空间辐射磁屏蔽防护机理研究

摘要

空间辐射安全是深空探测载人航天星际飞行亟待解决的一个重要问题。地球空间辐射常用的传统质量厚度屏蔽被动防护技术已不能满足典型能量E＞1GeV/n的银河宇宙线的防护要求。磁防护，以装置构建灵活、质量代价低、防护能力强、工程技术易于实现的显著优势，成为未来空间辐射主动防护最具有应用前景的发展方向。为数不多的理论探索确认了主动屏蔽磁场的有效防护能力，对各磁场构型、端盖区和桶状区的屏蔽能力缺乏完整分析，磁防护理论有待进一步深入和完善。 论文考虑了端盖区与桶状区磁场结构、防护区尺寸、屏蔽磁场强度和厚度等因素，设计了八种屏蔽磁场构型，特别关注了桶状区与端盖区磁场组合在特定区域对粒子辐射防护的促进和反作用效果，并在此基础上针对典型GCRs提出了具有最佳防护效果的直线型屏蔽磁场构型3-A，通过Hoffman和3-A磁场构型进一步探究了屏蔽磁场侧面、z底面和-z底面各接收面的防护能力，为优化屏蔽磁场设计提供了思路。 论文主要研究结果如下： 当磁刚度BL一定时，屏蔽磁场强度B越大，截止动能越高，即防护效果越好。屏蔽磁场对Z≥2元素的屏蔽效率低于H元素。有限长直线型屏蔽磁场构型，端盖区无防护，整体屏蔽效果较差。 端盖区和桶状区采用不同的磁场结构产生的综合防护效果是有差异的，随屏蔽磁场厚度L和强度B变化，且并不一定是有利的。桶状区和端盖区均采用直线型磁场构型3-A屏蔽效果最佳。当取L=1.5m、B=18T时，对能量低于4GeV/n的太阳活动低年典型GCRs能谱，磁场构型3-A屏蔽效率可达94%。 Hoffman磁场构型对-z底面入射粒子的屏蔽能力弱，磁场构型3-A对侧面入射粒子的屏蔽能力弱。当磁场较强时，进入到防护区的辐射主要来自Hoffman（或3-A）磁场构型-z底面（或侧面）。磁刚度BL一定时，增大B使得回旋半径减小，从而减少了屏蔽能力薄弱区，但增大L对回旋半径并无影响，屏蔽能力薄弱区不变甚至在某些情况下会增大，导致屏蔽能力下降。

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