内辐射带质子和电子被动屏蔽

摘要

高能量/高通量的质子和电子环境对穿越地球内辐射带的椭圆轨道卫星造成超高剂量的累积辐射效应。代替传统单质铝屏蔽防护措施，提出一种用于屏蔽空间质子和电子的复合材料屏蔽结构。采用多层屏蔽程序（Multi-Layered Shielding Simulation Software,MULASSIS）对穿越内辐射带的卫星轨道质子和电子与4种屏蔽材料（聚乙烯、聚丙烯、钽、铝）相互作用进行仿真计算，比较分析屏蔽后的总剂量、位移剂量随4种屏蔽材料面密度变化规律。结果表明：相同面密度下4种不同材料轨道粒子综合屏蔽效能从大到小分别是：聚丙烯、聚乙烯、铝、钽，其中聚丙烯和聚乙烯对质子和电子的屏蔽效果几乎相同。综合考虑4种材料的质子和电子屏蔽效果及机械性能，设计采用聚乙烯/铝复合屏蔽结构。为保障穿越内辐射带的卫星在轨可靠运行，要求总剂量和位移剂量屏蔽防护目标分别为：50 krad（Si）、2×1010 p·cm-2（等效10 MeV质子）。仿真验证结果表明，实现上述卫星抗辐射防护指标条件下，聚乙烯/铝复合结构比单质铝结构节省了至少约27.8%屏蔽质量。