空间中子辐射监测正比计数器模拟与实验

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在航天活动中,空间辐射环境是阻碍航天活动成功的至关重要因素,尤其在载人航天方面。而在空间辐射粒子中,中子由于其突出的生物效应而备受关注。因此,对空间中子辐射监测具有重要的意义。中子灵敏的正比计数器是一种重要的气体探测器,电场分布和气体特性对正比计数器的性能起着至关重要的作用。通过对正比计数器的工作条件、物理过程、输出信号的模拟分析,可以为提高探测器性能和设计新探测器提供支持和参考。本文在探测器内电场分析的基础上,结合气体特性的计算,模拟了涂硼中子正比计数器的原电离、雪崩放大和输出信号,并进行了试验。使用有限元分析软件计算了几种探测器几何结构下的电场分布;计算了不同压强P10气体的特性参数;使用Garfield模拟了探测器内的物理过程和输出信号脉冲。为了检验硼转化层的有效作用,利用CR-39核径迹探测器进行了实验;用Am-Be中子源完成了探测器测试。研究结果表明,管壁开孔会使电场发生变化,输出信号甚至会有30%以上的变化;探测器模拟得到的放大倍数、输出信号与工作电压的关系曲线符合探测器正比工作特征;800V~1000V电压范围内探测器测量信号与模拟结果较符合。总体而言,本文研究工作在两个方面获得了较大进展。首先,利用深层充电模型,分析了电子辐射可能引起的介质充电,充电介质中总电荷对探测器内电场有较大的影响,对Teflon材料,充电后可使探测器内电场强度增大许多倍,并在此基础上探讨了减小充电电荷的方法。其次,设计、搭建、调试了探测器真空系统和输气系统达到了预定的技术指标,该系统成功完成了各项试验中的气体循环工作。
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