低能X射线探测器热分析与热设计

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wcz741335565
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硬X射线调制望远镜卫星(Hard X-ray Modulation Telescope;HXMT)应用我国学者发展的直接解调成像方法(Direct Demodulation Method),将实现宽波段X射线(1-250 keV)成像巡天,是我国第一个自主创新的天文卫星。低能X射线望远镜(Low Energy x-ray Telescope;LE)是HXMT卫星有效载荷的重要分系统,其基本功能是在软X射线(1-15 keV)能段进行巡天和定点观测。为了实现这些功能,LE采用了扫式电荷器件(Swept Charge Device;SCD)加准直器的方案。LE包括3个探测器机箱和1个电控箱,总的探测面积384 cm2。   通过对SCD的性能研究,发现SCD的信号幅度随温度降低而升高;SCD的暗电流在温度低于-45℃以下才可忽略;温度低于-80℃后部分SCD出现信号分裂现象。SCD的信号幅度、噪声等性能指标对温度敏感,所以需要稳定而且极低的工作温度(-50℃-80℃)。此外,LE的探测器机箱功耗比较大,每个机箱达24W,而HXMT的轨道和姿态引起了复杂的辐射外热流,这些都对SCD的温度控制非常不利。因此,SCD的温度控制是LE的科学目标能否顺利实现的一个关键难题。   论文主要完成了LE的热分析、热设计以及SCD的测试和性能研究。首先,对SCD进行了详细的测试,包括它的信号幅度和噪声随温度的变化、驱动电压对分裂事例的影响、分裂事例受温度的影响、驱动波形对噪声和功耗的影响等。然后,通过对上述测试结果的处理,得到一个适合SCD长期工作的模式,确定了相应的温度、驱动波形、驱动电压等参数。最后,对LE进行热分析和热设计,热设计的原则是被动辐射为主,主动加热为辅,用辐射面辐射降温,加热片主动加热稳定温度,热分析通过有限元软件进行。通过热分析和热设计使LE能够工作在测试中得到的适合SCDI作的温度范围。
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