一、空间带电粒子能谱和通量分布探测的研究(论文文献综述)
谭文[1](2021)在《基于Si半导体的空间粒子辐射探测系统研究与设计》文中进行了进一步梳理空间辐射环境是宇宙空间探索和载人航天飞行面临的最主要风险因素之一。空间粒子探测对保障航天活动的正常进展和宇航员的生命安全,减少或消除带电粒子对航天器材料和宇航员的危害以及开展其他科学研究是至关重要的。目前,卫星搭载的空间粒子探测器载荷体积都比较大,难以满足宇航员随身携带的需求,并且应用于宇航员关键器官的剂量监测较少。为了解决这一问题,本文以近地轨道(Low Earth Orbit,LEO)空间的带电粒子为监测目标,设计了基于硅(Si)半导体探测器的便携式低噪声低功耗辐射剂量仪和多通道脉冲测量能谱仪。本文主要完成工作如下:首先,本文分析了 LEO空间的带电粒子能量和通量;对比了几种常见的探测器,选择了 Si作为探测带电粒子的传感器。本文通过Geant4模拟了质子和电子在Si中的沉积能量,确定了 Si探测器探测带电粒子的沉积能量范围为100KeV-6MeV。同时,针对Si和探测的沉积能量范围,本文设计了与之相匹配的辐射检测系统。其次,为了宇航员能够随身携带并实时测量,本文提出了一种低功耗低噪声的便携式剂量仪设计方案,该方案以低功耗MSP430FR6989单片机为核心控制器,结合放大电路、粒子能量甄别电路和偏压电路等实现了对带电粒子的测量。其中,本文设计了一种变压器,搭配倍压整流电路为Si提供30V的偏置电压;为了测量带电粒子在Si探测器中的沉积能量,本文设计了一种低噪声低功耗的电荷灵敏放大电路(Charge Sensitive Amplifier,CSA)和滤波成形电路,通过仿真验证了放大电路设计的准确性;为了提高剂量仪的能量分辨力和测量精度,本文设计了一种粒子能量甄别电路,设置可编程的比较阈值电压,通过测量脉冲信号的宽度以代替传统脉冲信号的幅度,大大降低了系统功耗。最后,根据所测脉冲信号宽度推算出带电粒子在Si探测器中的沉积能量,并计算得到剂量、剂量率、累计剂量率等信息。再次,为了探测空间中宇航员关键器官的辐射剂量,本文设计了一种多通道脉冲测量能谱仪。其中,Si探测器及其偏置电压和前端读出放大电路结构与剂量仪的保持一致。此外,本文在能谱仪中设计了基于LTC2295的ADC转换电路和基于XC7K325TFFG900核心板的FPGA外围电路等。ADC转换电路对放大后的脉冲信号进行采集,FPGA实现对脉冲信号峰值的提取、数据存储、计数和能谱成形等功能。本文设计了一款上位机软件—FPGA粒子探测,实现上位机与FPGA的指令控制和数据传输。最后,为了验证剂量仪和能谱仪设计的有效性和准确性,本文搭建了测试空间粒子辐射探测系统的实验平台。首先,测试了 Si探测器的暗电流和能量分辨率等参数;然后,采用函数信号发生器和放射源241Am(5486 KeV)、239Pu(5155 KeV)对剂量仪、能谱仪进行了测试。实验结果表明,本文设计的便携式剂量仪整机运行总功耗约为2.16 mW,线性拟合度高达99.5%,241Am能量分辨率约为2.63%;能谱仪通过多通道ADC采集脉冲信号的幅度值,并由FPGA中的峰值提取算法得到脉冲信号的峰值,最终将数据上传至FPGA粒子探测软件进行解析处理。
邹梓成[2](2021)在《地球和火星大气对粒子沉降的响应及其机制研究》文中研究指明行星际空间及近地空间内的高能带电粒子可以通过单粒子效应以及在大气中沉降对人类的生产生活产生影响。高能粒子沉降不仅可以通过电离、解离等过程影响电离层;还能通过一系列动力学、化学过程的相互作用改变中性大气的物理、化学性质。高能粒子对地球大气的加热效应在热层已经十分显着,但是在中问层仍不明显,大家目前关于中间层的响应仍无法达成统一的共识;粒子沉降在大气中沉积的能量在化学变化和动力学变化中所占比例至今也不甚清楚。在类地行星中,火星的自然条件与地球最接近,可以作为一个天然的实验环境来模拟地球。通过研究火星与地球上的粒子沉降,我们可以比较不同行星大气对粒子沉降的响应,从而使我们可以进一步探讨粒子沉降期间,与磁场有关的动力学效应和与大气成分改变有关的化学效应两者对大气影响的主次关系,从而更好发展行星科学,为国家深空探测服务。基于大量卫星观测数据和通过数值模式模拟,本文以高能粒子沉降为因,初步探究了地球和火星高层大气在高能质子和电子沉降期间的动力学和化学响应问题。主要研究工作如下:(1)在观测上验证了质子沉降对大气化学平衡的影响机制我们使用GOES 13卫星的质子探测数据筛选自2012年至2017年间发生的7次大型太阳质子事件;并利用电离率数据得到预期的中间层化学成分的变化。然后,利用Aura MLS的观测数据,我们验证了太阳质子事件期间极区中高层大气中HO2和O3分别出现大量增加和消耗的现象。最后,通过对响应进行叠加平均和相关性分析,我们第一次给出了两者在时间上的变化相关关系,从观测上验证了 HO2增加是O3减少的原因。(2)首次利用观测数据统计发现中间层在高能电子沉降期间被加热并下降统计结果显示AE指数由弱转强期间在磁纬55-70°内能够产生高能电子沉降。POES系列卫星探测的电子通量在强地磁活动期间有数量级上的增长。高能电子沉降期间高磁纬地区的高中间层至低热层大气发生增温,并且增温的时间和空间范围与电子沉降基本保持一致。通过时间叠加分析,磁纬55-70°内统计结果显示:100 km处的大气最大温度增量可以达到10K以上,在93km处仍有2K以上的显着性增温;中间层顶在被加热的同时也伴随着0.5-2km的下降。我们认为中间层顶下降的原因主要是由于中间层顶附近被加热,温度梯度发生变化,而冬夏半球高纬地区的中间层顶的结构差异进一步导致了中间层顶对电子沉降的响应的显着性。相比之下,冬季中高纬地区的中间层顶对电子沉降有比较显着的响应,而夏季半球的响应在统计结果上来看并不明显。(3)给出火星夜间电离层剖面中粒子沉降产生与化学反应损失速率之间的定性关系使用MAVEN搭载的SEP、SWEA、SWIA、NGIMS的联合观测数据,我们首先分析了粒子沉降期间的中性大气温度,发现粒子沉降导致的可能温度变化要小于通过NGIMS反演的不同轨道间探测的温度波动,没有显着的加热现象,可能是由以下几个原因造成的:1、火星上缺乏统一的粒子沉降区域;2、反演温度的数据量不足,难以给出有效的温度变化;3、温度反演的算法仍有改进空间。其次,我们分析了夜间火星电离层对粒子沉降的响应,发现在200km以下的每个剖面中,可以大量通过与高能粒子碰撞电离产生的离子成分(CO2+和O+)与SWEA探测的超热电子沉降有比较好的正相关,出现频次最高的相关系数范围可达0.6-0.7;而主要通过离子化学反应生成的离子成分(O2+)则相关性较差,在0.1左右。说明CO2+和O+的化学寿命要长于超热电子通量变化的时间尺度。
魏阳东[3](2021)在《用于大气中子辐照谱仪的快中子探测器研制》文中研究指明大气中子可以诱发电子器件发生单粒子效应,可能导致在地球表面以及空天环境下工作的电子设备发生故障,这对于人们的生产生活,包括航空、通讯、科学研究等各个方面都会造成危害。通过用高通量的中子束流对电子设备进行辐照,可快速测试其抗辐照性能和单粒子效应的容错性。近些年来,国际上中子源都会为这些“加速测试”研究开设一条专用的中子辐照束线。中国散裂中子源(Chinese Spallation Neutron Source,CSNS)计划建设的大气中子辐照谱仪将填补我国全能谱大气中子辐照环境的空白,为用户提供一个国际领先的大气中子辐照试验平台。为了给实验测试提供归一化参数,提高实验测试的精度,中子谱仪一般需要束流监测器实时监测中子通量的变化。此外根据大气中子辐照谱仪的特性及用途,还要求束流监测器具备二维位置分辨能力。目前,基于GEM(Gas Electron Multiplier)的气体探测器因其具有高计数率、良好的时间分辨和位置分辨等性能被广泛应用于各类束流监测器及高分辨率谱仪。CSNS已建成谱仪使用的束流监测器之一就是一种自研的基于涂硼GEM热中子束流监测器,目前该监测器已稳定运行了三年,取得了很好的成果。借鉴涂硼GEM热中子监测器技术开发经验,基于核裂变或核反冲法可研制出适合快中子束流监测的GEM快中子探测器。本文通过模拟和实验对基于GEM的快中子探测器进行了研究。使用Geant4模拟了探测器的物理过程,得到一套适用于快中子探测器的结构优化方案,并确定了2 mm聚乙烯快中子转换层,200μm阻止层,4 mm工作气体以及气体比分(90%Ar+10%CO2)等探测器结构参数。探测器在此结构下对7 Me V、10 Me V和14 Me V快中子具有大于0.2‰的探测效率,并能保证次级粒子在气体中有足够的能量沉积,良好的n/γ信噪比,较好的位置分辨。开展了快中子探测器关键器件的制作工艺研究,完成了一套快中子探测器样机的制作并利用中子束流对其性能进行了实验测试。测试结果表明,探测器具有较好的快中子探测能力,可开展中子束斑的二维成像探测,位置分辨率达3 mm,总体上可以满足大气中子辐照谱仪的束流监测需求。
吴晗[4](2020)在《外辐射带相对论电子通量长期倒空事件的研究》文中提出随着各国对太空探索的不断深入,越来越多的航天器发射升空,稳定的空间环境对卫星的安全保障至关重要。地球辐射带是充满着高能带电粒子的区域,尤其是外辐射带中MeV能量电子会对卫星安全造成巨大威胁,人们越来越需要提高对这些“杀手”电子行为过程的认识。地球辐射带易受太阳风、行星际条件和地磁活动水平影响,变化的太阳风条件和地磁活动水平在磁层里激发的波动也时刻影响着辐射带高能电子含量。虽然关于地球辐射带的研究已有数十年的历史,但我们仍然不能在给定特定太阳驱动和边界条件下,准确无误地再现辐射带中高能粒子的行为。辐射带中存在着这样一类物理现象,即电子通量倒空现象,这类现象在不同L范围、不同磁地方时,不同电子能段有着不同的分布特征。以往研究工作的关注点在相对论电子通量显着变化的阶段,来研究分析导致这种显着变化的内在原因,例如太阳风条件的调制作用、磁暴对电子通量的影响,内在的波粒相互作用机制等。与前人研究工作不同的是:(1)本文对MeV相对论电子通量长期倒空现象进行了系统的研究。从跨度约1.5个太阳活动周此类事件随太阳活动水平的分布特征得出,在太阳周峰年和谷年,太阳活动水平的高低不能完全决定相对论电子通量长期倒空事件的发生率的结论。(2)本文还在前人研究的基础上,引进了更多的参数来分析和探讨相对论电子通量长期倒空事件的客观规律和产生机制。统计研究结果表明,等离子体层顶高度、磁层顶高度以及ULF波强度在事件发生前后都有普遍的变化规律,这一结论可以为后续辐射带预报建模提供很好的理论基础。(3)本文关于相对论电子通量长期倒空现象的统计工作中,最重要的发现就是:在长达17年内,同步轨道上相对论电子通量维持长期倒空状态时,无大磁暴发生。这一研究结果充分说明虽然磁暴发生与否不能决定暴后电子通量的变化,但磁暴强度仍然可以在一定程度上影响相对论电子通量的高低。(4)此外,本文还根据2000-2016年间相对论电子通量长期倒空现象发生时各参数的分布特征制定阈值,预估2017-2019年相对论电子通量长期倒空事件。在满足所有条件时,相对论电子通量大部分出现1-2天后下降的现象。并且大磁暴期间相对论电子通量确实没有发生长期倒空现象,也很难同时满足多个条件。(5)在相对论电子通量长期倒空的统计研究工作中,有一类特殊的物理现象,即相对论电子通量可以在两次连续的磁暴过程中维持长时间的倒空状态,这种现象在长达17年的统计事件里仅发生数次,目前国际上也没有对此类事例相关的研究工作。本文对2016年1月31日至2月5日连续两次磁暴发生期间,相对论电子通量长时间倒空现象进行了详细的物理机制的分析。结果表明:在弱的太阳风扰动和中小强度磁暴发生期间,略微压缩的磁层顶和外向的径向扩散是相对论电子通量在外辐射带外边缘区域下降至背景通量水平,外辐射带中心区域通量下降幅度较小的原因。磁暴恢复相期间,IMF Bz分量以北向分布为主抑制了磁层内一些加速活动,因此相对论电子通量得以维持在背景通量水平。直到增强的ULF波活动与长时间的合声波活动发生时,相对论电子通量才显着增强。这个事例突出了相对论电子通量在两次磁暴过程期间的不同变化,并且充分体现了无EMIC波散射损失机制时,受径向扩散作用在不同L区域相对论电子通量的不同变化特性。(6)通过深入研究还发现,在上述两次磁暴期间,能量较低的keV电子通量和能量较高的MeV电子通量变化有着不同的表现:只有MeV电子通量才能维持长时间倒空状态。在外辐射带电子通量最大值高度的变化上,keV电子与MeV电子可以呈现截然相反的变化趋势。能量越低的电子对亚暴活动更敏感,更能快速地恢复暴前水平或远超暴前水平。在有合声波作用时且没有强烈的损失机制发生时,ULF波强度越高,keV电子加速到MeV电子所需时间约短。本文的研究结果揭示了相对论电子通量长期倒空现象的分布、形成和维持原因,连续两次磁暴过程期间相对论电子通量长期倒空事例也提供了很多有意思并且值得深入的物理现象,为未来辐射带的研究提供了更多的参考和可能性。
穆磊[5](2020)在《EAST上中性粒子对第一壁材料腐蚀研究》文中认为在托卡马克装置中,面向等离子体部件表面存在一些不与等离子体直接接触的区域,即所谓的磁场阴影区,其材料腐蚀与沉积过程很大程度上由电荷交换反应产生的中性粒子所决定,直接影响着材料寿命与装置中的燃料滞留。但目前托卡马克上中性粒子的产生规律尚不清楚,因此很难准确预测中性粒子对未来聚变堆第一壁材料腐蚀与沉积的影响。本文从工程和物理实验两方面着手,一方面,在EAST中平面H窗口上设计并搭建了一套基于飞行时间(Timeof Flight,TOF)的低能中性粒子分析仪(Low Energy Neutral Particle Analyzer,LENPA)系统,测量中平面附近的中性粒子发射能谱:另一方面,利用材料与边界等离子体测试平台(Material and Plasma Evaluation System,MAPES)设计并开展了中性粒子对第一壁材料的腐蚀实验,获得了材料腐蚀的速率。同时,利用诊断测得的中性粒子能谱计算的腐蚀速率与实验结果对比,互相验证,把中性粒子诊断测量和材料辐照实验结合起来研究中性粒子对第一壁腐蚀的影响。LENPA系统基于TOF分析法,根据测量中性粒子在给定距离里的飞行时间,获得粒子的飞行速度、能量及其分布。EAST上的LENPA诊断系统主要有两个特点:首先,采用电子倍增管(Electron Multiplier,EM)直接接受入射中性粒子,并且利用光子入射信号标定中性粒子通过狭缝的时间;其次,数据采集系统可以实现最高1 GS/s采样率的连续超高速采集。诊断主要由五部分组成:真空泵组和真空监控、控制系统;粒子流控制系统;基于EM的粒子探测器系统;超高速数据采集系统;激光系统。真空泵组和真空监控、控制系统为整套诊断提供了真空环境,减少了中性粒子在飞行过程中的损失,保证了EM和斩波器的高真空工作条件。粒子流控制系统主体部分是斩波器,由分子泵改装完成,转盘上均布32道狭缝,转速最高300Hz。满转速运行条件下,中性粒子斩波周期为104μs。粒子探测器系统部分选用了 R595型EM,它的优点包括了高增益和极快的饱和恢复时间,在直接接受光子入射的情况下,可以快速从饱和状态恢复并继续对后续入射的中性粒子进行探测。数据采集系统通过选用高采样率的采集卡配合高速存储卡以及大容量数据存储模块可以实现最高1 GS/s采样率的连续超高速数据采集。激光系统由氦氖激光器和雪崩光电二极管模块组成,帮助完成了对系统的准直性标定。LENPA系统已投入EAST实验并成功测得中平面附近中性粒子能谱。通过信号幅值的不同辨认出光子峰,以光子峰为边界划分周期,并对多个周期内的中性粒子信号进行统计并结合相关参数计算得到狭缝处中性粒子发射能谱,为中性粒子对壁材料腐蚀速率的计算提供数据支持。在EAST装置上,依托MAPES开展了中性粒子对壁材料的腐蚀研究。采用铝(A1)涂层材料作为ITER第一壁材料铍的替代品并利用射频磁控溅射技术制备样品,设计了钼(Mo)套筒保护结构避免样品受到离子的轰击,实验前后利用卢瑟福背散射分析法测量A1涂层的厚度变化,确定辐照样品腐蚀大小。中性粒子对材料腐蚀实验在EAST上开展了两次,2018年的样品A和2019年的样品B的腐蚀速率分别为 1.18×1013 atoms cm-2 s-1 和 4.64×1013 atoms cm-2 s-1。利用EAST上LENPA诊断测得的中性粒子能谱配合D对Al的溅射产额计算得到了 D对Al的理论腐蚀速率,样品A和样品B分别为8.58×1012 atoms cm-2 s-1和4.66×1013atoms cm-2 s-1,与实验腐蚀速率非常接近。通过对溅射能谱的分析,发现因为径向位置的改变导致的腐蚀速率变化很小,导致样品A腐蚀速率低于样品B的主要原因是样品B辐照实验期间较高的等离子体密度和加热功率。由于低能区域的中性粒子通量远高于高能区域,大部分腐蚀由能量在500 eV以下的D粒子入射产生。同时将ASDEX装置和AUG装置上中性粒子能谱数据进行计算后发现,利用ASDEX上数据计算得到的理论腐蚀速率跟EAST很相似。而对于AUG装置,中性粒子能谱比EAST高很多,计算得到Al的理论腐蚀速率远大于实验值。EAST上的实验结果可以为未来聚变装置上中性粒子对材料腐蚀的预测提供参考。
侯东辉[6](2020)在《嫦娥四号LND辐射本底去除及中子反演》文中认为地球唯一的卫星-月球,一直是人类进行空间探测的重点。自1959年前苏联成功发射月球1号探测器,人类正式开始月球探测,并迎来了两次探月热潮。随着月球探测进程的深入推进,载人登月工程成为了新一轮研究热点。月球表面的粒子辐射环境,特别是中子辐射环境是威胁宇航员安全以及航天器可靠性的重要因素,因此对粒子辐射环境数据的准确性提出了更高的要求。近年来国内外对月球粒子辐射的探测集中在月球轨道高度,缺少来自月球表面的实测数据。月球表面的粒子辐射数据主要来自于模型计算,但是不同辐射模型得到的月表粒子辐射结果相差较大,因此迫切需要探测月球表面的粒子辐射环境,更新月球粒子辐射数据库,完善辐射模型。我国的“嫦娥四号”卫星是我国探月工程里程碑式的节点,并在国际上首次实现月球背面软着陆。在“嫦娥四号”着陆器上搭载的中德国际合作载荷-月表中子与辐射剂量探测仪(Lunar Lander Neutron&Dosimetry Experiment,LND)通过对月球表面的粒子辐射环境进行测量,服务于航天器与航天员辐射安全保障和空间科学研究。论文从LND的科学目标出发,介绍了LND仪器的物理设计和探测原理,重点研究并解决了如下三个关键问题:(1)放射源本底去除问题。由于在嫦娥四号着陆器上有RTG/RHU放射源,辐射产生中子和伽马射线,对LND的辐射测量造成了不可忽略的干扰。为了防止放射源对测量结果产生影响,在仪器完成后,设计开展了地面辐射实验。但是地面放射源辐射实验中LND测到的本底不仅来自于放射源,还有一部分是地面宇宙射线的贡献,要想获得地面放射源辐射实验中实际的放射源本底,可以通过有无放射源时的结果对比得到;此外地面放射源辐射场景和LND在月球表面工作的场景存在差别,比如地面实验时存在放射源粒子在四周墙壁和天花板散射引起的辐射本底,而在月球表面不存在这两种辐射本底,因此放射源本底去除的一个关键问题就是在地面实验数据中去除墙壁及天花板对测试结果的影响。针对该问题,论文提出了基于地面试验的本底去除方法。具体操作中在地面上使用RTG/RHUs核源,通过位置和屏蔽模拟核源对LND的实际影响,考虑实验条件对测试结果的影响,利用仪器地面辐射实验与GEANT4仿真相结合,提出了本底计算方法,解决了放射源本底修正问题;(2)伽马射线对中子测量的干扰问题。月球表面同时存在中子和伽马射线,我们所使用的探测材料为硅,该材料对中子和伽马射线均有敏感性。由于这两种粒子的探测原理类似,无法像带电粒子一样通过简单的反符合方法鉴别,因此中子和伽马射线的鉴别成为了反演月球表面中子能谱的一个关键问题。可以看到在无法直接利用物理方法鉴别的情况下,需要根据中子和伽马射线在LND中的响应特性,通过数值分析的方法去除伽马射线对中子反演的影响。针对该问题提出了通过提高测量阈值的方法减少伽马射线对中子测量的影响,提出了将中子伽马射线联合求解的方法进一步甄别出中子和伽马射线;(3)中子能谱的反演问题。中子能谱的入射值和测量值之间存在一定的映射关系,这种映射关系的表征称之为响应函数,是探测器的固有属性。中子能谱反演的实质是根据响应函数和测量值,反推出入射值,即求解线性方程组。但实际上反演中应用到的响应函数是利用蒙特卡洛仿真建模得到的,具有不确定性,和仪器真实的响应函数存在差别;测量值也非精确值,会存在仪器测量上的涨落。在响应函数和测量值均存在不确定性的情况下,方程组的求解难度大。响应函数的病态性和解的非负性进一步加大了反演难度。因此解决该问题的关键是选择合适的反演算法,在确保解非负性的前提下,提高解的稳定性,减小反演能谱与实际入射能谱之间的相对误差。针对该问题,提出了一种基于概率的联合代数迭代算法,用于解决LND的中子能谱反演问题,并通过数值实验验证了该方法的有效性。这些理论和方法为解决上述的关键问题提供了相应的策略。在此基础上,文中应用新提出的反演方法,根据LND探测器在月表前两个月昼的测量结果,给出了月表快中子的能谱的初步结果。本论文的工作是获得LND数据结果所必需的前期重要工作内容,直接影响数据质量和科学产出,通过本论文的工作不仅为LND的数据准确性提供了保障,还为我国嫦娥四号的科学产出提供有力的支持。
戴古月[7](2020)在《亚暴期内磁层粒子和波动演化研究》文中认为亚暴是内磁层演化的重要驱动源。亚暴注入的热粒子能够激发等离子体波动并通过共振或非共振作用影响内磁层环电流和辐射带的演化。在观测手段方面,本论文针对亚暴注入热质子开展了低能离子能谱仪的预研工作。在数据分析方面,本论文基于范艾伦探测器(RBSP)项目开展了亚暴期间磁声波的异常演化和亚暴活动主导的辐射带高能电子加速过程的研究。在第一章中,我们介绍了内磁层等离子体结构和其在磁暴和亚暴活动期间的演化,并引出本论文的主要研究内容。在第二章中,我们开展了空间低能离子能谱仪的预研工作。针对国家在中高轨三轴稳定卫星上的低能离子探测需求,我们参考国际上RBSP卫星以及几种主要的低能粒子检测手段,开展空间低能离子能谱仪中顶帽式静电分析器部分的尺寸设计和仿真工作。仿真结果表明设计方案可以实现半空间低能离子探测,能量分辨率、极角分辨和几何因子等仪器参数满足在空间环境中工作的实际需求。在第三章中,我们开展了亚暴期间磁声波异常演化的研究工作。亚暴热注入形成的10 keV左右的质子环分布结构能够通过伯恩斯坦模不稳定性激发磁声波。之前的研究工作受到观测手段的限制,只笼统地认为亚暴热质子注入有利于磁声波的激发。通过分析RBSP卫星数据,我们发现亚暴热质子注入在背景冷等离子体高密度区和低密度区都可以导致磁声波消失。增长的质子热压力能够扭曲背景磁场结构和冷等离子体密度分布,进而降低波动相速度,使得波动不能有效地从热等离子体共振吸收能量。与此同时,波动折射率杂乱无规则的空间分布也会降低磁声波的累积增长作用。对于强的亚暴注入事件,这种磁声波的消失区域在径向上覆盖0.5个地球半径、在环向上可能横跨2个磁地方时。这些结果更加精细化地展现了亚暴质子注入对于磁声波的影响。在第四章中,我们开展了亚暴活动主导的电子加速过程的研究工作。辐射带高能电子的加速机制是辐射带动力学演化研究的重要课题。之前的研究大多集中在磁暴期间,在磁暴期间,多种加速机制共同叠加作用,不利于厘清每种加速机制的贡献和行星际触发条件。通过分析RBSP卫星数据,我们发现南向行星际磁场能够触发磁层亚暴,促进等离子体片热电子注入内磁层,激发强烈的合声波,进而通过回旋共振过程在大L区间对辐射带电子进行本地加速。持续的本地加速过程使得高能电子相空间密度形成较大的径向梯度,为后续的绝热输运和径向扩散加速过程创造了有利条件。这些结果展示了行星际扰动引发地磁活动,促进等离子体波动演化,最终驱动辐射带电子加速的完整链条。在第五章中,我们总结已有的研究工作,并展望未来的研究方向。
乔冰强[8](2020)在《LHAASO-WCDA实验GRB观测及宇宙线传播研究》文中指出论文的主要内容包括两部分:1.LHAASO-WCDA实验高能GRB的年探测率预期及寻找;2.银河宇宙线的空间依赖传播研究。伽玛射线暴(GRBs)是宇宙大爆炸以来最剧烈的爆发现象,可以作为高红移探针对宇宙学进行研究,特别是对GRB GeV辐射的观测已经有了很多应用,例如测量河外背景光,严格限制洛伦兹不变性破缺效应等。目前大多数的GRB都是通过空间卫星实验直接观测到的,由于它们的有效面积较小、观测时间有限,很难观测到百GeV能区GRBs的伽玛辐射。而地面阵列实验具有大有效面积、低阈能、大视场及全天候观测的特点,通过对来自GRB方向的伽玛射线粒子经过广延大气簇射后产生的次级粒子进行方向、能量、芯位重建,间接推测出原初伽玛射线粒子的相关信息,在探测高能GRB方面具有相当大优势。WCDA实验,作为LHAASO实验的一个重要组成部分,将有潜力探测到百GeV能区的GRBs,为GRB的理论研究提供数据支持。我们通过一种参数化模拟的方法对WCDA实验高能GRB的年探测率进行了研究,首先,根据Fermi实验观测到的GRBs能谱和红移分布进行抽样,得到一个GRB样本;其次,将GRB的能谱外推到高能,并考虑EBL(Extragalactic Background Light)吸收及WCDA的有效面积,可以得到样本中每个GRB的所有参数信息;最后,假定额外高能成分占总光度的10%,通过分析得到WCDA实验平均一年可以探测到一个高能GRB。上面从理论的角度预期了 WCDA实验高能GRB的年探测率,接下来,我们基于WCDA实验寻找这些高能GRBs。由于数据质量的好坏直接影响寻找高能GRB的结果,我们首先对WCDA实验(1号水池)单粒子模式数据的计数率、阳极和打拿极电荷量、单路计数谱中三峰的峰位随时间变化进行了长期监测,发现这些量基本稳定不变,说明我们的探测器长期运行稳定,收集的数据质量良好。在此基础上,我们挑选出2019年6月至11月期间位于WCDA视场内、天顶角小于40°及fluence大于1 × 10-6 erg.cm-2的GRBs,根据空间卫星实验提供的位置预警信息,利用等天顶角法分析了它们的显着性,从二维天图的结果看显着性均小于5,并未发现明显的信号超出。然后,利用Helene近似法对这些GRBs的流强上限进行了估计。迄今为止,宇宙线的起源、加速及传播问题仍然是未解之谜。标准传播模型能够成功地解释观测到的宇宙线核子的幂律能谱,次级与初级粒子比以及弥散伽玛射线的分布等,但随着探测仪器精度的提高,观测到的宇宙线能谱和大尺度各向异性逐渐向高能延伸、结构也越来越复杂,比如:宇宙线核子的能谱在~200 GV以上变硬继而在10 TV左右变软,PeV能量附近全粒子谱的膝区以及大尺度各向异性幅度、相位演化在100 TeV左右的翻转等。这些新的观测结果给传统传播模型带来了挑战。我们基于空间依赖+邻近源模型研究了宇宙线不同成分的能谱及各向异性,发现模型预期结果可以同时很好地解释宇宙线不同核子能谱的复杂结构及各向异性幅度、相位在100 TeV左右的翻转,暗示着两者可能存在共同的起源。之后,我们还研究了各向异性对太阳垂直位置的依赖,通过分析各向异性垂直分量与径向分量比值随银河系外晕厚度、内晕厚度、银盘厚度及太阳位置垂直分量大小的变化关系,发现适当增大内晕厚度可以有效抑制垂直分量对总的各向异性贡献,使各向异性的预期结果能够更好地拟合观测,这说明我们的模型中内晕很厚。此外,根据各向异性模型预期结果对实验数据的拟合好坏,还可以确定太阳在银盘上的位置。针对宇宙线可能的反常扩散行为,我们也研究了一维反常扩散-分形布朗运动-的基本性质。
曾正魁[9](2020)在《双功能液态铅锂包层中子学实验与数值模拟研究》文中研究表明聚变包层是聚变堆的重要部件,具有氚增殖、能量转换、屏蔽等功能,是聚变堆中子学设计分析需考虑的关键部件之一。液态铅锂包层是一种极具发展潜力的聚变包层候选方案,具有氚增殖率高、可在线提氚和热效率高等优势,是目前国际聚变包层研究的重要方向。双功能液态铅锂(Dual Functional Lithium-Lead,缩写DFLL)包层是由中国科学院核能安全技术研究所·凤麟团队(简称凤麟团队)提出的高性能氚增殖包层设计方案,可用于演示和验证氦冷包层和氦/铅锂双冷包层技术。聚变包层中子学设计主要依靠中子学数值模拟计算,计算的准确性受计算软件、核数据库和仿真模型精细度等多因素的影响。为确保聚变堆的可靠运行,有必要通过中子学实验验证数值模拟计算的准确性。论文参考DFLL包层设计方案,利用DFLL中子学实验模块(简称DFLL模块)开展了多中子学参数的实验测量,并通过实验数据和数值模拟计算结果对比分析,验证了 DFLL包层中子学参数计算的准确性。在此基础上,针对中国聚变工程试验堆模型开展了 DFLL包层全堆中子学性能的计算分析与设计优化。主要研究内容与创新如下:(1)DFLL模块中子学实验研究。基于强流聚变中子源(HINEG)装置,利用DFLL中子学实验模块开展了产氚率和活化反应率等中子学参数测量实验。实验针对大尺寸模块中子学实验需要高通量中子的实验需求,发展了适用于旋转靶的强流中子源探测技术。利用铌活化箔与238U裂变电离室组合测量,解决了旋转靶无法利用伴随粒子法监测中子源强的技术问题,成功获取了旋转靶高精度源强分时数据,源强测量不确定度小于4.20%。在此基础上,实验采用Li2CO3片和多活化箔组,分别测量了包层中心轴线不同位置处的产氚率和活化反应率。其中,产氚率测量不确定度最大值为4.83%,活化反应率测量不确定度最大值为5.38%。(2)利用获取的中子学实验数据开展中子学计算验证。研究首先通过中子输运设计与安全评价软件系统“超级蒙卡”(简称SuperMC)依据DFLL模块中子学实验方案进行精确建模,并结合JEFF3.2和FENDL3.1数据库开展数值模拟计算,获得与实验对应的计算数据。其后,通过“计算实验对比”(简称C/E)分析评估中子学计算的准确性。研究显示不同中子活化箔反应率的C/E在0.78-1.10之间,产氚率C/E在1.04-1.08之间,计算与实验具有较好一致性。(3)DFLL包层全堆中子学优化设计。研究采用SuperMC构建了采用DFLL包层的中国聚变工程试验堆中子学模型,并针对可能影响全堆氚增殖性能的DFLL包层结构设计参数开展了敏感性量化分析,获得了包层不同结构对全堆增殖性能影响的敏感性趋势及规律,发现并指出第一壁护甲造成全堆氚增殖性能明显下降的现象及原因。通过对比不同第一壁护甲对氚增殖性能的影响,结合包层全堆优化布局,提出了可满足聚变堆氚自持要求的DFLL包层优化设计方案。综上所述,本文通过DFLL模块的中子学实验积累的强流中子源实验经验将为今后大尺寸模块中子学实验提供宝贵的经验。通过实验与数值模拟计算对比分析,验证了液态铅锂包层中子学数值模拟计算的准确性,为DFLL包层的全堆中子学分析与优化提供了依据。同时,开展的DFLL包层氚增殖性能敏感性趋势及规律分析和全堆中子学分析与优化,为中国聚变工程试验堆包层技术的发展和应用提供有力参考及技术支持。
吴正新[10](2020)在《航天器舱内辐射环境及空间剂量学应用研究》文中认为空间辐射环境对执行任务期的航天员产生健康风险,有可能会导致宇航员致癌。而空间辐射主要有三种来源:首先是地球俘获带(包含内辐射带与外辐射带),内辐射带主要由电子组成,外辐射带主要由质子组成,能量高达几百兆电子伏特,其次太阳粒子事件和银河宇宙射线(Galactic Cosmic Rays,GCR),这两种辐射源主要由高能质子和重离子(HZE)组成。NASA已经制定了辐射防护策略以限制风险,其中包括使用诸如屏蔽防护之类的对策,正确的风险评估取决于对航天器结构对入射空间辐射环境的屏蔽效果的准确评估。由于复杂的屏蔽几何结构起着重要作用,因此必须改进现有的输运程序以及计算人体组织内部的剂量沉积。航天器的计算机模拟通常用于显示航天器结构提供的等效剂量的减少。但是根据已发表的研究表明,增加屏蔽并不总是会导致等效剂量的减少。航天器发射要考虑发射成本,增加了屏蔽厚度相当于提高了航天器的重量。当这些高能粒子与航天器的结构和屏蔽材料相互作用时,高能质子和重离子会产生次级粒子,与初级入射粒子相比,次级粒子可能会造成更大的辐射生物损害,因此研究不同的次级粒子与物质相互作用对人体组织器官或者等效人体组织的吸收剂量及剂量当量至关重要。本论文主要讨论以下三个方面的内容,并得到了一些有价值的结论:1.基于Geant4计算程序建立了空间辐射环境高能粒子输运分析方法与工具,该工具能够分析单能和复合能谱的电子、质子、重离子入射航天器屏蔽模型后在舱内的次级辐射环境和剂量分布。通过积分的方法比较了四种材料的屏蔽性能,经过计算得出,无论是单能质子,阿尔法,氧离子,铁离子,穿过聚乙烯后水模体的吸收剂量最小,其次是水,碳钎维,穿过铝的吸收剂量值最大,从而说明四种材料的屏蔽性能依次为聚乙烯,水,碳钎维,铝最差。通过欧空局开发的用于空间辐射效应研究的GRAS(Geant4 Radiation Analysis for Space)软件包,计算了银河宇宙质子穿过圆柱体壳型与球壳型两种结构的空间舱产生的次级粒子能谱以及舱内ICRU(International Commission Radiological Units)球的剂量当量等物理信息,详细的比较了穿过等质量厚度的四种材料舱内的次级电子,光子,中子,质子,计算结果表明穿过聚乙烯生成的中子最少,其次是水,碳钎维,经过铝生成的中子通量最多,屏蔽材料为聚乙烯时,ICRU球的吸收剂量,剂量当量也是最小的。2.通过加速器试验方法验证了质子入射屏蔽材料后在等效人体组织内的深度剂量分布。现有的剂量深度分布测量主要是通过两种方法:一种是基于多薄层厚度的材料叠加,将数量较多的剂量片放置不同的夹层当中,材料被分割为多层,加工多层时会导致材料不规整,测量时缝隙里混入空气等因素的影响将导致测量结果产生较大的误差,另外一种方法是改变试验模体的厚度进行多次测量,测量程序繁琐,多次辐照,增加试验成本等缺点。而本文通过特制不同倾角的楔形材料辐照模体能实现一次性辐照即可得到整个模体的剂量深度分布,测量结果精确,可用于不同能量的质子,电子,光子等束流辐照材料的剂量深度分布测试,基于该结构的辐照模体,灵活,简易,适用于空间材料辐照效应的研究。计算时以面积计算分值来比较验证参数,计算值和测量值的偏差小于20%。对高能重离子的试验验证,采用和文献发表的测量值的比较方法,比较了C、O和Ne离子入射水模体的实验测量深度剂量分布值。其中有三种能量的C离子,三种能量的O离子,一种能量的Ne离子,计算结果和测量值符合较好,偏差小于20%。因而本实验建立的高能粒子输运分析方法是有效可用的。3.电离总剂量效应研究的辐照模拟源主要用60Co辐照源,因而准确的测量钴源辐照室内不同位置的剂量十分重要,为此本文通过自制的一套钴源剂量测试装置标定了钴源三维剂量场以及使用薄膜剂量片测试了该钴源的剂量增强因子。应用该便携式测量装置标定钴源三维剂量场,携带方便,测量结果精确,可在钴源辐照室地面,不同高度,不同距离多角度测量,这对于提高电子元器件电离总剂量效应研究和抗辐射性能考核的准确性,推动总剂量效应试验方法和标准的完善,对保障航天器的运行安全、寿命都有重要的意义。
二、空间带电粒子能谱和通量分布探测的研究(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、空间带电粒子能谱和通量分布探测的研究(论文提纲范文)
(1)基于Si半导体的空间粒子辐射探测系统研究与设计(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景与研究意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 本文的主要工作与组织结构 |
1.3.1 主要工作 |
1.3.2 组织结构 |
第2章 空间粒子辐射探测系统的模拟与相关理论 |
2.1 带电粒子与物质相互作用 |
2.2 粒子辐射探测系统中的物理模拟与探测器 |
2.2.1 Geant4简介 |
2.2.2 带电粒子能量范围 |
2.2.3 辐射探测器 |
2.2.4 带电粒子在Si探测器的沉积能量 |
2.3 前置放大器 |
2.3.1 电流灵敏放大器 |
2.3.2 电压灵敏放大器 |
2.3.3 电荷灵敏放大器 |
2.4 滤波成形放大电路 |
2.5 空间粒子探测系统的基本参数 |
2.5.1 吸收剂量和吸收剂量率 |
2.5.2 剂量当量和剂量当量率 |
2.6 本章小结 |
第3章 系统的硬件方案设计与实现 |
3.1 读出电子学方案设计 |
3.2 电源电路 |
3.2.1 剂量仪电源管理 |
3.2.2 Si探测器偏压设计与仿真 |
3.3 前端读出电路设计与仿真 |
3.3.1 前置放大器设计 |
3.3.2 滤波成形电路设计与仿真 |
3.3.3 剂量仪粒子能量甄别电路 |
3.3.4 能谱仪ADC转换电路 |
3.4 剂量仪数据处理电路设计 |
3.4.1 液晶显示电路 |
3.4.2 按键电路 |
3.4.3 Flash数据存储电路 |
3.4.4 剂量仪外壳设计 |
3.5 能谱仪数据处理电路设计 |
3.5.1 SD卡数据存储电路 |
3.5.2 时钟电路 |
3.5.3 通信电路 |
3.6 本章小结 |
第4章 系统的软件设计与实现 |
4.1 开发环境简介 |
4.2 软件的整体流程 |
4.3 剂量仪控制模块设计-MSP430 |
4.3.1 任务调度 |
4.3.2 脉冲宽度测量 |
4.3.3 LCD程序设计 |
4.3.4 按键处理 |
4.3.5 串口通信 |
4.4 能谱仪获取控制模块设计-FPGA |
4.4.1 系统时钟模块 |
4.4.2 ADC控制模块 |
4.4.3 峰值提取模块 |
4.4.4 SD卡存储模块 |
4.4.5 上位机软件 |
4.5 本章小结 |
第5章 系统的整体测试与分析 |
5.1 系统测试方案 |
5.2 Si探测器性能测试 |
5.3 系统噪声及抑制方法 |
5.4 系统测试结果 |
5.4.1 剂量仪测试结果 |
5.4.2 能谱仪测试结果 |
5.5 剂量仪的技术指标 |
5.5.1 稳定性测试 |
5.5.2 线性测试 |
5.5.3 能量分辨率 |
5.6 本章小结 |
第6章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
附录 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间发表的学术成果 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(2)地球和火星大气对粒子沉降的响应及其机制研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 类地行星及其大气 |
1.1.1 地球及中间层和低热层大气 |
1.1.2 火星及其大气 |
1.2 大气中的粒子沉降 |
1.2.1 高能粒子沉降 |
1.2.2 地球大气中的高能粒子沉降 |
1.2.3 火星大气与高能粒子的相互作用 |
第2章 卫星数据简介 |
2.1 GOES EPS探测数据 |
2.1.1 GOES系列卫星 |
2.1.2 EPS质子探测数据 |
2.1.3 GOES识别太阳质子事件 |
2.1.4 大气电离率数据集 |
2.2 POESMEPED探测数据 |
2.2.1 POES卫星系统 |
2.2.2 MEPED电子探测数据 |
2.3 TIMED/SABER观测数据 |
2.3.1 TIMED卫星 |
2.3.2 SABER及其数据 |
2.4 Aura/MLS观测数据 |
2.4.1 Aura卫星 |
2.4.2 MLS及其观测数据 |
2.5 MAVEN卫星及其载荷探测数据 |
2.5.1 MAVEN卫星 |
2.5.2 NGIMS、SWEA、SEP及其探测数据 |
第3章 地球中间层化学成分对高能粒子沉降的响应 |
3.1 太阳质子事件及其电离产生率 |
3.1.1 大型太阳质子事件选取 |
3.1.2 SPE在大气中的能量沉积 |
3.2 中间层大气化学的短期响应 |
3.2.1 HO_2的变化 |
3.2.2 O_3的变化 |
3.2.3 响应统计结果及相关性分析 |
3.3 数值模式验证 |
3.3.1 WACCM模式 |
3.3.2 模拟验证中间层化学成分的响应(电子沉降事件) |
3.4 小结 |
第4章 地球中间层和低热层温度对高能电子沉降的响应 |
4.1 研究背景 |
4.2 强地磁活动及电子沉降事件 |
4.2.1 强地磁活动事件 |
4.2.2 地磁活动期间的高能电子沉降 |
4.3 中间层和低热层大气温度的响应 |
4.3.1 纬向平均温度的提取 |
4.3.2 中间层和低热层大气温度的变化 |
4.4 讨论 |
4.4.1 中间层和低热层区域的加热 |
4.4.2 EEP期间中间层顶下降的原因 |
4.4.3 中间层顶的异常响应 |
4.5 小结 |
第5章 火星大气对带电粒子沉降的响应 |
5.1 火星大气状态 |
5.1.1 中性大气温度反演 |
5.1.2 温度反演结果 |
5.1.3 火星大气的昼夜差异 |
5.2 火星大气中的粒子沉降 |
5.2.1 粒子沉降对火星夜间中性大气的影响 |
5.2.2 粒子沉降对火星夜间电离层的影响 |
5.3 小结 |
第6章 总结与展望 |
6.1 工作总结 |
6.2 不足与展望 |
参考文献 |
附录 A 补充材料 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
(3)用于大气中子辐照谱仪的快中子探测器研制(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 引言 |
第二章 快中子探测器的发展 |
2.1 中子探测方法 |
2.1.1 核裂变法 |
2.1.2 核反冲法 |
2.1.3 核反应法 |
2.1.4 核活化法 |
2.2 快中子探测器研究现状 |
2.2.1 半导体快中子探测器 |
2.2.2 闪烁体快中子探测器 |
2.2.3 气体快中子探测器 |
2.3 GEM快中子探测器 |
2.3.1 GEM快中子探测器发展现状 |
2.3.2 GEM快中子探测器研究基础 |
2.4 本章小结 |
第三章 探测器物理设计 |
3.1 软件介绍 |
3.1.1 Geant4 |
3.1.2 ROOT |
3.2 探测器的工作原理 |
3.3 探测器物理模型及模拟流程 |
3.4 两种快中子转换层模拟 |
3.4.1 铀转换层的模拟 |
3.4.2 含氢材料转换层的模拟 |
3.4.3 两种材料的对比 |
3.5 基于聚乙烯转换的探测器结构参数模拟 |
3.5.1 聚乙烯厚度对探测效率的影响及质子出射能谱和角度 |
3.5.2 阻止层对出射质子能量、角度以及探测效率的影响 |
3.5.3 不同气体比分对能量沉积的影响 |
3.5.4 气体厚度对能量沉积的影响 |
3.5.5 探测器位置分辨率 |
3.6 本章小结 |
第四章 探测器关键器件的制作及测试 |
4.1 探测器结构介绍 |
4.2 漂移极的制作 |
4.3 GEM膜性能测试 |
4.3.1 GEM膜选型 |
4.3.2 测试平台及工作原理 |
4.3.3 电子学刻度及增益测试 |
4.3.4 计数率坪曲线测试和能谱分辨率测试 |
4.4 电子学及电路设计 |
4.4.1 电子学 |
4.4.2 高压分压板 |
4.4.3 信号收集板 |
4.5 GEM快中子探测器组装 |
4.6 本章小结 |
第五章 探测器束流实验 |
5.1 CSNS-20 号束线简介 |
5.2 实验系统搭建 |
5.3 探测器工作状态调试 |
5.4 束流测试 |
5.4.1 二维成像 |
5.4.2 快中子TOF谱 |
5.4.3 位置分辨率 |
5.5 本章小结 |
第六章 总结及展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读学位期间的研究成果 |
(4)外辐射带相对论电子通量长期倒空事件的研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 引言 |
1.1 地球辐射带的结构 |
1.1.1 内辐射带 |
1.1.2 槽区 |
1.1.3 外辐射带 |
1.2 地球亚暴和磁暴 |
1.2.1 亚暴 |
1.2.2 磁暴 |
1.3 相对论电子通量倒空现象 |
1.4 本文主要研究内容 |
第二章 外辐射带电子的输送、损失和加速机制 |
2.1 绝热和非绝热作用 |
2.1.1 单粒子轨道理论与绝热不变量 |
2.1.2 磁暴“Dst效应”——完全绝热作用 |
2.1.3 非绝热作用 |
2.2 径向扩散与磁层顶损失 |
2.2.1 径向扩散 |
2.2.2 “磁层顶阴影”损失机制 |
2.3 波粒相互作用 |
2.3.1 超低频波(ULF waves) |
2.3.2 合声波(Chorus waves) |
2.3.3 电磁离子回旋波(EMIC waves) |
2.3.4 等离子体层嘶声波(Plasmaspheric hiss waves) |
2.3.5 波粒相互作用小结 |
2.4 PSD的介绍及应用 |
2.5 小结 |
第三章 基于多卫星观测方法的介绍和其它数据来源 |
3.1 卫星轨道简介和仪器参数说明 |
3.1.1 地球同步轨道卫星 |
3.1.2 近极地太阳同步轨道卫星 |
3.1.3 近赤道面卫星 |
3.2 太阳风数据、地磁数据 |
3.3 ULF波指数 |
3.4 小结 |
第四章 地球同步轨道相对论电子通量长期倒空事件的统计研究 |
4.1 相对论电子通量长期倒空事件的定义 |
4.2 相对论电子通量长期倒空事件在太阳活动周内的年分布特点 |
4.3 相对论电子通量长期倒空事件产生条件和结束条件的统计特征 |
4.3.1 磁层顶高度和等离子体层顶高度模型介绍 |
4.3.2 时间序列叠加法 |
4.3.3 讨论 |
4.4 维持相对论电子通量长期倒空现象的条件及其与磁暴强度的关系 |
4.4.1 有无磁暴发生事件的选取标准 |
4.4.2 有无磁暴发生事件期间太阳风参数和地磁参数的统计对比 |
4.4.3 磁暴强度与维持相对论电子通量长期倒空现象的联系 |
4.4.4 讨论 |
4.5 各类参数的量化和预估 |
4.6 小结 |
第五章 连续两次磁暴发生期间外辐射带相对论电子通量长期倒空事件特征和机制的研究 |
5.1 行星际条件和地磁活动水平 |
5.2 多卫星观测相对论电子通量的变化 |
5.2.1 同步轨道卫星观测结果 |
5.2.2 RBSP观测结果 |
5.2.3 极轨卫星观测结果 |
5.3 讨论 |
5.3.1 暴时磁场与环电流 |
5.3.2 相空间密度 |
5.3.3 波粒相互作用与相对论电子通量增长 |
5.4 小结 |
第六章 外辐射带不同能量高能电子对两次连续磁暴的不同响应 |
6.1 多卫星观测不同能量高能电子通量的变化 |
6.2 不同能量电子在外辐射带通量峰值处的变化 |
6.3 不同L高度电子能量分布特征 |
6.4 讨论 |
6.5 小结 |
第七章 总结和展望 |
7.1 总结 |
7.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
(5)EAST上中性粒子对第一壁材料腐蚀研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 磁约束与核聚变 |
1.2 托卡马克装置 |
1.3 等离子体与壁相互作用 |
1.3.1 等离子体与壁相互作用过程 |
1.3.2 面对等离子体材料的选择 |
1.4 中性粒子对面向等离子体材料的腐蚀 |
1.5 本文研究内容和意义 |
第二章 国内外研究现状 |
2.1 中性粒子诊断研究现状 |
2.1.1 基于电磁场分析法的中性粒子分析仪 |
2.1.2 基于飞行时间分析法的中性粒子分析仪 |
2.2 中性粒子对材料腐蚀实验研究现状 |
2.2.1 JET装置上中性粒子对材料腐蚀实验 |
2.2.2 AUG装置上中性粒子对材料腐蚀实验 |
2.2.3 EAST上中性粒子相关实验 |
2.3 本章小结 |
第三章 EAST上低能中性粒子分析仪的建设 |
3.1 低能中性粒子分析仪设计 |
3.1.1 基于TOF的测量方法 |
3.1.2 中性粒子脉冲周期 |
3.1.3 开门时间 |
3.1.4 能量分辨率 |
3.2 低能中性粒子分析仪搭建与测试 |
3.2.1 真空泵组和真空监控、控制系统 |
3.2.2 粒子流控制系统 |
3.2.3 基于电子倍增管的粒子探测器系统 |
3.2.4 超高速数据采集系统 |
3.2.5 激光系统 |
3.3 低能中性粒子分析仪运行以及信号初步分析 |
3.4 本章小结 |
第四章 EAST上中性粒子对材料腐蚀实验研究 |
4.1 实验设计 |
4.1.1 卢瑟福背散射技术 |
4.1.2 样品结构设计 |
4.1.3 保护套筒结构设计 |
4.2 样品的制备 |
4.3 等离子体辐照实验 |
4.4 中性粒子对材料实验腐蚀速率的计算 |
4.5 本章小结 |
第五章 中性粒子对壁材料腐蚀速率的理论计算 |
5.1 等离子体对样品的平均固体角的计算 |
5.2 EAST上中性粒子对材料腐蚀速率的理论计算 |
5.3 ASDEX上中性粒子对材料腐蚀速率的理论计算 |
5.4 AUG上中性粒子对材料腐蚀速率的理论计算 |
5.5 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 文章的创新性 |
6.3 未来工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
(6)嫦娥四号LND辐射本底去除及中子反演(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 引言 |
1.1 国内外的月球探测情况 |
1.1.1 国外发展状态 |
1.1.2 国内发展状态 |
1.2 月球粒子辐射环境研究现状 |
1.2.1 粒子辐射来源 |
1.2.2 剂量和中子探测情况 |
1.3 嫦娥四号卫星背景介绍 |
1.4 课题主要研究内容 |
第2章 月表中子与辐射剂量探测仪的工作原理 |
2.1 科学目标 |
2.1.1 为载人登月提供剂量数据 |
2.1.2 为日球层的研究做贡献 |
2.1.3 额外的探测目标 |
2.2 LND仪器设计和测量原理 |
2.2.1 设计背景 |
2.2.2 传感器的基本结构 |
2.2.3 带电粒子的探测原理 |
2.2.4 中性粒子探测原理 |
2.2.5 热中子探测原理 |
2.2.6 剂量及LET谱测量原理 |
2.3 LND的在轨状态 |
2.4 小结 |
第3章 LND辐射本底去除 |
3.1 辐射本底来源 |
3.2 本底去除方案 |
3.3 地面测试 |
3.3.1 测试条件及设备需求 |
3.3.2 放射源测试 |
3.3.3 测试结果 |
3.3.4 剂量率测量结果分析 |
3.4 仿真分析 |
3.4.1 GEANT4及GDML仿真介绍 |
3.4.2 混凝土散射能力的仿真 |
3.4.3 天津实验场景仿真 |
3.4.4 实验室地面与月表土壤仿真 |
3.5 本底结果与校正 |
3.6 误差估计方法 |
3.7 小结 |
第4章 月表中子能谱反演 |
4.1 中子能谱反演方案 |
4.2 中子入射谱和沉积谱的模型 |
4.3 响应函数的仿真计算 |
4.4 目前中子谱反演的基本方法 |
4.4.1 非负最小二乘法原理 |
4.4.2 基于泊松分布的最大似然估计法原理 |
4.4.3 概率迭代法原理 |
4.4.4 数值实验 |
4.5 基于概率的联合代数迭代法 |
4.5.1 基本思想 |
4.5.2 数值实验 |
4.6 月球表面中子能谱的初步反演结果 |
4.7 小结 |
第5章 总结与展望 |
5.1 研究内容总结及创新性 |
5.2 后续工作展望 |
参考文献 |
附录A 中国空间站中子反演方法 |
A.1 CLYC中子探测器的物理结构 |
A.2 CLYC闪烁体探测中子原理 |
A.3 中子能谱的反演 |
A.3.1 响应函数的计算 |
A.3.2 基于增广矩阵的非负最小二乘法 |
致谢 |
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
(7)亚暴期内磁层粒子和波动演化研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 地球磁层 |
1.1.1 磁层磁场和电场 |
1.1.2 磁层等离子体结构 |
1.2 内磁层粒子的运动和演化 |
1.2.1 稳态电磁场条件下的基本运动 |
1.2.2 等离子体波动与粒子共振相互作用 |
1.2.3 磁暴和亚暴驱动的粒子演化 |
1.3 本论文的研究内容 |
第2章 内磁层等离子体和电磁场探测 |
2.1 RBSP卫星数据与分析方法 |
2.1.1 RBSP卫星数据 |
2.1.2 数据分析方法 |
2.2 空间低能离子能谱仪的设计工作 |
2.2.1 空间等离子体探测手段 |
2.2.2 顶帽式静电分析器的尺寸设计 |
2.2.3 仿真结果 |
2.2.4 地面定标实验设计 |
第3章 亚暴质子注入导致的磁声波消失 |
3.1 冷等离子体高密度区内磁声波的异常消失事件 |
3.1.1 观测 |
3.1.2 分析 |
3.2 冷等离子体低密度区内磁声波的异常消失事件 |
3.3 结论 |
第4章 亚暴活动主导的高能电子加速过程 |
4.1 2013年初事件 |
4.1.1 亚暴期间的电子加速过程 |
4.1.2 亚暴活动后的电子加速过程 |
4.2 2014年中事件 |
4.2.1 亚暴期间的电子加速过程 |
4.2.2 亚暴活动后的电子加速过程 |
4.3 统计分析 |
4.4 结论 |
第5章 总结和展望 |
参考文献 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
(8)LHAASO-WCDA实验GRB观测及宇宙线传播研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 GRB理论及观测 |
1.1 引言 |
1.1.1 GRB的发现及起源之争 |
1.1.2 GRB的特征 |
1.1.3 GRB的研究意义 |
1.2 GRB的火球模型 |
1.2.1 火球模型简介 |
1.2.2 火球的致密性问题和相对论运动 |
1.2.3 火球的分类 |
1.2.4 火球的极端相对论膨胀 |
1.2.5 激波加速和辐射机制 |
1.2.6 能源模型 |
1.3 GRB的高能辐射 |
1.3.1 高能辐射的观测特点 |
1.3.2 高能光子的辐射机制 |
1.3.3 高能光子的EBL吸收 |
1.4 GRB的观测 |
1.4.1 空间卫星实验观测 |
1.4.2 地面阵列实验观测 |
第2章 LHAASO-WCDA实验 |
2.1 LHAASO项目 |
2.1.1 项目背景 |
2.1.2 科学目标 |
2.1.3 探测优势 |
2.1.4 探测器布局 |
2.2 LHAASO-WCDA实验 |
2.2.1 物理目标 |
2.2.2 探测器布局 |
2.2.3 探测优势 |
2.2.4 性能指标 |
2.2.5 探测技术:切伦科夫探测 |
第3章 LHAASO-WCDA数据质量检查 |
3.1 数据质量监测 |
3.1.1 单路计数率 |
3.1.2 电荷分布 |
3.2 单路计数谱多峰结构 |
3.2.1 Peak-ⅰ |
3.2.2 Peak-ⅱ |
3.2.3 Peak-ⅲ |
3.3 单路计数谱三峰应用 |
3.3.1 Peak-ⅰ:低量程标定 |
3.3.2 Peak-ⅱ:水质监测 |
3.3.3 Peak-ⅲ: PMT的QE和CE监测 |
3.4 本章小结 |
第4章 LHAASO-WCDA高能GRB年探测率预期 |
4.1 高能GRB研究背景 |
4.2 LHAASO-WCDA有效面积 |
4.3 GRB样本产生 |
4.3.1 GRB红移分布 |
4.3.2 GRB能谱与光变 |
4.3.3 EBL吸收 |
4.3.4 模拟与Fermi观测对比 |
4.4 结果与讨论 |
4.5 本章小结 |
第5章 LHAASO-WCDA高能GRB寻找 |
5.1 GRB及其数据选择 |
5.2 方法及显着性计算 |
5.3 结果与讨论 |
5.4 GRB流强上限估计 |
5.4.1 有效面积 |
5.4.2 流强上限计算 |
5.5 本章小结 |
第6章 宇宙线的空间依赖传播 |
6.1 标准传播模型简介 |
6.1.1 传播区域及其边界条件 |
6.1.2 扩散系数 |
6.1.3 源项 |
6.2 最新观测带来的挑战 |
6.3 空间依赖传播模型及应用简介 |
6.3.1 空间依赖传播模型 |
6.3.2 SDP模型应用 |
6.4 宇宙线不同成分的能谱和各向异性演化 |
6.4.1 背景介绍 |
6.4.2 模型简介 |
6.4.3 结果与讨论 |
6.4.4 总结 |
6.5 各向异性对太阳垂直位置依赖研究 |
6.5.1 各向异性计算 |
6.5.2 结果与讨论 |
6.5.3 总结 |
6.6 本章小结 |
第7章 总结和展望 |
参考文献 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
(9)双功能液态铅锂包层中子学实验与数值模拟研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.1.1 氚增殖包层简介 |
1.1.2 液态包层简介 |
1.1.3 包层的聚变中子学研究 |
1.2 研究现状 |
1.2.1 氚增殖包层氚增殖性能 |
1.2.2 氚增殖包层能谱测量实验 |
1.3 研究目标与意义 |
1.3.1 研究目标 |
1.3.2 研究意义 |
1.4 论文主要内容与结构 |
第2章 聚变包层中子学实验方法 |
2.1 中子探测原理 |
2.2 D-T聚变中子源强测量 |
2.2.1 活化箔法 |
2.2.2 伴随粒子方法 |
2.2.3 反冲质子望远镜法 |
2.2.4 裂变电离室法 |
2.3 聚变包层中子能谱测量 |
2.3.1 多活化箔法 |
2.3.2 反冲质子法 |
2.3.3 飞行时间法 |
2.3.4 金刚石半导体法 |
2.4 聚变包层TPR测量 |
2.4.1 锂玻璃法 |
2.4.2 液闪法 |
2.4.3 其他方法 |
2.5 测量不确定度理论评估 |
2.6 小结 |
第3章 DFLL模块中子学实验 |
3.1 DFLL模块 |
3.2 中子源强在线精确测量 |
3.2.1 强流氘氚中子源科学装置HINEG |
3.2.2 探测器选择与布置 |
3.2.3 高纯锗探测效率刻度 |
3.2.4 结果分析 |
3.3 多活化箔反应率及能谱测量 |
3.3.1 活化片选择 |
3.3.2 包层模块、活化片布置 |
3.3.3 结果分析 |
3.3.4 多活化箔解谱 |
3.4 TPR测量实验 |
3.4.1 待测样品化学处理 |
3.4.2 效率刻度 |
3.4.3 结果分析 |
3.5 小结 |
第4章 基于DFLL模块中子学实验的数值模拟计算验证 |
4.1 SuperMC及数据库介绍 |
4.1.1 SuperMC软件 |
4.1.2 核数据库介绍 |
4.2 DFLL模块中子学模型 |
4.2.1 材料成分检测 |
4.2.2 D-T中子源描述 |
4.2.3 三维精细模型 |
4.3 C/E结果和分析 |
4.3.1 多活化箔反应率结果分析 |
4.3.2 TPR结果分析 |
4.4 小结 |
第5章 DFLL包层全堆中子学性能评估 |
5.1 基于CFETR的DFLL包层三维建模 |
5.1.1 三维中子学计算模型 |
5.1.2 堆芯中子源分布描述 |
5.1.3 中子源描述对氚增殖性能影响 |
5.1.4 增殖包层结构对氚增殖性能的影响 |
5.2 精细模型中子学性能分析与优化 |
5.2.1 中子壁负载 |
5.2.2 能量放大倍数 |
5.2.3 氚增殖性能分析与优化 |
5.2.4 屏蔽性能分析与优化 |
5.2.5 活化分析 |
5.2.6 放射性废料处理 |
5.3 小结 |
第6章 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.1.1 主要内容 |
6.1.2 论文特色与创新 |
6.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
在读期间参与项目及科研工作 |
(10)航天器舱内辐射环境及空间剂量学应用研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究背景 |
1.2 本文的主要工作 |
第二章 蒙特卡罗方法及Geant4 软件介绍 |
2.1 蒙特卡罗方法的由来 |
2.2 蒙特卡罗方法的基本思想 |
2.3 蒙特卡罗方法的收敛性及误差 |
2.3.1 收敛性 |
2.3.2 误差 |
2.4 蒙特卡罗方法在计算机上的实现 |
2.5 蒙特卡罗方法解粒子输运问题的程序结构 |
2.5.1 程序结构 |
2.5.2 粒子输运的终止条件 |
2.6 Geant4 软件介绍及处理粒子输运过程 |
2.6.1 Geant4 简介 |
2.6.2 Geant4 处理粒子过程 |
2.6.3 Geant4 的归一化 |
第三章 高能重离子计算验证以及材料屏蔽性能分析 |
3.1 相互作用物理包的选择 |
3.2 材料屏蔽性能比较方法 |
3.3 计算方法的验证 |
3.3.1 质子剂量深度分布验证 |
3.3.2 碳离子验证 |
3.3.3 高能量铁离子验证 |
3.4 典型屏蔽材料屏蔽性能分析比较 |
3.4.1 56GeV铁离子比较 |
3.4.2 复合粒子能谱的比较 |
3.4.3 单能质子的比较 |
3.4.4 单能α粒子的比较 |
3.4.5 氧离子与铁离子计算 |
3.5 不同种类的次级粒子对总剂量的贡献 |
3.5.1 圆柱体壳型空间飞行器计算结果 |
3.5.2 平板型空间飞行器计算结果 |
3.6 核碎片通量分布计算 |
3.7 本章小结 |
第四章 简化结构的航天器舱内辐射剂量研究 |
4.1 计算方法 |
4.2 高能质子能谱计算结果分析 |
4.3 本章小结 |
第五章 典型航天器结构内水模体的剂量分析与研究 |
5.1 计算方法 |
5.2 不同种类的重离子引起的剂量以及次级粒子剂量计算分析 |
5.2.1 ~(12)C离子总吸收剂量及次级粒子引起的深度剂量分布 |
5.2.2 ~(16)O离子总吸收剂量及次级粒子引起的深度剂量分布 |
5.2.3 ~(28)Si离子总吸收剂量及次级粒子引起的深度剂量分布 |
5.2.4 ~(56)Fe离子总吸收剂量及次级粒子引起的深度剂量分布 |
5.3 本章小结 |
第六章 空间舱内次级能谱计算及载人登月辐射剂量分析 |
6.1 圆柱体壳型舱内次级能谱的计算 |
6.2 球壳型空间舱内次级粒子能谱计算 |
6.3 本章小结 |
第七章 高能粒子输运分析地面验证试验与分析 |
7.1 测量方法 |
7.2 实验验证方法 |
7.2.1 剂量计的选择 |
7.2.2 显色胶片剂量计测量方法 |
7.2.3 显色胶片的变色修正 |
7.2.4 深度剂量分布测量方法 |
7.3 验证比较参数 |
7.4 试验过程 |
7.5 计算和试验结果比较 |
7.5.1 高能质子结果比较 |
7.5.2 高能重离子结果比较 |
7.6 本章小结 |
第八章 空间剂量学应用研究 |
8.1 ~(60)Coγ射线辐照源的剂量标定 |
8.2 剂量增强因子的实验测量与模拟研究 |
8.2.1 钴源剂量增强因子的测量方法 |
8.2.2 铅铝屏蔽盒对X射线剂量增强效应的影响 |
8.3 本章小结 |
第九章 总结与展望 |
9.1 研究工作总结 |
9.2 研究工作展望 |
参考文献 |
作者简介及在学期间所取得的科研成果 |
致谢 |
四、空间带电粒子能谱和通量分布探测的研究(论文参考文献)
- [1]基于Si半导体的空间粒子辐射探测系统研究与设计[D]. 谭文. 山东大学, 2021(09)
- [2]地球和火星大气对粒子沉降的响应及其机制研究[D]. 邹梓成. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [3]用于大气中子辐照谱仪的快中子探测器研制[D]. 魏阳东. 西南科技大学, 2021(08)
- [4]外辐射带相对论电子通量长期倒空事件的研究[D]. 吴晗. 中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心), 2020(01)
- [5]EAST上中性粒子对第一壁材料腐蚀研究[D]. 穆磊. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [6]嫦娥四号LND辐射本底去除及中子反演[D]. 侯东辉. 中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心), 2020(04)
- [7]亚暴期内磁层粒子和波动演化研究[D]. 戴古月. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [8]LHAASO-WCDA实验GRB观测及宇宙线传播研究[D]. 乔冰强. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [9]双功能液态铅锂包层中子学实验与数值模拟研究[D]. 曾正魁. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [10]航天器舱内辐射环境及空间剂量学应用研究[D]. 吴正新. 吉林大学, 2020(08)