一种磁场条件下多界面的高能电子屏蔽装置 |
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申请号 | CN201710545611.8 | 申请日 | 2017-07-06 | 公开(公告)号 | CN107369477A | 公开(公告)日 | 2017-11-21 |
申请人 | 南京航空航天大学; | 发明人 | 陈飞达; 陈托; 汤晓斌; 张云; 倪敏轩; | ||||
摘要 | 本 发明 公开了一种 磁场 条件下多界面的高能 电子 屏蔽装置,包含前侧 挡板 、后侧挡板、中间电子屏蔽机构以及磁场发生装置,前侧挡板和后侧挡板沿竖直方向平行设置,中间电子屏蔽机构设置在前侧挡板和后侧挡板之间,前侧挡板、后侧挡板、中间电子屏蔽机构均采用非 磁性 材料制成,磁场发生装置设置在中间电子屏蔽机构侧面提供沿 水 平方向平行于前侧挡板和后侧挡板的磁场。本发明减轻屏蔽体的 质量 ,具有优越的高能电子屏蔽性能;相对主动屏蔽方式,降低了对磁感应强度的需求。 | ||||||
权利要求 | 1.一种磁场条件下多界面的高能电子屏蔽装置,其特征在于:包含前侧挡板、后侧挡板、中间电子屏蔽机构以及磁场发生装置,前侧挡板和后侧挡板沿竖直方向平行设置,中间电子屏蔽机构设置在前侧挡板和后侧挡板之间,前侧挡板、后侧挡板、中间电子屏蔽机构均采用非磁性材料制成,磁场发生装置设置在中间电子屏蔽机构侧面提供沿水平方向平行于前侧挡板和后侧挡板的磁场。 |
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说明书全文 | 一种磁场条件下多界面的高能电子屏蔽装置技术领域[0001] 本发明涉及一种电子屏蔽装置,特别是一种磁场条件下多界面的高能电子屏蔽装置。 背景技术[0002] 随着航天科技关键技术的突破,各国的深空探索进入飞速发展阶段,空间辐射却成为制约其发展的关键因素之一。其中,严峻的高能电子环境,不仅仅对航天器设备造成辐照损伤,影响航天任务,而且透射电子在宇航员体内的能量沉积,导致各种放射性疾病。因此,空间高能电子辐射防护的研究,对于今后空间探索具有重要意义。 [0003] 传统的被动屏蔽方式多采用金属、聚合物,其轫致辐射生成的次级X射线多、需求的屏蔽体质量大。相对于传统方式,磁场主动屏蔽方式显得备受关注。但是,这类主动屏蔽方式需要在一个较大范围、磁感应强度达到几特斯拉的强磁场条件下进行。因此,有必要研究一种能够降低空间屏蔽体质量和磁感应强度需求的高能电子屏蔽结构。 发明内容[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种磁场条件下多界面的高能电子屏蔽装置,其空间屏蔽体质量低、磁感应强度需求小。 [0005] 为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是: [0006] 一种磁场条件下多界面的高能电子屏蔽装置,其特征在于:包含前侧挡板、后侧挡板、中间电子屏蔽机构以及磁场发生装置,前侧挡板和后侧挡板沿竖直方向平行设置,中间电子屏蔽机构设置在前侧挡板和后侧挡板之间,前侧挡板、后侧挡板、中间电子屏蔽机构均采用非磁性材料制成,磁场发生装置设置在中间电子屏蔽机构侧面提供沿水平方向平行于前侧挡板和后侧挡板的磁场。 [0007] 进一步地,所述磁场发生装置为一对超导线圈,超导线圈设置在中间电子屏蔽机构的两侧。 [0008] 进一步地,所述前侧挡板、后侧挡板、中间电子屏蔽机构以及磁场发生装置固定在支架内或者直接固定在器具内。 [0010] 进一步地,所述屏蔽机构为若干块平行于前侧挡板和后侧挡板设置的非磁性材料板,若干非磁性材料板沿前侧挡板垂线方向等间距设置。 [0011] 进一步地,所述前侧挡板、后侧挡板和非磁性材料板大小为40cm×40cm,前侧挡板、后侧挡板和非磁性材料板厚度和为2cm,屏蔽机构总厚度5cm。 [0012] 进一步地,所述屏蔽机构为蜂窝板,蜂窝板平行于前侧挡板和后侧挡板设置并且蜂窝板上均匀分布有若干沿蜂窝板垂线方向设置的通孔。 [0013] 进一步地,所述屏蔽机构尺寸为45cm×45cm×4.9cm,前侧挡板、后侧挡板厚度为0.2cm,通孔尺寸为0.4cm×0.4cm×4.5cm。 [0014] 进一步地,所述屏蔽机构包含非磁性材料板材,非磁性材料板材平行于前侧挡板和后侧挡板设置,非磁性材料板材内均匀分布有立体空腔。 [0015] 进一步地,所述屏蔽机构尺寸为45cm×45cm×4.9cm,前侧挡板、后侧挡板厚度为0.2cm,立体空腔尺寸为0.431cm×0.431cm×0.431cm。 [0016] 本发明与现有技术相比,具有以下优点和效果:本发明通过非磁性材料搭建多界面,并与磁场组合的屏蔽体结构,利用电子在真空、空气中受洛伦兹力偏转,与非磁性材料发生再次相互作用。其组合方式,比起传统的被动屏蔽方式,可减轻屏蔽体的质量,具有优越的高能电子屏蔽性能;相对主动屏蔽方式,降低了对磁感应强度的需求。附图说明 [0017] 图1是本发明的一种磁场条件下多界面的高能电子屏蔽装置的实施例1的示意图。 [0018] 图2是本发明的一种磁场条件下多界面的高能电子屏蔽装置的实施例2的示意图。 [0019] 图3是本发明的一种磁场条件下多界面的高能电子屏蔽装置的实施例3的示意图。 具体实施方式[0020] 下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明,以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。 [0021] 实施例1: [0022] 如图1所示,一种磁场条件下多界面的高能电子屏蔽装置,包含前侧挡板1、后侧挡板3、中间电子屏蔽机构以及磁场发生装置6,前侧挡板1和后侧挡板3沿竖直方向平行设置,中间电子屏蔽机构设置在前侧挡板1和后侧挡板3之间,前侧挡板1、后侧挡板3、中间电子屏蔽机构均采用非磁性材料制成,磁场发生装置6设置在中间电子屏蔽机构侧面提供沿水平方向平行于前侧挡板1和后侧挡板3的磁场。 [0023] 磁场发生装置6为一对超导线圈,超导线圈设置在中间电子屏蔽机构的两侧从而生成沿坐标系Y轴正向的均匀磁场。前侧挡板1、后侧挡板3、中间电子屏蔽机构以及磁场发生装置6固定在支架内或者直接固定在器具内,器具为宇航服或者探测设备的外壳等。非磁性材料包含铝、钛、镁、高分子聚合物中的一种或几种。 [0024] 屏蔽机构为若干块平行于前侧挡板1和后侧挡板3设置的非磁性材料板2,若干非磁性材料板2沿前侧挡板1垂线方向等间距设置。前侧挡板1、后侧挡板3和非磁性材料板2大小为40cm×40cm,前侧挡板1、后侧挡板3和非磁性材料板2厚度和为2cm,屏蔽机构总厚度5cm。 [0025] 本实施例的磁场条件下多界面结构使用时,其有益效果在于:-X轴方向入射的电子,在透过前侧挡板1后,在真空中受磁场洛伦兹力作用,返回与前侧挡板1再次相互作用。从而增加了电子与物质相互作用几率,降低了透射的电子及次级X射线,同时减小对磁感应强度的需求。 [0026] 通过蒙特卡罗方法,建立屏蔽体模型,选用铝作为非磁性材料,并在整个屏蔽体范围内设置匀强磁场。研究结果表明,在1特斯拉磁感应强度条件下两层结构的高能电子屏蔽性能数据如下: [0028] 同样的,模拟结果表明,针对该类多层屏蔽体结构,在相同的质量以及考虑到可行的工艺条件下,较多的屏蔽体层数能使得该结构具备更低的电子透射率,即具备更佳的高能电子屏蔽性能,具体数据如下: [0029]非磁性材料层数(N) 2 5 10 20 40 电子透射率(%) 40.792 39.762 37.160 36.823 36.421 [0030] 实施例2: [0031] 如图2所示,一种磁场条件下多界面的高能电子屏蔽装置,包含前侧挡板1、后侧挡板3、中间电子屏蔽机构以及磁场发生装置6,前侧挡板1和后侧挡板3沿竖直方向平行设置,中间电子屏蔽机构设置在前侧挡板1和后侧挡板3之间,前侧挡板1、后侧挡板3、中间电子屏蔽机构均采用非磁性材料制成,磁场发生装置6设置在中间电子屏蔽机构侧面提供沿水平方向平行于前侧挡板1和后侧挡板3的磁场。 [0032] 磁场发生装置6为一对超导线圈,超导线圈设置在中间电子屏蔽机构的两侧从而生成沿坐标系Y轴正向的均匀磁场。前侧挡板1、后侧挡板3、中间电子屏蔽机构以及磁场发生装置6固定在支架内或者直接固定在器具内,器具为宇航服或者探测设备的外壳等。非磁性材料包含铝、钛、镁、高分子聚合物中的一种或几种。 [0033] 屏蔽机构为蜂窝板,蜂窝板平行于前侧挡板和后侧挡板设置并且蜂窝板上均匀分布有若干沿蜂窝板垂线方向设置的通孔5,蜂窝状结构具备优越的力学性能,抗压能力强。蜂窝板由若干单元块4构成。磁场使得高能电子在蜂窝状的真空立方体中偏转,电子方向和路径改变,从而增加了电子与非磁性材料相互作用,使得高能电子屏蔽性能提升。屏蔽机构尺寸为45cm×45cm×4.9cm,前侧挡板、后侧挡板厚度为0.2cm,通孔尺寸为0.4cm×0.4cm× 4.5cm,单元块4尺寸为0.5cm×0.5cm×4.5cm。 [0034] 本实施例的磁场条件下多界面结构使用时,其有益效果在于:-X轴方向入射的电子,在通孔5中受磁场洛伦兹力作用,在真空中方向发生偏转,增加了电子与单元块4相互作用几率。此外,电子在强磁场作用下,往入射方向偏转,使得生成的次级X射线向入射方向增多,从而降低了透射的电子及次级X射线,同时减小对磁感应强度的需求。 [0035] 通过蒙特卡罗方法,建立屏蔽体模型,选用铝作为非磁性材料,并在整个屏蔽体范围内设置匀强磁场。研究结果表明,在1特斯拉磁感应强度条件下两层结构的高能电子屏蔽性能数据如下: [0036]电子能量(MeV) 电子透射率(%) 光子产额(%) 20 45.495 147.069 [0037] 同样的,模拟结果表明,针对该类蜂窝状屏蔽体结构,在相同的质量条件下,非磁性材料立方体的尺寸为0.5cm,真空立方体的尺寸为0.4cm时,既不会造成制备上的困难,同时也具备更低的电子透射率,即具备更佳的高能电子屏蔽性能,具体数据如下: [0038] [0039] [0040] 实施例3: [0041] 如图3所示,一种磁场条件下多界面的高能电子屏蔽装置,包含前侧挡板1、后侧挡板3、中间电子屏蔽机构以及磁场发生装置6,前侧挡板1和后侧挡板3沿竖直方向平行设置,中间电子屏蔽机构设置在前侧挡板1和后侧挡板3之间,前侧挡板1、后侧挡板3、中间电子屏蔽机构均采用非磁性材料制成,磁场发生装置6设置在中间电子屏蔽机构侧面提供沿水平方向平行于前侧挡板1和后侧挡板3的磁场。 [0042] 磁场发生装置6为一对超导线圈,超导线圈设置在中间电子屏蔽机构的两侧从而生成沿坐标系Y轴正向的均匀磁场。前侧挡板1、后侧挡板3、中间电子屏蔽机构以及磁场发生装置6固定在支架内或者直接固定在器具内,器具为宇航服或者探测设备的外壳等。非磁性材料包含铝、钛、镁、高分子聚合物中的一种或几种。 [0043] 屏蔽机构包含非磁性材料板材,非磁性材料板材平行于前侧挡板1和后侧挡板3设置,非磁性材料板材内均匀分布有立体空腔5,非磁性材料板材由若干单元块4构成。屏蔽机构尺寸为45cm×45cm×4.9cm,前侧挡板1、后侧挡板3厚度为0.2cm,立体空腔尺寸为0.431cm×0.431cm×0.431cm,单元块尺寸为0.5cm×0.5cm×4.5cm。 [0044] 本实施例的磁场条件下多界面结构使用时,其有益效果在于:-X轴方向入射的电子,在立体空腔5中受磁场洛伦兹力作用,在真空中方向发生偏转,增加了电子与单元块4相互作用几率。从而降低了透射的电子及次级X射线,同时减小对磁感应强度的需求。 [0045] 通过蒙特卡罗方法,建立屏蔽体模型,选用铝作为非磁性材料,并在整个屏蔽体范围内设置匀强磁场。研究结果表明,在1特斯拉磁感应强度条件下多层结构的高能电子屏蔽性能数据如下: [0046]电子能量(MeV) 电子透射率(%) 光子产额(%) 20 41.845 151.696 [0047] 同样的,模拟结果表明,针对该类泡沫状屏蔽体结构,在相同的质量条件下,非磁性材料立方体的尺寸为0.5cm,真空立方体的尺寸为0.431cm时,既不会造成制备上的困难,同时也具备更低的电子透射率,即具备更佳的高能电子屏蔽性能,具体数据如下: [0048]非磁性材料立方大小(cm) 0.5 0.75 0.9 1.5 电子透射率(%) 41.845 43.152 43.739 45.566 |