括测试平台以及分析系统；所述飞秒激光器产生飞秒激光，飞秒激光通过真空室内光学系统的偏转和聚束后，与带有密度梯度调制的气体靶相互作用，产生模拟空间电子环境的加速电子束，电子束经过聚焦磁场后作用在辐射效应测试装置的测试平台上。该模拟系统能够有效模拟空间电子环境，具有良好的可调节性，为航天器抗辐射加固的地面模拟提供解决方案，具有重要的工程应用价值。

技术领域

本实用新型涉及新型粒子加速技术领域，特别地，涉及一种基于气体靶形状设计的空间环境模拟系统。

背景技术

随着航天技术的发展，未来航天器类型和数量将会不断增加，轨道更加复杂、功能更加多样，要求器件更高性能、长寿命、高可靠、小型化、轻量化、低功耗、低成本。同时，随着人类探索实践的深入，发现了很多新的辐射效应现象，需要研发新的抗辐射加固技术。在不远的将来，甚至在星际航行期间，长距离、长时间的航行必然会伴随着更多的不确定性，这些都给空间辐射物理及其应用研究带来了新的挑战。宇宙空间的辐射环境不同于地面，空间环境中存在着各种天然辐射，作用在航天器外壳，内部精密电子元件能够引起总剂量效应、位移损伤、单粒子效应、充放电效应等现象，作用在人体，高能粒子能够引发细胞变异，破坏细胞内部结构，甚至造成基因变异，危害航天员的身体健康，造成不可逆的损害。因此，深入研究空间辐照环境对航天器和有机体的作用机制和防护手段，是提高航天器稳定性、可靠性，以及保护航天员的生命健康的重要内容，具有极其深远的科学价值和研究意义。

大量的实验和理论结果表明，空间环境下的电子能谱为指数型分布，并且具有能谱宽发散角度大等主要特征，而传统地面模拟装置如加速器、反应堆等获得的电子绝大多数是单能的，无法准确表征空间电子，且现有装置造价高，占地面积大，维护困难。

自激光尾波场加速方案提出以来，由于其加速梯度高、造价成本低等优点，越来越受到人们的重视。激光尾波场加速是依托高功率激光装置产生的超强激光与物质相互作用，在物质电离后的等离子体中激发极强的加速电场来加速带电粒子的方案，加速梯度可达GeV/cm量级，可发展成紧凑型空间辐射环境模拟装置。激光尾波场加速主要依靠激光电离低密度气体，驱动等离子体波并获得加速电子，其可重复性、经济性更强，通过超短超强激光和气体喷嘴喷出的气体相互作用，在特定参数下，能够持续地产生模拟空间环境的加速粒子。

但是超短超强激光和气体相互作用时通常会发生电子回流自注入，这种注入存在注入效率低、注入过程具有随机性等缺点，造成能谱形状不可控。此外，由于不同轨道空间电子具有温度和能量不一致特点，因而，超短超强激光和气体喷嘴喷出的气体相互作用时，如何实现电子温度和最大能量的可控性，是亟需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种基于气体靶形状设计的空间环境模拟系统，采用带有密度梯度调制的气体靶，利用等离子体密度控制电子注入能量和数量的特性，通过调节激光尾波场加速过程中的电子注入过程，从而对获得加速电子进行温度和最大能量调谐的方案，具有调节范围大，重复性、经济性强等特点。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于气体靶形状设计的空间环境模拟系统，所述系统包括飞秒激光器、真空室、具有激光传输和聚焦功能的光学系统、带有密度梯度调制的气体靶、用于产生聚焦磁场的磁铁以及辐射效应测试装置；

所述带有密度梯度调制的气体靶、光学系统和磁铁均设置在真空室内；

所述辐射效应测试装置包括测试平台以及与所述测试平台相连的分析系统；

所述飞秒激光器用于产生飞秒激光，所述飞秒激光通过真空室内光学系统的偏转和聚束后，与带有密度梯度调制的气体靶相互作用，产生模拟空间电子辐射环境的加速电子束，所述加速电子束经过聚焦磁场后作用在辐射效应测试装置的测试平台上；