空间中子辐射监测正比计数器模拟与实验

摘要

在航天活动中，空间辐射环境是阻碍航天活动成功的至关重要因素，尤其在载人航天方面。而在空间辐射粒子中，中子由于其突出的生物效应而备受关注。因此，对空间中子辐射监测具有重要的意义。中子灵敏的正比计数器是一种重要的气体探测器，电场分布和气体特性对正比计数器的性能起着至关重要的作用。通过对正比计数器的工作条件、物理过程、输出信号的模拟分析，可以为提高探测器性能和设计新探测器提供支持和参考。
　　本文在探测器内电场分析的基础上，结合气体特性的计算，模拟了涂硼中子正比计数器的原电离、雪崩放大和输出信号，并进行了试验。使用有限元分析软件计算了几种探测器几何结构下的电场分布；计算了不同压强P10气体的特性参数；使用Garfield模拟了探测器内的物理过程和输出信号脉冲。为了检验硼转化层的有效作用，利用CR-39核径迹探测器进行了实验；用Am-Be中子源完成了探测器测试。研究结果表明，管壁开孔会使电场发生变化，输出信号甚至会有30％以上的变化；探测器模拟得到的放大倍数、输出信号与工作电压的关系曲线符合探测器正比工作特征；800V~1000V电压范围内探测器测量信号与模拟结果较符合。
　　总体而言，本文研究工作在两个方面获得了较大进展。首先，利用深层充电模型，分析了电子辐射可能引起的介质充电，充电介质中总电荷对探测器内电场有较大的影响，对Teflon材料，充电后可使探测器内电场强度增大许多倍，并在此基础上探讨了减小充电电荷的方法。其次，设计、搭建、调试了探测器真空系统和输气系统达到了预定的技术指标，该系统成功完成了各项试验中的气体循环工作。

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缩略词

第一章 绪论

1.1 空间辐射与辐射效应

1.2 探测器的模拟技术

1.3 本章小结

第二章 正比计数器内电场分析

2.1 探测器结构介绍

2.2 电场问题的解法

2.3 探测器电场分析

2.4 本章小结

第三章 正比计数器物理过程与输出信号模拟

3.1 模拟方法介绍

3.2 气体参数模拟

3.3 α粒子的原电离

3.4 漂移和雪崩放大的模拟

3.5 探测器的信号仿真

3.6 管壁存在开孔情况探测器模拟

3.7 正比计数器性能计算

3.7 本章小结

第四章 探测器实验

4.1 探测器硼转化层实验

4.2 探测器放射源测试实验

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

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