CN113534234A - 高能电子探测器定标装置、方法及反演高能电子通量方法 - Google Patents

高能电子探测器定标装置、方法及反演高能电子通量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113534234A
CN113534234A CN202010321684.0A CN202010321684A CN113534234A CN 113534234 A CN113534234 A CN 113534234A CN 202010321684 A CN202010321684 A CN 202010321684A CN 113534234 A CN113534234 A CN 113534234A
Authority
CN
China
Prior art keywords
energy
energy electron
deep charging
charging device
flux
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010321684.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113534234B (zh
Inventor
薛炳森
张宇
曹建峰
李黎
郑巍
周率
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Tianyi Technology Co ltd
National Satellite Meteorological Center
Original Assignee
Beijing Tianyi Technology Co ltd
National Satellite Meteorological Center
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Tianyi Technology Co ltd, National Satellite Meteorological Center filed Critical Beijing Tianyi Technology Co ltd
Priority to CN202010321684.0A priority Critical patent/CN113534234B/zh
Publication of CN113534234A publication Critical patent/CN113534234A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113534234B publication Critical patent/CN113534234B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T7/00—Details of radiation-measuring instruments
    • G01T7/005—Details of radiation-measuring instruments calibration techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/29—Measurement performed on radiation beams, e.g. position or section of the beam; Measurement of spatial distribution of radiation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

本发明公开了一种高能电子探测器定标装置、方法及反演高能电子通量方法，所述装置包括：高能电子发生装置、深层充电装置以及高能电子探测器，其中所述深层充电装置与所述高能电子探测器均设置于所述高能电子发生装置的后端，以接收所述高能电子发生装置发射的高能电子束。所述方法包括：同时向深层充电装置和高能电子探测器发射高能电子束；计算发射至所述深层充电装置的高能电子通量F0；计算所述高能电子探测器的高能电子通量探测值Fd；根据所述深层充电装置的高能电子通量F0与所述高能电子探测器的高能电子通量探测值Fd对空间高能电子探测器进行定标。本发明通过所述装置及方法可有效提高空间高能电子探测器的准确性。

Description

高能电子探测器定标装置、方法及反演高能电子通量方法
技术领域
本发明涉及卫星内部介质充电技术领域，具体涉及一种高能电子探测器定标装置、方法及反演高能电子通量方法。
背景技术
空间高能电子穿过卫星表面，在卫星构件的电解质材料的内部传输并沉积从而建立电场的过程称为内部介质充电，内部介质充电是引起地球同步轨道卫星故障和异常的主要原因。根据探测结果显示，介质深层充电电压与高能电子通量密切相关。鉴于高能电子对中高轨道卫星影响的日益严重，在轨高能电子通量的探测准确性受到科研和航天部门的重视。
为了提高空间高能电子探测设备的准确性，在地面实验室对高能电子探测设备进行定标非常重要，但由于目前高能电子加速器初始电子通量无法精确控制，造成高能电子束流的强度不能准确获得，对定标工作的进行带来了很大的不便。
发明内容
为了解决背景技术中的技术问题，提高高能电子探测器的准确性，本发明提供一种高能电子探测器定标装置、方法及反演高能电子通量方法。
本发明所采用的技术方案具体如下：
一种高能电子探测器的定标装置，包括：高能电子发生装置、深层充电装置以及高能电子探测器，其中深层充电装置与高能电子探测器均设置于高能电子发生装置的后端，以接收高能电子发生装置发射的高能电子束。
进一步地方案是，深层充电装置与高能电子发生装置并排设置，且深层充电装置与高能电子探测器沿高能电子束发射方向的中心轴线呈对称分布。
一种高能电子探测器的定标方法，该定标方法采用如上述任一的定标装置，包括：
同时向深层充电装置和高能电子探测器发射高能电子束；
计算发射至深层充电装置的高能电子通量F0；
计算高能电子探测器的高能电子通量探测值Fd；
根据深层充电装置的高能电子通量F0与高能电子探测器的高能电子通量探测值Fd对空间高能电子探测器进行定标。
进一步地方案是，计算发射至深层充电装置的高能电子通量包括以下步骤：
计算入射至深层充电装置介质层表面的高能电子通量F和计算入射至深层充电装置屏蔽层的电子通量变化率rat；
根据深层充电装置屏蔽层的电子通量变化率rat和入射至深层充电装置介质层表面的高能电子通量F，计算入射至深层充电装置的高能电子通量F0；
其中F0＝F/rat。
进一步地方案是，计算入射至深层充电装置介质层表面的高能电子通量F包括以下步骤：
获取深层充电装置的深层充电电压U；
根据深层充电电压U计算深层充电电压变化量du；
根据深层充电电压的变化量du和深层充电电压U计算入射至深层充电装置介质层表面的高能电子通量F；
其中，du＝(SFQe-U/R)/C，F＝(du×C+U/R)/(SQe)，
S为深层充电装置的介质面积，单位为cm2；Qe为电子电荷量，C为深层充电装置的介质电容，R为深层充电装置的介质电阻。
进一步地方案是，根据以下公式计算电子通量变化率rat：
Figure BDA0002461670490000021
r为能量为E的高能电子的最大射程；a为电子通量发生衰减的临界厚度；r0为屏蔽层的厚度。
进一步地方案是，根据深层充电装置的高能电子通量F0与高能电子探测器的高能电子通量探测值Fd对空间高能电子探测器进行定标还包括以下步骤：
根据公式C＝F0/Fd获得常数C；
将空间高能电子探测器的高能电子通量探测值Fd’乘以常数C，得到空间的高能电子通量F0’。
进一步地方案是，还包括以下步骤：
计算深层充电装置的屏蔽层的厚度r0；
计算屏蔽层所对应的深层充电装置的介质层的厚度r2；
在介质层上设置深层充电电压测量电路。
进一步地方案是，屏蔽层的厚度r0≤r-a；
其中，
Figure BDA0002461670490000031
a＝min(0.283E,r)；
E为高能电子的能量；r为能量为E的高能电子的最大射程；a为电子通量发生衰减的临界厚度。
进一步地方案是，介质层的厚度r2≥r0–r+2a。
一种反演高能电子通量的方法，包括：
确定深层充电装置中屏蔽层的厚度和介质层的厚度，以搭建深层充电装置；
向深层充电装置发射特定能量的高能电子束；
获得深层充电装置的深层充电电压U以及深层充电电压变化量du；
根据深层充电电压的变化量du和深层充电电压U计算入射到介质层表面的高能电子通量F；
计算入射至屏蔽层的电子通量变化率rat；
根据电子通量变化率rat和F，计算入射至深层充电装置的高能电子通量F0；
其中F0＝F/rat，F＝(du×C+U/R)/(SQe)；
其中：S为深层充电装置的介质面积，单位为cm2；Qe为电子电荷量，C为深层充电装置的介质电容，R为深层充电装置的介质电阻。
进一步地方案是，根据以下公式计算电子通量变化率rat：
Figure BDA0002461670490000032
r为能量为E的高能电子的最大射程；a为电子通量发生衰减的临界厚度；r0为屏蔽层的厚度。
进一步地方案是，屏蔽层的厚度r0≤r-a；
其中，
Figure BDA0002461670490000033
a＝min(0.283E,r)；
E为高能电子的能量；r为能量为E的高能电子的最大射程；a为电子通量发生衰减的临界厚度。
进一步地方案是，介质层的厚度r2≥r0–r+2a。
进一步地方案是，获得深层充电装置的深层充电电压U以及深层充电电压变化量du，还包括以下步骤：
读取t-1时刻深层充电装置的深层充电电压Ut-1以及t时刻深层充电装置的深层充电电压Ut；
由以下公式计算深层充电电压变化量du：du＝Ut-Ut-1。
与现有技术相比，本发明的高能电子探测器的定标装置、方法及反演高能电子通量方法至少具备如下有益效果：
本发明的高能电子探测器的定标装置包括深层充电装置、高能电子探测器和高能电子发射装置，通过三者的位置设置使得入射深层充电装置的高能电子束通量和入射高能电子探测器的高能电子束通量相同；计算深层充电装置的高能电子通量，结合高能电子探测器的计数和几何因子计算高能电子探测器的高能电子通量，对高能电子探测器进行标定。该定标装置易于实现，操作简单，为定量测量高能电子的动态通量提供了硬件支持。
本发明的反演高能电子通量方法通过对入射至深层充电装置介质层表面的高能电子通量F和入射至深层充电装置屏蔽层的电子通量变化率rat的计算，得到入射至深层充电装置的高能电子通量F0。该方法能够通过深层充电装置反演得到入射至深层充电装置的准确的高能电子通量，进而为高能电子探测器的定标提供理论依据。
本发明的高能电子探测器的定标方法，采用本发明的上述定标装置和以及反演高能电子通量方法，由于深层充电装置和高能电子探测器的位置设置，使得二者所在位置的通量基本相同，因此根据上述得到的深层充电装置的高能电子通量便可实现对高能电子探测器定标。
综上，本发明提供了一种易于实现、并且结果准确的定量化测量不同能量的高能电子通量的手段。
附图说明
图1为本发明实施例中高能电子探测器定标装置的俯视图；
图2为本发明实施例深层充电装置示意图；
图3为本发明实施例采用深层充电装置反演高能电子通量的方法流程图。
附图标记：
1-高能电子发射装置；11-高能电子束；2-深层充电装置；21-屏蔽层；22-介质层；23-测量电路；3-高能电子探测器。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出。
实施例1
本实施例公开了一种高能电子探测器的定标装置，包括高能电子发生装置1、深层充电装置2和高能电子探测器3，其中深层充电装置2与高能电子探测器3均设置于高能电子发生装置的后端，以接收高能电子发生装置发射的高能电子束。
在本实施例的一个优选实施例中，深层充电装置2与高能电子发生装置1并排设置且深层充电装置2与高能电子探测器3沿高能电子束流发射方向的中心轴线呈对称分布，使得入射深层充电装置的高能电子束的通量和入射高能电子探测器的高能电子束的通量相同，如图1所示。优选地，深层充电装置2包括屏蔽层21和介质层22，介质层22与测量电路23相连接，如图2所示；优选地，屏蔽层21的厚度r0≤r-a，其中r为能量为E的高能电子的最大射程，a为电子通量发生衰减的临界厚度，计算公式参见公式(1)和公式(2)；此时高能电子的通量损失率很小，认为是可以全部穿透的，即通过该屏蔽层，高能电子的能量减小，更容易停留于介质中，有更充分的条件形成深层充电。优选地，介质层22的厚度r2≥r0–r+2a，优选地，屏蔽层21可以由多片不同厚度的屏蔽材料复合得到。
能量为E的电子的最大射程的统计关系为：
Figure BDA0002461670490000051
电子通量发生衰减的临界厚度为：
a＝min(0.283E,r) (2)
E为高能电子的能量；r为能量为E的高能电子的最大射程；a为电子通量发生衰减的临界厚度。
在进行深层充电时，将带有高能电子发生装置1和深层充电装置2放置于真空罐中，高能电子发生装置1将高能电子发射至屏蔽层21的表面，高能电子通过屏蔽层21的传输，在介质层22形成深层电压；将介质层22与测量电路23相连接，测量介质层22的深层电压及其变化量，如图2所示。
实施例2
本实施例公开了一种高能电子探测器的定标方法，其中定标方法采用实施例1的定标装置，包括：同时向深层充电装置和高能电子探测器发射高能电子束；计算发射至深层充电装置的高能电子通量F0；计算高能电子探测器的高能电子通量探测值Fd；根据深层充电装置的高能电子通量F0与高能电子探测器的高能电子通量探测值Fd对空间高能电子探测器进行定标。
在本实施例的一个优选实施例中，计算发射至深层充电装置的高能电子通量包括以下步骤：计算入射至深层充电装置介质层表面的高能电子通量F和计算入射至深层充电装置屏蔽层的电子通量变化率rat；根据深层充电装置屏蔽层的电子通量变化率rat和入射至深层充电装置介质层表面的高能电子通量F，计算入射至深层充电装置的高能电子通量F0；其中F0＝F/rat。优选地，计算入射至深层充电装置介质层表面的高能电子通量F包括以下步骤：获取深层充电装置的深层充电电压U；根据深层充电电压U计算深层充电电压变化量du；根据深层充电电压的变化量du和深层充电电压U计算入射至深层充电装置介质层表面的高能电子通量F；其中，du＝(SFQe-U/R)/C，F＝(du×C+U/R)/(SQe)，S为深层充电装置的介质面积，单位为cm2；Qe为电子电荷量，C为深层充电装置的介质电容，R为深层充电装置的介质电阻。优选地，根据以下公式计算电子通量变化率rat：
Figure BDA0002461670490000061
r为能量为E的高能电子的最大射程；a为电子通量发生衰减的临界厚度；r0为屏蔽层的厚度。优选地，根据深层充电装置的高能电子通量F0与高能电子探测器的高能电子通量探测值Fd对空间高能电子探测器进行定标还包括以下步骤：根据公式C＝F0/Fd获得常数C；将空间高能电子探测器的高能电子通量探测值Fd’乘以常数C，得到空间的高能电子通量F0’。优选地，还包括以下步骤：计算深层充电装置的屏蔽层的厚度r0；计算屏蔽层所对应的深层充电装置的介质层的厚度r2；在介质层上设置深层充电电压测量电路。优选地，屏蔽层的厚度r0≤r-a；其中，
Figure BDA0002461670490000062
a＝min(0.283E,r)；E为高能电子的能量；r为能量为E的高能电子的最大射程；a为电子通量发生衰减的临界厚度。优选地，介质层的厚度r2≥r0–r+2a。
本实施例中高能电子探测器的定标方法的具体步骤如下：
一、计算屏蔽层的厚度r0
根据公式(1)、公式(2)和(3)计算出高能电子能量E所对应的屏蔽层厚度r0，其中屏蔽层可以由不同厚度的屏蔽材料的组合以满足所需的条件。
具体地，根据电子的射程与能量的统计关系，能量为E的电子的最大射程的统计关系为：
Figure BDA0002461670490000071
式中，r的单位是g/cm2；E为电子能量，单位为MeV。
电子通量发生衰减的临界厚度可表示为：
a＝min(0.283E,r) (2)
式中，a的单位是g/cm2；E、r意义和单位同公式(1)。
电子通量通过厚度为r0的屏蔽层的通量变化率为：
Figure BDA0002461670490000072
式中r0的单位是g/cm2。
结合公式(1)、公式(2)和公式(3)，在屏蔽层厚度r0≤r-a时，高能电子的通量损失率很小，认为是可以全部穿透的，即通过该屏蔽层，高能电子的能量减小，更容易停留于介质中，有更充分的条件形成深层充电。
二、计算介质层的厚度r2
根据公式(3)和(4)得到介质层的厚度r2，并根据要求加工介质层。
在实际应用中，屏蔽层厚度r0通常应略小于r-a，令
Δ＝r0-r+a (4)
结合公式(3)，介质层厚度应略大于a+Δ，即r2≥r0–r+2a。
三、搭建高能电子探测器的定标装置
1)搭建深层充电装置
根据计算所得的屏蔽层21和介质层22的厚度，搭建深层充电装置2，并在介质层22加上相应的测量电路23，如图2所示。为了实现对不同能量的高能电子通量的测量，需要选择不同厚度的屏蔽层21和介质层22；其中，屏蔽层21可以由多片不同厚度的屏蔽材料复合得到，而介质层22可以通过设计机械移动装置，以备将介质层22截至所需厚度。进行高能电子通量测量时，需要根据高能电子束流的能量对所需的材料的厚度进行调整。
2)搭建定标装置
将特定能量高能电子的深层充电装置2和待标定的高能电子探测器3置于真空罐中，其中深层充电装置2与高能电子发生装置1并排设置于高能电子发生装置1产生的高能电子束流前，且深层充电装置2与高能电子探测器3沿高能电子束流发射方向的中心轴线呈对称分布，如图1所示。
四、获取深层充电电压U，计算介质层的深层充电电压的变化量du
开启高能电子发生装置1，使其同时发射高能电子束至深层充电装置2和高能电子探测器3。
读取t-1时刻深层充电装置的深层充电电压Ut-1以及t时刻深层充电装置的深层充电电压Ut；由以下公式计算深层充电电压变化量du：du＝Ut-Ut-1；分别连续记录特定能量的高能电子束所形成的深层充电电压U及深层充电电压的变化量du。
五、计算入射到介质表面的高能电子通量F
高能电子在介质中形成充电主要包括高能电子沉积形成的电压，同时，由于介质的电阻率并非无穷大，介质中形成的弱电场引起的电流，进而引起电荷的损失。最终，结合介质层中电荷的变化及介质层的电容，通过如下公式计算电压的变化值du：
du＝(SFQe-U/R)/C (5)
式中，S为深层充电装置的介质面积，单位为cm2；Qe为电子电荷量，C为深层充电装置的介质电容，R为深层充电装置的介质电阻。
根据公式(5)，能够推算入射到介质表面的高能电子通量F
F＝(du×C+U/R)/(SQe) (6)
式中参量的与公式(5)相同。
当入射高能电子与流出电流达到平衡时，du变化很小时
Figure BDA0002461670490000081
式中参量同公式(5)。
根据公式(6)或公式(7)推算深层充电电压U及其变化量du对应的入射到介质表面高能电子通量F。
六、计算入射到深层充电装置的高能电子通量F0
F为单一能量的高能电子束(通量为F0)穿过屏蔽层后的通量，根据公式(3)可计算高能电子经过屏蔽层后的透过率rat，则有：
F0＝F/rat (8)
七、对高能电子探测器进行定标
读取高能电子探测器的计数，并结合高能电子探测器计数和几何因子，能够计算出高能电子探测器得到的高能电子通量探测值Fd。
根据深层充电装置2的高能电子通量F0与高能电子探测器3的高能电子通量的探测值Fd，根据公式C＝F0/Fd获得常数C；其中常数C为多次测量后的平均值。将空间高能电子探测器的高能电子通量探测值Fd’乘以常数C，得到空间的高能电子通量F0’。
下面以一次模拟的高能电子通量测量为例说明根据深层充电电压反演高能电子通量的过程，如图3所示，并对高能电子探测器进行定标。
本实施例采用的屏蔽层的材料为纯铝材质，密度：2.7g/cm3，介质层的材料为聚四氟乙烯，密度为1.8g/cm3。入射高能电子束流的能量为1MeV。
一、计算屏蔽层的厚度r0
通过高能电子能量代入公式(1)，计算得到高能电子的最大射程r为：0.685g/cm2；再将高能电子能量代入公式(2)，得到临界衰减厚度a为0.283g/cm2。在本实施例中，选择r0＝r-a，则屏蔽层厚度r0为0.402g/cm2，折合成纯铝为0.149cm，屏蔽层厚度选择为0.14cm。
将屏蔽层厚度带入公式(3)，得到1MeV高能电子的透过率为：rat＝1。
二、计算介质层的厚度r2
计算介质层的厚度r2，使之即能够沉积所有入射电子，又能使沉积电子分布对深层充电电压影响最小。由公式(2)可计算得到临界衰减厚度a为0.283g/cm2，在本实施例中，选择r2＝r0–r+2a，则r2＝0.283g/cm2，折合成聚四氟乙烯，介质层厚度为0.157cm，为保证收集电子完全，选取的介质层厚度为0.16cm。
经测量，屏蔽层和介质层的面积S为5cm2，介质层的体电阻率为2ⅹ1013Ω·cm，计算得到电阻R＝6.4ⅹ1011Ω，介质层的电容C为5pF。
三、搭建实施例1的高能电子探测器的定标装置
将介质层22和屏蔽层21按照图2所示的方式搭建，组装成深层充电装置2，连接测量电路23，置于真空环境中，并用1MeV高能电子束流进行照射。
将特定能量高能电子的深层充电装置2和待标定的高能电子探测器3置于真空罐中，其中深层充电装置2与高能电子发生装置3并排设置于高能电子发生装置1产生的高能电子束流前，且深层充电装置2与高能电子探测器3沿高能电子束流发射方向的中心轴线呈对称分布，如图3所示。
四、获取深层充电电压U，计算介质层的深层充电电压的变化量du
根据测量电路23测得，在t时刻时测得的深层充电电压U为4V，在t-1时刻时的电压为3.99V，深层充电电压变化量du为0.01V，两个时间点的时差为1s。
五、计算入射到介质表面的高能电子通量F
将du和U的值代入公式(6)，得到高能电子通量F为7.8ⅹ106cm-2s-1。
六、计算入射到深层充电装置表面的高能电子通量F0
将第一步得到的透过率rat值和第五步得到的介质表面高能电子通量F值带入公式(8)，得到入射到深层充电装置表面的高能电子通量F0为：7.8ⅹ106cm-2s-1。在本实施例中，屏蔽层的厚度设置为低于临界衰减值，因此，屏蔽层不对该能量的高能电子束流形成衰减，因此屏蔽层对从外部透过屏蔽层入射到介质的通量不构成影响。
七、对高能电子探测器进行定标
在高能电子通量足够大的条件下，深层充电装置和高能电子探测器所在位置的通量基本相同。读取深层充电电压和深层充电电压的变化量通过前述六个步骤，可反演出高能电子的通量F0。
根据高能电子探测器计数，并结合反映高能电子探测器接收面积和方向作用的参数，即几何因子，能够计算出高能电子探测器得到的高能电子通量探测值Fd。
将多次深层充电测量得到的的反演高能电子的通量F0与高能电子通量探测值Fd之比取平均值得到常数C，即称之为定标常数。C值的计算公式如下：
C＝F0/Fd (9)
在实际高能电子探测任务中对高能电子探测器的通量进行探测时，将高能电子探测器在卫星上测得的Fd’乘以地面试验得到的常数C，即可得到空间中的高能电子通量F0’。
实施例3
本实施例公开了一种根据深层充电电压反演高能电子通量的方法，包括：确定深层充电装置中屏蔽层的厚度和介质层的厚度，以搭建深层充电装置；向深层充电装置发射特定能量的高能电子束；获得深层充电装置的深层充电电压U以及深层充电电压变化量du；根据深层充电电压的变化量du和深层充电电压U计算入射到介质层表面的高能电子通量F；计算入射至屏蔽层的电子通量变化率rat；根据电子通量变化率rat和F，计算入射至深层充电装置的高能电子通量F0；其中F0＝F/rat，F＝(du×C+U/R)/(SQe)；其中：S为深层充电装置的介质面积，单位为cm2；Qe为电子电荷量，C为深层充电装置的介质电容，R为深层充电装置的介质电阻。
在本实施例的一个优选实施例中，根据以下公式计算电子通量变化率rat：
Figure BDA0002461670490000111
r为能量为E的高能电子的最大射程；a为电子通量发生衰减的临界厚度；r0为屏蔽层的厚度。
优选地，屏蔽层的厚度r0≤r-a；其中，
Figure BDA0002461670490000112
a＝min(0.283E,r)；
E为高能电子的能量；r为能量为E的高能电子的最大射程；a为电子通量发生衰减的临界厚度。优选地，介质层的厚度r2≥r0–r+2a。优选地，获得深层充电装置的深层充电电压U以及深层充电电压变化量du，还包括以下步骤：读取t-1时刻深层充电装置的深层充电电压Ut-1以及t时刻深层充电装置的深层充电电压Ut；由以下公式计算深层充电电压变化量du：du＝Ut-Ut-1。
下面以一次模拟的高能电子通量测量为例说明根据深层充电电压反演高能电子通量的过程，如图3所示。
本实施例采用的屏蔽层的材料为纯铝材质，密度：2.7g/cm3，介质层的材料为聚四氟乙烯，密度为1.8g/cm3。入射高能电子束流的能量为1.5MeV。
一、计算屏蔽层的厚度r0
通过高能电子能量代入公式(1)，计算得到高能电子的最大射程为：0.974g/cm2；再将高能电子能量代入公式(2)，得到临界衰减厚度a为0.283g/cm2。在本实施例中，选择r0＝r-a，屏蔽层厚度r0为0.691g/cm2，折合成纯铝为0.256cm，因此，屏蔽层厚度r0选择为0.25cm。
由公式(3)可计算得到透过率：rat＝1。
二、计算介质层的厚度r2
计算介质层的厚度r2，使之即能够沉积所有入射电子，又能使沉积电子分布对深层充电电压影响最小。由公式(2)可计算得到临界衰减厚度a为0.283g/cm2，在本实施例中，选择r2＝r0–r+2a，则r2＝0.283g/cm2，折合成聚四氟乙烯，介质层厚度为0.157cm，为保证收集电子完全，选取的介质层厚度为0.16cm。
经测量，屏蔽层和介质层的面积S为5cm2，介质层的体电阻率为2ⅹ1013Ω·cm，计算得到电阻R＝6.4ⅹ1011Ω，介质层的电容C为5pF。
三、搭建深层充电装置
将上述介质层22和屏蔽层21按照图2所示的方式搭建，组装成深层充电装置2，并连接测量电路23，置于真空环境中，并用1MeV高能电子束流进行照射。
四、获取深层充电电压U，计算介质层的深层充电电压的变化量du
根据测量电路测得，在t时刻时测得的深层充电电压U为2V，在t-1时刻时的电压为1.98V，深层充电电压变化量du为0.02V，两个时间点的时差为1s。
五、计算高能电子通量F
将du和U的值代入公式(6)，得到高能电子通量F为4ⅹ106cm-2s-1。
六、计算入射到深层充电装置表面的高能电子通量F0
将第一步得到的透过率rat值和第五步得到的介质表面高能电子通量F值带入公式(8)，得到入射到深层充电装置表面的高能电子通量F0为：4ⅹ106cm-2s-1。
综上所述，本发明的高能电子探测器的定标装置、方法及反演高能电子通量方法至少具备如下有益效果：
本发明的高能电子探测器的定标装置包括深层充电装置、高能电子探测器和高能电子发射装置，通过三者的位置设置使得入射深层充电装置的高能电子束通量和入射高能电子探测器的高能电子束通量相同；计算深层充电装置的高能电子通量，结合高能电子探测器的计数和几何因子计算高能电子探测器的高能电子通量，对高能电子探测器进行标定。该定标装置易于实现，操作简单，为定量测量高能电子的动态通量提供了硬件支持。
本发明的反演高能电子通量方法通过对入射至深层充电装置介质层表面的高能电子通量F和入射至深层充电装置屏蔽层的电子通量变化率rat的计算，得到入射至深层充电装置的高能电子通量F0。该方法能够通过深层充电装置反演得到入射至深层充电装置的准确的高能电子通量，进而为高能电子探测器的定标提供理论依据。
本发明的高能电子探测器的定标方法，采用本发明的上述定标装置以及反演高能电子通量方法，由于深层充电装置和高能电子探测器的位置设置，使得二者所在位置的通量基本相同，因此根据上述得到的深层充电装置的高能电子通量便可实现对高能电子探测器定标。
综上，本发明提供了一种易于实现、并且结果准确的定量化测量不同能量的高能电子通量的手段。
本具体的实施例仅仅是对本发明的解释，而并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (15)

1.一种高能电子探测器的定标装置，其特征在于，包括：高能电子发生装置、深层充电装置以及高能电子探测器，其中所述深层充电装置与所述高能电子探测器均设置于所述高能电子发生装置的后端，以接收所述高能电子发生装置发射的高能电子束。
2.根据权利要求1所述的高能电子探测器的定标装置，其特征在于，所述深层充电装置与所述高能电子发生装置并排设置，且所述深层充电装置与所述高能电子探测器沿所述高能电子束发射方向的中心轴线呈对称分布。
3.一种高能电子探测器的定标方法，其特征在于，所述定标方法采用权利要求1～2中任一项所述的定标装置，包括：
同时向深层充电装置和高能电子探测器发射高能电子束；
计算发射至所述深层充电装置的高能电子通量F0；
计算所述高能电子探测器的高能电子通量探测值Fd；
根据所述深层充电装置的高能电子通量F0与所述高能电子探测器的高能电子通量探测值Fd对空间高能电子探测器进行定标。
4.根据权利要求3所述的高能电子探测器的定标方法，其特征在于，计算发射至所述深层充电装置的高能电子通量包括以下步骤：
计算入射至所述深层充电装置介质层表面的高能电子通量F和计算入射至所述深层充电装置屏蔽层的电子通量变化率rat；
根据所述深层充电装置屏蔽层的电子通量变化率rat和入射至所述深层充电装置介质层表面的高能电子通量F，计算入射至所述深层充电装置的高能电子通量F0；
其中F0＝F/rat。
5.根据权利要求4所述的高能电子探测器的定标方法，其特征在于，计算入射至所述深层充电装置介质层表面的高能电子通量F包括以下步骤：
获取所述深层充电装置的深层充电电压U；
根据所述深层充电电压U计算深层充电电压变化量du；
根据所述深层充电电压的变化量du和所述深层充电电压U计算入射至所述深层充电装置介质层表面的高能电子通量F；
其中，du＝(SFQe-U/R)/C，F＝(du×C+U/R)/(SQe)，
S为所述深层充电装置的介质面积，单位为cm2；Qe为电子电荷量，C为所述深层充电装置的介质电容，R为所述深层充电装置的介质电阻。
6.根据权利要求4所述的反演高能电子通量的方法，其特征在于，根据以下公式计算所述电子通量变化率rat：
Figure FDA0002461670480000021
r为能量为E的高能电子的最大射程；a为电子通量发生衰减的临界厚度；r0为屏蔽层的厚度。
7.根据权利要求3所述的高能电子探测器的定标方法，其特征在于，根据所述深层充电装置的高能电子通量F0与所述高能电子探测器的高能电子通量探测值Fd对空间高能电子探测器进行定标还包括以下步骤：
根据公式C＝F0/Fd获得常数C；
将所述空间高能电子探测器的高能电子通量探测值Fd’乘以常数C，得到空间的高能电子通量F0’。
8.根据权利要求3所述的高能电子探测器的定标方法，其特征在于，还包括以下步骤：
计算所述深层充电装置的屏蔽层的厚度r0；
计算所述屏蔽层所对应的所述深层充电装置的介质层的厚度r2；
在所述介质层上设置深层充电电压测量电路。
9.根据权利要求8所述的高能电子探测器的定标方法，其特征在于，所述屏蔽层的厚度r0≥r-a；
其中，
Figure FDA0002461670480000022
a＝min(0.283E,r)；
E为高能电子的能量；r为能量为E的高能电子的最大射程；a为电子通量发生衰减的临界厚度。
10.根据权利要求9所述的高能电子探测器的定标方法，其特征在于，所述介质层的厚度r2≥r0–r+2a。
11.一种反演高能电子通量的方法，其特征在于，包括：
确定所述深层充电装置中屏蔽层的厚度和介质层的厚度，以搭建所述深层充电装置；
向所述深层充电装置发射特定能量的高能电子束；
获得所述深层充电装置的深层充电电压U以及深层充电电压变化量du；
根据所述深层充电电压的变化量du和所述深层充电电压U计算入射到介质层表面的高能电子通量F；
计算入射至所述屏蔽层的电子通量变化率rat；
根据所述电子通量变化率rat和F，计算入射至所述深层充电装置的高能电子通量F0；
其中F0＝F/rat，F＝(du×C+U/R)/(SQe)；
其中：S为所述深层充电装置的介质面积，单位为cm2；Qe为电子电荷量，C为所述深层充电装置的介质电容，R为所述深层充电装置的介质电阻。
12.根据权利要求11所述的反演高能电子通量的方法，其特征在于，根据以下公式计算所述电子通量变化率rat：
Figure FDA0002461670480000031
r为能量为E的高能电子的最大射程；a为电子通量发生衰减的临界厚度；r0为屏蔽层的厚度。
13.根据权利要求11所述的反演高能电子通量的方法，其特征在于，所述屏蔽层的厚度r0≤r-a；
其中，
Figure FDA0002461670480000032
a＝min(0.283E,r)；
E为高能电子的能量；r为能量为E的高能电子的最大射程；a为电子通量发生衰减的临界厚度。
14.根据权利要求11所述的反演高能电子通量的方法，其特征在于，所述介质层的厚度r2≥r0–r+2a。
15.根据权利要求11所述的反演高能电子通量的方法，其特征在于，获得所述深层充电装置的深层充电电压U以及深层充电电压变化量du，还包括以下步骤：
读取t-1时刻所述深层充电装置的深层充电电压Ut-1以及t时刻所述深层充电装置的深层充电电压Ut；
由以下公式计算所述深层充电电压变化量du：du＝Ut-Ut-1。
CN202010321684.0A 2020-04-22 2020-04-22 高能电子探测器定标装置、方法及反演高能电子通量方法 Active CN113534234B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010321684.0A CN113534234B (zh) 2020-04-22 2020-04-22 高能电子探测器定标装置、方法及反演高能电子通量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010321684.0A CN113534234B (zh) 2020-04-22 2020-04-22 高能电子探测器定标装置、方法及反演高能电子通量方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113534234A true CN113534234A (zh) 2021-10-22
CN113534234B CN113534234B (zh) 2024-09-10

Family

ID=78123988

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010321684.0A Active CN113534234B (zh) 2020-04-22 2020-04-22 高能电子探测器定标装置、方法及反演高能电子通量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113534234B (zh)

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2329180A1 (en) * 1998-10-06 2000-04-13 University Of Washington Charged particle beam detection system
US20100237252A1 (en) * 2009-03-20 2010-09-23 Liang Jin Method of high-energy particle imaging by computing a difference between sampled pixel voltages
CN102085920A (zh) * 2009-12-04 2011-06-08 北京卫星环境工程研究所 低地轨道空间原子氧、紫外、电子综合环境地面模拟系统
CN102207462A (zh) * 2011-05-13 2011-10-05 中国科学院上海光学精密机械研究所 荧光板电子束成像系统对高能电子束电量响应的标定方法
US20120128131A1 (en) * 2010-11-19 2012-05-24 Siemens Aktiengesellschaft Device And Method For Calibrating An X-Ray Detector, Calibration Apparatus And X-Ray Apparatus
CN102508125A (zh) * 2011-10-19 2012-06-20 中国航天科技集团公司第五研究院第五一〇研究所 一种利用在轨数据预示卫星深层介质放电是否危险的方法
CN103454315A (zh) * 2013-09-16 2013-12-18 中国科学院空间科学与应用研究中心 一种测量航天器介质材料深层充电特征参数的装置及方法
CN105528507A (zh) * 2014-09-28 2016-04-27 中国科学院空间科学与应用研究中心 一种用于评估卫星深层充电的风险的方法
US20170184737A1 (en) * 2015-12-28 2017-06-29 L-3 Communications Security & Detection Systems, Inc. Reference detector for correcting fluctuations in dose and energy of x-ray sources
CN110231643A (zh) * 2019-06-28 2019-09-13 国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心) 高能电子暴事件的预报方法、装置及一种存储介质和设备
CN110376636A (zh) * 2019-07-10 2019-10-25 中国科学院近代物理研究所 深空用反符合探测器的探测效率标定方法及标定系统
CN110531399A (zh) * 2019-09-02 2019-12-03 北京卫星环境工程研究所 航天器在轨故障预警与甄别装置
CN110531400A (zh) * 2019-09-02 2019-12-03 北京卫星环境工程研究所 航天器在轨辐射风险探测装置

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2329180A1 (en) * 1998-10-06 2000-04-13 University Of Washington Charged particle beam detection system
US20100237252A1 (en) * 2009-03-20 2010-09-23 Liang Jin Method of high-energy particle imaging by computing a difference between sampled pixel voltages
CN102085920A (zh) * 2009-12-04 2011-06-08 北京卫星环境工程研究所 低地轨道空间原子氧、紫外、电子综合环境地面模拟系统
US20120128131A1 (en) * 2010-11-19 2012-05-24 Siemens Aktiengesellschaft Device And Method For Calibrating An X-Ray Detector, Calibration Apparatus And X-Ray Apparatus
CN102207462A (zh) * 2011-05-13 2011-10-05 中国科学院上海光学精密机械研究所 荧光板电子束成像系统对高能电子束电量响应的标定方法
CN102508125A (zh) * 2011-10-19 2012-06-20 中国航天科技集团公司第五研究院第五一〇研究所 一种利用在轨数据预示卫星深层介质放电是否危险的方法
CN103454315A (zh) * 2013-09-16 2013-12-18 中国科学院空间科学与应用研究中心 一种测量航天器介质材料深层充电特征参数的装置及方法
CN105528507A (zh) * 2014-09-28 2016-04-27 中国科学院空间科学与应用研究中心 一种用于评估卫星深层充电的风险的方法
US20170184737A1 (en) * 2015-12-28 2017-06-29 L-3 Communications Security & Detection Systems, Inc. Reference detector for correcting fluctuations in dose and energy of x-ray sources
CN110231643A (zh) * 2019-06-28 2019-09-13 国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心) 高能电子暴事件的预报方法、装置及一种存储介质和设备
CN110376636A (zh) * 2019-07-10 2019-10-25 中国科学院近代物理研究所 深空用反符合探测器的探测效率标定方法及标定系统
CN110531399A (zh) * 2019-09-02 2019-12-03 北京卫星环境工程研究所 航天器在轨故障预警与甄别装置
CN110531400A (zh) * 2019-09-02 2019-12-03 北京卫星环境工程研究所 航天器在轨辐射风险探测装置

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LINDSTROM, CD ET AL.: ""The Compact Environmental Anomaly Sensor Risk Reduction: A Pathfinder for Operational Energetic Charged Particle Sensors"", 《NUCLEAR SCIENCE》, 31 January 2018 (2018-01-31) *
全荣辉: ""航天器介质深层充放电特征及其影响"", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》, 15 December 2009 (2009-12-15) *
杨垂柏: ""地球同步轨道航天器深层充放电探测研究"", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》, 15 October 2008 (2008-10-15) *
王春琴 等: ""FY2G卫星新一代高能带电粒子探测器观测数据分析"", 《地球物理学报》, 30 September 2016 (2016-09-30) *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113534234B (zh) 2024-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Michaelian et al. Proton-proton bremsstrahlung at 280 MeV
Pruitt et al. Determination of total x-ray beam energy with a calibrated ionization chamber
Kawade et al. The performance of the LHCf detector for hadronic showers
George et al. Very high energy calibration of silicon Timepix detectors
Baldini et al. Single-hit resolution measurement with MEG II drift chamber prototypes
Amsler et al. First results on light readout from the 1-ton ArDM liquid argon detector for dark matter searches
Bondar et al. X-ray ionization yields and energy spectra in liquid argon
Avolio et al. Test of the first BIL tracking chamber for the ATLAS muon spectrometer
Alviggi et al. Pixelated resistive bulk micromegas for tracking systems in high rate environment
Lasi et al. Shielding an MCP detector for a space-borne mass spectrometer against the harsh radiation environment in Jupiter’s magnetosphere
Lewis et al. The calibration of the Cassini–Huygens CAPS electron spectrometer
Bengtson et al. Broad-spectrum electron gun for laboratory simulation of orbital environments
CN113534234A (zh) 高能电子探测器定标装置、方法及反演高能电子通量方法
Scisciò et al. Transient electromagnetic fields generated in experiments at the PHELIX laser facility
Bamberger et al. The ZEUS forward plug calorimeter with lead–scintillator plates and WLS fiber readout
Åkesson et al. The ATLAS TRT straw proportional tubes: Performance at very high counting rate
Vysikaylo The analytic calculation of ionization-drift waves (3D-Strata) of nanosecond discharges: The determination of the cathode drop in nanosecond discharges according to the number of visualized plasma structures
Renk et al. Technique for inferring angle change as a function of time for high-current electron beams using a dose-rate monitor array
Vockert et al. Polarization reconstruction algorithm for a Compton polarimeter
Zhao et al. Measurements of classical transport of fast ions
Vasiliev et al. Characterization of GEM Detectors in the BM@ N Experiment
Ozok et al. Geant4 simulation of a conceptual calorimeter based on secondary electron emission
RU2581728C1 (ru) Фольговый зарядовый спектрограф
Lener The Micro-RWELL
Adriani et al. Tracker-In-Calorimeter (TIC): a calorimetric approach to tracking gamma rays in space experiments

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant