空间质子和电子引起的星内器件辐射损伤模拟研究

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本文围绕低能质子在星内器件中的非电离能损(NIEL)和空间电子对太阳软X射线探测器干扰两项研究内容,利用蒙特卡罗方法进行了一系列的模拟计算研究。在NIEL的计算物理模型中,考虑了库仑屏蔽,同时在用SRIM程序进行计算时采用了“薄靶近似规则”和单能逐点入射,使得模型更加合理,计算结果更加精确;以GaAs/Ge太阳电池为例,详细讨论了性能参数Pmax的衰降与NIEL的关系并应用于国内太阳电池的预测。在探测器模拟方面,对计算模型进行了合理的简化处理,对能谱抽样方法进行了改进,考虑了电子在磁场中的偏转情况,对信息记录也做了改进。论文的主要内容有: 系统地总结分析了空间辐射环境及其可能产生的辐射效应。不同空间轨道的辐射及其在不同的星内材料中会导致不同的效应,开展辐射效应机制研究,掌握其规律,对于空间电子学元器件的抗辐射加固指标提出,以及在其它研究中的方案设计等都有重要意义。 简要介绍了GEANT4和SRIM程序,针对GEANT4目前计算NIEL的局限性进行了二次开发,并用来模拟空间复杂环境下电子能谱对探测器的影响。 对低能质子NIEL的计算进行了详细的讨论。由于低能时库仑相互作用占主导地位,一般采用Mott-Rutherford微分散射截面,但它没考虑核外电子库仑屏蔽的影响。为此,本文用解析法和基于蒙特卡罗方法的SRIM程序计算了考虑库仑屏蔽后低能质子在Si和GaAs材料中的NIEL,SRIM程序在计算过程中采用薄靶近似法,并与其它作者的数据进行了比较。计算结果表明:用SRIM程序计算NIEL时采用“薄靶近似规则”及单能逐点入射处理是比较合理的,同时考虑库仑屏蔽效应后的NIEL较没考虑前要小,当能量为1keV时,Si材料中NIEL的值为考虑前结果的30%,GaAs材料中为20%,这在航天设计中有着重要的意义。 对太阳电池的主要性能参数Pmax与NIEL的关系进行了详细讨论。以实验数据为例,针对GaAs/Ge太阳电池受质子辐照后性能参数的变化,分析了Pmax的衰降与NIEL的关系。发现在质子辐照能量0.1MeV
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