CN103576003B - 一种基于放射源的便携式空间电场检测仪及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于放射源的便携式空间电场检测仪及其测量方法，所述的检测仪包括：放射源（6）、放射源盒（2）、两片偏压板（3）和探测腔（7），所述探测腔（7）的侧壁设有若干个侧壁传感器（5），其两个端口均设有探测腔底板（4），该探测腔底板（4）与探测腔（7）密封连接，该探测腔底板（4）的内表面上还装有顶部传感器（8），所述的放射源（6）固定于放射源盒（2）内；本发明利用放射源出射两个不同能量的带电粒子，通过测量带电粒子在探测腔中偏转的运动学量，即可反推出空间电场的大小及方向，测量过程简单，且由于空间电场的测量是在探测腔内进行，探测腔内为真空，能够有效减少环境对测量结果的影响。

Description

一种基于放射源的便携式空间电场检测仪及其测量方法

技术领域

本发明涉及空间电场测试测量技术领域，尤其涉及一种基于放射源的便携式空间电场检测仪。

背景技术

在外层空间，电场的监测对于了解近地空间电状态是不可缺少的。可以为太阳活动对近地空间天气的影响、雷暴和地震预警，以及航天活动等提供直接的观测资料。提高对灾害性空间天气的预警预报能力。在地面上，电场的检测在探矿、静电检测、航天器件充放电等方面也发挥重要作用。

目前，国际上比较成熟的空间电场的测量方法主要有两种：双探针电场测量法和电子漂移电场测量法。双探针探测电场原理实际上与电压表测量电压的原理相类似,即测量浸入等离子体中两点之间的电位差。其方法如说明书附图中的图1所示，在探测仪外部向空间伸出两杆,在各自的端头安装了与其有电性绝缘的金属球作为探针,即电场传感器，当两探针上的电位与其各自周围等离子体的电位一致时,测量出两探针之间的电位差,根据两探针之间的距离就能够得到沿伸杆方向的电场分量,即：

E＝[(V_x1-V_s)-(V_x2-V_s)]/d

上式中，d为两探针之间的距离，V_x1和V_x2是杆两端的电势，V_s是杆中间的电势。这种空间电场测量方法的缺点是探针暴露在空间中，容易受到环境的影响，需要用前置放大器，探针会受到电容耦合的干扰，并且不方便确定电场的方向。

另一种空间电场的测量方法为电子漂移测量法，该测量方法的原理如说明书附图中的图2所示。在一些重要的等离子环境中，由于等离子体的密度特别稀薄，以至于电场也非常小(<1mV/m)。在这些场合，如果采用双探针测量法就很难将所需要探测的电场与飞船的尾流、光电子，以及等离子鞘所形成的感应电场相区分开，这时就需要使用电子漂移电场测量法测量电场。

电子漂移测量法通过测量一个充电粒子在垂直于电场和磁场方向的导引中心漂移速度间接地测量电场。该漂移速度和电磁场的关系可以表示为

上式中，v_d为引导中心漂移速度，为电场，为磁场，在一致周边磁场的前提下，只需测量带电粒子的漂移速度，就可以通过计算得到电场。

上述方法在磁场较大时比较适用，但当磁场较小时，带电粒子的漂移位移就会很大，超出卫星的探测能力。例如，对于给定的一个电场(1mV/m)，在低轨道高度时(磁场强度约25000nT)，带电粒子的漂移位移约0.06mm，但在太阳风或等离子鞘中(磁场强度5nT)，漂移位移会达到1428m，这时就无法采用测量漂移位移的方法。

当发射的波束由于不稳定或者与周边的波动的相互作用导致严重发散时，会使测量失败；电场或者磁场的快速变化都会造成对波束探测失败；并且仅使用有限范围的电子能量来精确分离漂移的电分量和磁分量是不太可能的。

以上方法的共同缺点是在测量空间电场时受环境的影响较大，比如光的影响，等离子浓度和速度的影响，双探针还需要前置放大器，探针也较长，也不方便测定电场的方向性，漂移法还依赖于空间磁场，实现的技术难度大。

发明内容

本发明的目的在于，为解决现有技术中的空间电场测量受环境的影响较大的技术问题，本发明提供一种基于放射源的便携式空间电场检测仪及其测量方法，本发明利用放射源出射两个不同能量的带电粒子，通过测量带电粒子在探测腔中偏转的运动学量，即可反推出空间电场的大小及方向，测量过程简单，且由于空间电场的测量是在探测腔内进行，探测腔内为真空，能够有效减少环境对测量结果的影响。

为实现上述目的，本发明提供一种基于放射源的便携式空间电场检测仪，所述的检测仪包括：放射源、放射源盒、两片偏压板和探测腔，所述探测腔为圆柱形真空腔体，其侧壁设有若干个侧壁传感器，其两个端口均设有探测腔底板，该探测腔底板与探测腔密封连接，该探测腔底板的内表面上还装有顶部传感器，所述的放射源固定于放射源盒内，该放射源盒的开口端、两片偏压板和探测腔一端同轴依次连接，并沿轴线方向的各连接处均设有贯通孔。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的检测仪还包括手柄，该手柄的敞口端套设于放射源盒上，并与探测腔一端的探测腔底板外表面密封连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的偏压板为圆片形结构，其与放射源盒的直径均为50mm，两片偏压板之间距离为3mm。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的放射源盒采用铅材料制成。

作为上述技术方案的进一步改进，所述探测腔的直径为100mm，长度为500mm，厚度为5mm，其采用绝缘材料制成；所述探测腔底板的直径为100mm，厚度为2mm，采用绝缘材料制成。

作为上述技术方案的进一步改进，所述侧壁传感器为弧形片状结构，其弧长为9.82mm，宽度为8mm，厚度为2.5mm。

作为上述技术方案的进一步改进，所述顶部传感器为圆形结构，其半径为45mm，厚度为2.5mm。

作为上述技术方案的进一步改进，所述偏压板和探测腔一端的连接处的贯通孔的直径均为5mm。

根据上述的基于放射源的便携式空间电场检测仪，本发明还提供一种基于放射源的便携式空间电场检测仪的测量方法，所述的测量方法包括：

步骤1）放射源出射两个不同能量的带电粒子，并经两片偏压板调速之后通过贯通孔进入探测腔，在空间电场的作用下带电粒子发生偏转，最终打在探测腔的侧壁传感器上；

步骤2）利用步骤1）中的侧壁传感器计算得出两个带电粒子在探测腔内沿轴线方向的移动位移；

步骤3）根据步骤2）中获得的移动位移，测量带电粒子在电场中的运动学量，两个带电粒子的径向运动学方程组为：

$\frac{1}{2}\frac{F_{\mathrm{\&rho;}1}}{m_1}{t_1}^2=R$

$\frac{1}{2}\frac{F_{\mathrm{\&rho;}2}}{m_2}{t_2}^2=R$

两个带电粒子的轴向运动学方程组为：

$V_1{t}_1+\frac{1}{2}\frac{F_{Z1}}{m}{t_1}^2=Z_1$

$V_2{t}_2+\frac{1}{2}\frac{F_{Z2}}{m}{t_2}^2=Z_2$

其中，两个带电粒子的能量分别为ξ₁和ξ₂，对应的速度为V₁和V₂，两个带电粒子所带电荷量为q₁＝q₂＝q，两个带电粒子的质量为m₁＝m₂＝m，探测腔的半径为R，长度为L，以探测腔的轴线为Z轴建立柱坐标系，空间电场分解为径向空间电场分量E_ρ和轴向空间电场分量E_Z，两个带电粒子沿轴线方向的移动位移分别为Z₁和Z₂，在探测腔内的运动时间分别为t₁和t₂，F_ρ1和F_ρ2分别为两个带电粒子受到的径向电场力，F_Z1和F_Z1分别为两个带电粒子受到的轴向电场力；

步骤4）利用步骤3）中获得的径向运动学方程组和轴向运动学方程组导出径向空间电场分量和轴向空间电场分量，所述的径向空间电场分量表示为：

$E_{\mathrm{\&rho;}}=\frac{2\mathrm{mR}}{q}\frac{{(V_1-V_2)}^2}{{(Z_1-Z_2)}^2}---\left(1\right)$

所述轴向空间电场分量表示为：

$E_Z=\frac{Z_2{V}_1-Z_1{V}_2}{R(V_1-V_2)}{E}_{\mathrm{\&rho;}}---\left(2\right)$

步骤5）利用步骤4）中导出的径向空间电场分量E_ρ和轴向空间电场分量E_Z求出空间电场所在方向与轴线之间的夹角θ：

$\mathrm{\&theta;}=\arctan \left(\frac{E_{\mathrm{\&rho;}}}{E_Z}\right)=\arctan \left(\frac{R(V_1-V_2)}{Z_2{V}_1-Z_1{V}_2}\right)---\left(3\right)$

根据侧壁传感器的位置及公式（3）中求得的θ角确定空间电场的方向。

作为上述技术方案的进一步改进，当所述的两个不同能量的带电粒子所带电荷量及质量不相等时，

则有，所述的径向空间电场分量表示为：

$E_{\mathrm{\&rho;}}={(V_2\sqrt{\frac{{2m}_{2}R}{q_2}}-V_1\sqrt{\frac{{2m}_{1}R}{q_1}})}^2/{(Z_2-Z_1)}^2---\left(6\right)$

所述的轴向空间电场分量表示为：

$E_Z=\frac{Z_1+Z_2}{2}\frac{E_{\mathrm{\&rho;}}}{R}-\frac{1}{2}(V_1\sqrt{\frac{{2m}_1}{q_1}}+V_2\sqrt{\frac{{2m}_2}{q_2}})\sqrt{\frac{E_{\mathrm{\&rho;}}}{R}}---\left(7\right)$

本发明的一种基于放射源的便携式空间电场检测仪及其测量方法的优点在于：本发明利用放射源出射两个不同能量的带电粒子，通过测量带电粒子在探测腔中偏转的运动学量，即可反推出空间电场的大小及方向，测量过程简单；由于空间电场的测量是在探测腔内进行，探测腔内为真空，能够有效减少环境对测量结果的影响；可通过增加侧壁传感器的数量来提高空间电场的测量精度，结构设计简单；通过调节偏压板的偏压值，可极大地扩展测量量程。

附图说明

图1是基于双探针电场测量法进行空间电场测量的探测仪结构示意图。

图2是基于电子漂移电场测量法进行空间电场测量的工作原理图。

图3是本发明实施例中的基于放射源的便携式空间电场检测仪的侧面剖视图。

图4是本发明实施例中的铅盒主视图。

图5是本发明实施例中的铅盒侧视图。

图6是本发明实施例中的偏压板主视图。

图7是本发明实施例中的偏压板侧视图。

图8是本发明实施例中的基于放射源的便携式空间电场检测仪的正面剖视图。

图9是带电粒子在本发明基于放射源的便携式空间电场检测仪中的运动轨迹示意图。

图10是14C放射源与137Cs放射源的β能谱。

图11是14C放射源与137Cs放射源出射的带电粒子打在探测腔内壁的位移分布图。

附图标记

1、手柄2、放射源盒3、偏压板

4、探测腔底板5、侧壁传感器6、放射源

7、探测腔8、顶部传感器

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明所述的基于放射源的便携式空间电场检测仪及其测量方法进行详细说明。

如图3所示，本发明的一种基于放射源的便携式空间电场检测仪，所述的检测仪包括：放射源6、放射源盒2、两片偏压板3和探测腔7，所述探测腔7为圆柱形真空腔体，其侧壁设有若干个侧壁传感器5，其两个端口均设有探测腔底板4，该探测腔底板4与探测腔7密封连接，该探测腔底板4的内表面上还装有顶部传感器8，所述的放射源6固定于放射源盒2内，该放射源盒2的开口端、两片偏压板3和探测腔7一端同轴依次连接，并沿轴线方向的各连接处均设有贯通孔。所述的顶部传感器8用于监测带电粒子是否直线通过探测腔；所述探测腔底板4与探测腔7密封连接，保证腔内不受外部环境影响。

基于上述实施例，所述的检测仪还包括手柄1，该手柄1的敞口端套设于放射源盒2上，并与探测腔7一端的探测腔底板4外表面密封连接，其内壁有防辐射层。如图4、5所示，所述的放射源盒可采用铅材料制成的铅盒结构。如图6、7所示，所述的偏压板为圆片形结构，其与放射源盒的直径均为50mm，两片偏压板之间距离为3mm，该偏压板采用良导体制成，并在中心打孔，两个孔可以对射线起准直作用。所述探测腔在使用前需抽成真空状态，真空可为10^-4pa。

在本实施例中，所述探测腔7的直径为100mm，长度为500mm，厚度为5mm，其可采用绝缘材料制成，如聚四氟乙烯；其内壁分布着10×50＝500个侧壁传感器5，若需要更高的精度，则可通过增加传感器的个数来实现；所述探测腔底板的直径为100mm，厚度为2mm，采用绝缘材料制成。如图8所示，所述侧壁传感器5为弧形片状结构，其弧长为9.82mm，宽度为8mm，厚度为2.5mm。

所述顶部传感器可为圆形结构，其半径为45mm，厚度为2.5mm。所述偏压板和探测腔一端的连接处的贯通孔的直径均为5mm。

根据上述的基于放射源的便携式空间电场检测仪，本发明还提供一种基于放射源的便携式空间电场检测仪的测量方法。

带电粒子在空间电场中运动有以下力学关系：

F＝Eq

从上式可知，如果测量带电粒子在探测腔中偏转的运动学量，即可反推出空间电场的大小及方向。为方便小型化，本发明利用放射源代替电子枪产生带电粒子，比较实用的是α和β放射源，前者是离散能谱，后者是连续能谱。带电粒子在本发明基于放射源的便携式空间电场检测仪中的运动过程如图9所示，放射源6出射的带电粒子经两片偏压板3调速之后进入探测腔7，在空间电场的作用下带电粒子会发生偏转，最终打在探测腔7内壁的侧壁传感器上。

基于上述带电粒子在空间电场中的力学原理，本发明的一种基于放射源的便携式空间电场检测仪的测量方法包括：

步骤1）放射源出射两个不同能量的带电粒子，并经两片偏压板调速之后通过贯通孔进入探测腔，在空间电场的作用下带电粒子发生偏转，最终打在探测腔的侧壁传感器上；

步骤2）利用步骤1）中的侧壁传感器计算得出两个带电粒子在探测腔内沿轴线方向的移动位移；

步骤3）根据步骤2）中获得的移动位移，测量带电粒子在电场中的运动学量，两个带电粒子的径向动力学方程组为：

F_ρ1＝E_ρq₁

F_ρ2＝E_ρq₂

根据上式导出两个带电粒子的径向运动学方程组为：

$\frac{1}{2}\frac{F_{\mathrm{\&rho;}1}}{m_1}{t_1}^2=R$

$\frac{1}{2}\frac{F_{\mathrm{\&rho;}2}}{m_2}{t_2}^2=R$

得到即具有相同荷质比的带电粒子在探测腔内运动的时间相同；

两个带电粒子的轴向动力学方程：

F_Z1＝E_Zq₁

F_Z2＝E_Zq₂

根据上式导出两个带电粒子的轴向运动学方程组为：

$V_1{t}_1+\frac{1}{2}\frac{F_{Z1}}{m}{t_1}^2=Z_1$

$V_2{t}_2+\frac{1}{2}\frac{F_{Z2}}{m}{t_2}^2=Z_2$

其中，两个带电粒子的能量分别为ξ₁和ξ₂，对应的速度为V₁和V₂，两个带电粒子所带电荷量为q₁＝q₂＝q，两个带电粒子的质量为m₁＝m₂＝m，探测腔的半径为R，长度为L，以探测腔的轴线为Z轴建立柱坐标系，空间电场分解为径向空间电场分量E_ρ和轴向空间电场分量E_Z，两个带电粒子沿轴线方向的移动位移分别为Z₁和Z₂，在探测腔内的运动时间分别为t₁和t₂，F_ρ1和F_ρ2分别为两个带电粒子受到的径向电场力，F_Z1和F_Z1分别为两个带电粒子受到的轴向电场力；

步骤4）利用步骤3）中获得的径向运动学方程组和轴向运动学方程组导出径向空间电场分量和轴向空间电场分量，所述的径向空间电场分量表示为：

$E_{\mathrm{\&rho;}}=\frac{2\mathrm{mR}}{q}\frac{{(V_1-V_2)}^2}{{(Z_1-Z_2)}^2}---\left(1\right)$

所述轴向空间电场分量表示为：

$E_Z=\frac{Z_2{V}_1-Z_1{V}_2}{R(V_1-V_2)}{E}_{\mathrm{\&rho;}}---\left(2\right)$

步骤5）利用步骤4）中导出的径向空间电场分量E_ρ和轴向空间电场分量E_Z求出空间电场所在方向与轴线之间的夹角θ：

$\mathrm{\&theta;}=\arctan \left(\frac{E_{\mathrm{\&rho;}}}{E_Z}\right)=\arctan \left(\frac{R(V_1-V_2)}{Z_2{V}_1-Z_1{V}_2}\right)---\left(3\right)$

根据侧壁传感器的位置及公式（3）中求得的θ角确定空间电场的方向。

基于上述实施例，适当调整偏压板的偏压，可使V₂＝0，再令Z＝Z₁-Z₂，E_ρ和E_Z可表示为：

$E_{\mathrm{\&rho;}}=\frac{2\mathrm{mR}}{q}\frac{{V_1}^2}{{(Z_1-Z_2)}^2}=\frac{4E_{1}R}{q{Z}^2}---\left(4\right)$

$E_Z=\frac{Z_2}{R}{E}_{\mathrm{\&rho;}}---\left(5\right)$

两片偏压板上加一定电压之后可以对带电粒子初始速度做一定的调整，扩大探测仪的测量范围，带电粒子通过偏压板之后的能量为：

$\mathrm{\&epsiv;}=\mathrm{\&xi;}-\mathrm{Ue}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{X}_i^2$

将上式带入公式（4）和（5），则有：

$E_{\mathrm{\&rho;}}=\frac{4R}{Z^{2}e}({\mathrm{\&xi;}}_1-\mathrm{Ue})$

$E_Z=\frac{{4Z}_2}{Z^{2}e}({\mathrm{\&xi;}}_1-\mathrm{Ue})$

若探测腔半径R＝0.05m，长度L＝0.5m，即Z₂最大取0.5m，取对于14C发射的156keV电子，探测器可测电场范围大致为：

E_ρ＝(500-3.2U)kV

E_ρ＝(5000-32U)kV

可见，探测仪可测量空间电场的上限为几百千伏，由电子初始能量决定，下限由偏压决定，可测几伏甚至更小的空间电场。

当所述的两个不同能量的带电粒子所带电荷量及质量不相等时，则有，所述的径向空间电场分量表示为：

$E_{\mathrm{\&rho;}}={(V_2\sqrt{\frac{{2m}_{2}R}{q_2}}-V_1\sqrt{\frac{{2m}_{1}R}{q_1}})}^2/{(Z_2-Z_1)}^2---\left(6\right)$

所述的轴向空间电场分量表示为：

$E_Z=\frac{Z_1+Z_2}{2}\frac{E_{\mathrm{\&rho;}}}{R}-\frac{1}{2}(V_1\sqrt{\frac{{2m}_1}{q_1}}+V_2\sqrt{\frac{{2m}_2}{q_2}})\sqrt{\frac{E_{\mathrm{\&rho;}}}{R}}---\left(7\right)$

若在地面上使用上述测量方法，应选用β放射源以减小地球重力影响；而对于空间环境中较弱的电场，测量时可以加大偏压，增加测量范围。为简化后端探测，建议选取具有单一放射性的放射源，并考虑到探测仪的使用寿命，应选用半衰期比较长的放射源，基于这两个准则，对于β放射源和α放射源可选的如表1所示：

表1放射性核素表

从原理可知，需要两种以上的粒子才可以求解出空间电场，有如下几种选择：

1）两种不同能量的β射线，这种情况又可以有两种组合，a）选取一种放射源，同时放射出至少两种不同能量的β射线，如85Kr，137Cs；b)选两种放射源混合，如；14C与65Ni组合，90Sr与129I组合；用公式（1）（2）（3）求解电场；

2）两种不同能量的α射线，这种情况也可以有两种，a）选取一种放射源，放射出至少两种不同能量的α射线，如238Pu，239Pu，241Am；b)选两种放射源混合，如238Pu与239Pu组合；用公式（1）（2）（3）求解电场；

3）β射线与α射线混合，如129I与241Am组合，用公式（6）（7）求解电场。

在本实施例中，优选14C与137Cs的组合，其主要能量和强度分别为：156.467(100%)和513.97(94.4%)，1175.63(5.6%)，由于两者的能量点相差较大，探测仪比较容易分辨，且电子能量较小，方便调速，能比较好地应用于微小电场的测量。

如图10示出了14C与137Cs放射源的β能谱，其中，E_max1,2是两种源放射出电子的最大能量，E_M1,2是分布中具有最大强度电子的能量，由于137Cs还发射相对较少的1175.63(5.6%)keV电子，其分布有较长的尾部。

不同的能量的带电粒子将打在不同的侧壁传感器上，因此带电粒子在探测腔内经偏转打在探测腔内壁的距离Z也具有相同形状的分布，即如图11所示。由于Z_max2将淹没在分布图中，因此，将E₁＝E_M1、E₂＝E_M2、Z₁＝Z_M1、Z_z＝Z_M2带入公式（1）（2）（3）进行计算，即得到空间电场大小和方向。另外，为了使分布更加清晰，两种放射源的活度应该尽可能相同。如果选用的是α源，则得到的是分辨比较好两个高斯峰，直接用高斯峰中心对应的距离计算即可。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于放射源的便携式空间电场检测仪，其特征在于，所述的检测仪包括：放射源(6)、放射源盒(2)、两片偏压板(3)和探测腔(7)，所述探测腔(7)为圆柱形真空腔体，其侧壁设有若干个侧壁传感器(5)，其两个端口均设有探测腔底板(4)，该探测腔底板(4)与探测腔(7)密封连接，该探测腔底板(4)的内表面上还装有顶部传感器(8)，所述的放射源(6)固定于放射源盒(2)内，该放射源盒(2)的开口端、两片偏压板(3)和探测腔(7)一端同轴依次连接，并沿轴线方向的各连接处均设有贯通孔。

2.根据权利要求1所述的基于放射源的便携式空间电场检测仪，其特征在于，所述的检测仪还包括手柄，该手柄的敞口端套设于放射源盒(2)上，并与探测腔(7)一端的探测腔底板(4)外表面密封连接。

3.根据权利要求1所述的基于放射源的便携式空间电场检测仪，其特征在于，所述的偏压板(3)为圆片形结构，其与放射源盒(2)的直径均为50mm，两片偏压板(3)之间距离为3mm。

4.根据权利要求1所述的基于放射源的便携式空间电场检测仪，其特征在于，所述的放射源盒(2)采用铅材料制成。

5.根据权利要求1所述的基于放射源的便携式空间电场检测仪，其特征在于，所述探测腔(7)的直径为100mm，长度为500mm，厚度为5mm，所述探测腔底板(4)的直径为100mm，厚度为2mm，该探测腔(7)与探测腔底板(4)均采用绝缘材料制成。

6.根据权利要求1所述的基于放射源的便携式空间电场检测仪，其特征在于，所述侧壁传感器(5)为弧形片状结构，其弧长为9.82mm，宽度为8mm，厚度为2.5mm。

7.根据权利要求1所述的基于放射源的便携式空间电场检测仪，其特征在于，所述顶部传感器(8)为圆片形结构，其半径为45mm，厚度为2.5mm。

8.根据权利要求1所述的基于放射源的便携式空间电场检测仪，其特征在于，所述偏压板(3)和探测腔(7)一端的连接处的贯通孔的直径均为5mm。

9.根据权利要求1-8之一所述的基于放射源的便携式空间电场检测仪所实现的测量方法，其特征在于，所述的测量方法包括：

步骤1)放射源出射两个不同能量的带电粒子，并经两片偏压板调速之后通过贯通孔进入探测腔，在空间电场的作用下带电粒子发生偏转，最终打在探测腔的侧壁传感器上；

步骤2)利用步骤1)中的侧壁传感器计算得出两个带电粒子在探测腔内沿轴线方向的移动位移；

步骤3)根据步骤2)中获得的移动位移，测量带电粒子在电场中的运动学量，两个带电粒子的径向运动学方程组为：

$\frac{1}{2}\frac{F_{\mathrm{\&rho;}1}}{m_1}{t_1}^2=R$

$\frac{1}{2}\frac{F_{\mathrm{\&rho;}2}}{m_2}{t_2}^2=R$

两个带电粒子的轴向运动学方程组为：

$V_1{t}_1+\frac{1}{2}\frac{F_{Z1}}{m}{t_1}^2=Z_1$

$V_2{t}_2+\frac{1}{2}\frac{F_{Z2}}{m}{t_2}^2=Z_2$

其中，两个带电粒子的能量分别为ξ₁和ξ₂，对应的速度为V₁和V₂，两个带电粒子所带电荷量为q₁＝q₂＝q，两个带电粒子的质量为m₁＝m₂＝m，探测腔的半径为R，长度为L，以探测腔的轴线为Z轴建立柱坐标系，空间电场分解为径向空间电场分量E_ρ和轴向空间电场分量E_Z，两个带电粒子沿轴线方向的移动位移分别为Z₁和Z₂，在探测腔内的运动时间分别为t₁和t₂，F_ρ1和F_ρ2分别为两个带电粒子受到的径向电场力，F_Z1和F_Z1分别为两个带电粒子受到的轴向电场力；

步骤4)利用步骤3)中获得的径向运动学方程组和轴向运动学方程组导出径向空间电场分量和轴向空间电场分量，所述的径向空间电场分量表示为：

$E_{\mathrm{\&rho;}}=\frac{2mR}{q}\frac{{(V_1-V_2)}^2}{{(Z_1-Z_2)}^2}---\left(1\right)$

所述轴向空间电场分量表示为：

$E_Z=\frac{Z_2{V}_1-Z_1{V}_2}{R(V_1-V_2)}{E}_{\mathrm{\&rho;}}---\left(2\right)$

步骤5)利用步骤4)中导出的径向空间电场分量E_ρ和轴向空间电场分量E_Z求出空间电场所在方向与轴线之间的夹角θ：

$\mathrm{\&theta;}=arctan\left(\frac{E_{\mathrm{\&rho;}}}{E_Z}\right)=arctan\left(\frac{R\left(V_1-V_2\right)}{Z_2{V}_1-Z_1{V}_2}\right)---\left(3\right)$

根据侧壁传感器的位置及公式(3)中求得的θ角确定空间电场的方向。

10.根据权利要求9所述基于放射源的便携式空间电场检测仪所实现的测量方法，其特征在于，当所述的两个不同能量的带电粒子所带电荷量及质量不相等时，

则有，所述的径向空间电场分量表示为：

$E_{\mathrm{\&rho;}}={(V_2\sqrt{\frac{2m_{2}R}{q_2}}-V_1\sqrt{\frac{2m_{1}R}{q_1}})}^2/{(Z_2-Z_1)}^2---\left(6\right)$

所述的轴向空间电场分量表示为：

$E_Z=\frac{Z_1+Z_2}{2}\frac{E_{\mathrm{\&rho;}}}{R}-\frac{1}{2}(V_1\sqrt{\frac{2m_1}{q_1}}+V_2\sqrt{\frac{2m_2}{q_2}})\sqrt{\frac{E_{\mathrm{\&rho;}}}{R}}---\left(7\right).$