CN102490913A

CN102490913A - 一种抗总剂量屏蔽装置

Info

Publication number: CN102490913A
Application number: CN2011103624164A
Authority: CN
Inventors: 李强; 韦锡峰; 信太林; 沈嵘康
Original assignee: Shanghai Institute of Satellite Engineering
Current assignee: Shanghai Institute of Satellite Engineering
Priority date: 2011-11-15
Filing date: 2011-11-15
Publication date: 2012-06-13

Abstract

本发明提出一种抗总剂量屏蔽装置，包括用于慢化和屏蔽初级电子的第一低Z层，用于散射电子并吸收二次韧致辐射光子的高Z层，以及用于吸收高Z材料中产生的光电子和背散射电子并抑制X射线与材料作用产生的二次光电子发射和电子背散射的第二低Z层，其中，第一低Z层为最外层，该层靠近卫星外的太空，所述第二低Z层为最内层，该层靠近受屏蔽的元器件；第一低Z层与第二低Z层采用原子序数小于等于30的元素所形成的材料实现，第一低Z层的厚度在1-3毫米之间，第二低Z层的厚度在0.2-0.4毫米之间；高Z层采用原子序数大于或等于50的元素所形成的材料实现，高Z层的厚度在0.1-0.3毫米之间。

Description

一种抗总剂量屏蔽装置

技术领域

本发明涉及航天飞行器抗总剂量屏蔽领域，特别涉及一种抗总剂量屏蔽装置。

背景技术

航天器在飞行时，太空环境中的空间离子会被元器件材料吸收，保存在元器件中，会导致航天器不能正常工作，严重影响卫星的使用寿命和可靠性，这一情况被称为总剂量。对元器件进行处理以避免这一现象发生的措施被称为抗总剂量加固。现有的抗总剂量加固采取的方法一般是在元器件表面贴铅皮或钽皮等重金属材料。在图1所示的一个例子中，要对一位于电路板的器件做抗总剂量加固，现有方法是在所述器件的表面通过绑扎线绑扎铅皮或钽皮。在其他的例子中，也可以将铅皮或钽皮以粘贴的方式安置在元器件的表面，从而实现对元器件的保护。

现有技术中的这一方法存在着明显的缺陷：由于重金属材料直接应用在元器件表面，在太空环境中的空间重离子和高能粒子的作用下，这些重金属材料容易发生核反应而产生次级粒子(即韧致辐射问题)，这可能会造成更为严重的辐射问题，情况严重时可导致卫星不能正常工作，严重影响卫星使用寿命和可靠性。另外，随着技术的不断进步，元器件的体积越来越小，将铅皮或钽皮粘贴在元器件表面的难度也越来越大。因此，这一方法已经无法满足现代航天器发展的需要。

发明内容

本发明所要解决的问题是克服上述现有加固材料存在的韧致辐射问题，从而提供一种能够解决韧致辐射问题，抗总剂量效果更佳的屏蔽装置。

为了实现上述目的，本发明提供了一种抗总剂量屏蔽装置，包括用于慢化和屏蔽初级电子的第一低Z层，用于散射电子并吸收二次韧致辐射光子的高Z层，以及用于吸收高Z材料中产生的光电子和背散射电子并抑制X射线与材料作用产生的二次光电子发射和电子背散射的第二低Z层，其中，

所述第一低Z层为最外层，该层靠近卫星外的太空，所述第二低Z层为最内层，该层靠近受屏蔽的元器件；

所述第一低Z层与第二低Z层采用原子序数小于等于30的元素所形成的材料实现，所述第一低Z层的厚度在1-3毫米之间，所述第二低Z层的厚度在0.2-0.4毫米之间；

所述高Z层采用原子序数大于或等于50的元素所形成的材料实现，所述高Z层的厚度在0.1-0.3毫米之间。

上述技术方案中，所述第一低Z层与第二低Z层采用氢、锂、碳、硼、氮、铝、硅、铜、镍、钛、铬、钴和铁中的一种，或者它们之间的化合物实现。

上述技术方案中，所述高Z层采用钨、钽、钡、锇、铱、铂和金中的一种实现。

采用本发明克服了由于重金属材料直接应用在元器件表面，在空间重离子和高能粒子等作用下，发生核反应而产生次级粒子(韧致辐射)，可能造成更为严重的辐射问题，使得航天飞行器上的产品抗总剂量能力得到提升，有效地提高了卫星寿命和可靠性。可广泛应用于航天飞行器上，特别是地球同步轨道卫星，抗总剂量屏蔽效果更佳。

说明书附图

图1是现有技术示意图；

图2是本发明结构示意图。

具体实施方式

在对本发明做详细描述前，首先对本发明中所涉及的概念做相应的说明。

高Z：本发明中所述的高Z是指原子序数高的元素，具体的说，是指原子序数≥50的元素所形成的材料，包括钨、钽、钡、锇、铱、铂和金。

低Z：本发明中所述的低Z是指原子序数低的元素，具体的说，是指原子序数≤30的元素所形成的材料，包括氢、锂、碳、硼、氮、铝、硅、铜、镍、钛、铬、钴和铁，或者它们之间的化合物(或合金)。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

参考图2，本发明的抗总剂量屏蔽装置依次包括第一低Z层，高Z层与第二低Z层，其中，所述第一低Z层为最外层，该层靠近卫星外的太空，所述第二低Z层为最内层，该层靠近受屏蔽的元器件。下面对各层的功能与实现做进一步说明。

第一低Z层的作用是利用低Z材料较大的电离阻止本领来慢化和屏蔽初级电子。该层由低Z材料组成，它在本实施例中采用了铝材料，而在其他实施例中可采用前文中所提到的诸如硅、铜等材料。在实际应用中，第一低Z层可直接利用卫星蒙皮、机壳等航天器中已有的部件实现。第一低Z层的厚度与所述卫星蒙皮、机壳的厚度有关，一般在1mm到3mm之间。为了减轻航天器的总体质量，作为一种优选实现方式，采用了本发明的屏蔽装置的航天器可减少机壳或卫星蒙皮的厚度，如由3mm减少到1mm，但仍能达到抗总剂量屏蔽能力较原机壳有明显提高的屏蔽效果。

高Z层的作用是利用高Z材料较大的散射截面有效地散射电子，并吸收二次韧致辐射光子。该层由高Z材料组成，在本实施例中，所述高Z层采用了钽材料实现，但在其他实施例中，也可采用前文中所提到的诸如钨、钡、锇、铱、铂和金等材料。所述高Z层的厚度在0.1-0.3mm之间，优选0.2mm。

第二低Z层的作用是吸收高Z材料中产生的光电子和背散射电子，同时可抑制X射线与材料作用产生的二次光电子发射和电子背散射。该层由低Z材料组成，在本实施例中采用了铝材料，而在其他实施例中可采用前文中所提到的诸如硅、铜等材料。第二低Z层的厚度一般大于次级光电子的射程，其范围在0.2-0.4mm之间。所述高Z层与第二低Z层的厚度之和一般不超过0.5mm，经过实验证明，这一厚度会使得屏蔽装置的质量与屏蔽效果间达到一个较好的平衡。所述第二低Z层与所述第一低Z层所选用的具体材料可以不一致，如第一低Z层采用铝材料，而第二低Z层采用铜材料。

上述各个屏蔽层之间可采用高分子聚合物作为粘合剂进行粘合，所述高分子聚合物如聚氨酯、聚乙烯、环氧树脂、聚酰亚胺等。

本发明所采取的方式是多种材料利用原子序数不同，对空间高能粒子，特别是高能电子利用互补吸收的机理，抗总剂量屏蔽装置在整机(仪器)级实施，为了实现不同屏蔽层之间的粘合，采用以仪器机壳(一般为A1)为基体，以高分子聚合物为粘合剂(如聚氨酯、聚乙烯、环氧树脂、聚酰亚胺等)，以金属(或非金属)粒子为填料的抗总剂量屏蔽装置。同时高分子材料本身对质子等重离子也具有良好的辐射屏蔽性能。将高Z和低Z涂层涂敷于仪器机壳上，可在减少机壳厚度(由3mm减少到1mm)的前提下，达到抗总剂量屏蔽能力较原机壳有明显提高的屏蔽效果，有效地提高了卫星可靠性。可广泛应用于航天飞行器上，特别是地球同步轨道卫星，抗总剂量屏蔽效果更佳。

Claims

1.一种抗总剂量屏蔽装置，其特征在于，包括用于慢化和屏蔽初级电子的第一低Z层，用于散射电子并吸收二次韧致辐射光子的高Z层，以及用于吸收高Z材料中产生的光电子和背散射电子并抑制X射线与材料作用产生的二次光电子发射和电子背散射的第二低Z层，其中，

2.根据权利要求1所述的抗总剂量屏蔽装置，其特征在于，所述第一低Z层与第二低Z层采用氢、锂、碳、硼、氮、铝、硅、铜、镍、钛、铬、钴和铁中的一种，或者它们之间的化合物实现。

3.根据权利要求1所述的抗总剂量屏蔽装置，其特征在于，所述高Z层采用钨、钽、钡、锇、铱、铂和金中的一种实现。