磁场条件下多界面的空间高能电子屏蔽结构设计及性能研究
发布时间：2023-05-07 02:52
伴随着航天技术的飞速发展,有关空间辐射防护问题引发越来越多的关注。其中,空间高能电子辐射防护的研究,对航天器、空间站的运行以及宇航员安全显得尤为重要。严峻的空间高能电子环境,不仅对航天器设备造成辐照损伤,导致故障发生,而且透射粒子在宇航员体内的能量沉积,也可能诱导各种放射性疾病。考虑到目前传统屏蔽方式质量厚度大、轫致辐射生成次级X射线多,以及主动屏蔽方式磁感应强度要求高、工程难度大的现状。本文基于电子束返回效应,研发了一类磁场条件下多界面的空间高能电子屏蔽结构。主要研究内容如下:(1)结合主动与被动屏蔽方法,设计并研究了一种磁场条件下的多层屏蔽结构。在20 MeV单能电子以及连续高能电子能谱辐射条件下,对比了磁场下多层结构与传统屏蔽结构的透射粒子计数及能谱。结果表明,在两种辐射环境下,新的屏蔽方式均具有优越的高能电子屏蔽性能,并且产生更少的次级X射线。此外,通过建立人体模型,研究了磁感应强度、屏蔽体铝层数及厚度对高能电子屏蔽性能的影响,发现该种结构的屏蔽性能随磁感应强度增加而增加;较薄的铝屏蔽层具有更好的高能电子屏蔽性能。(2)航天器运行过程中,其表面可能遭受空间碎片、天然流星体的撞击...
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 空间高能电子辐射防护研究现状及分析
1.2.1 被动屏蔽方式
1.2.2 主动屏蔽方式
1.3 高能电子屏蔽体结构设计的基本思想
1.3.1 地球磁场
1.3.2 电子束返回效应
1.3.3 多界面结构的提出
1.4 本文的研究内容与主要工作
第二章 电子与物质相互作用及其计算、模拟方法
2.1 电子与物质相互作用
2.1.1 电离和激发
2.1.2 散射
2.1.3 电磁辐射
2.1.4 正电子-电子湮没
2.2 电子在磁场中的运动
2.3 蒙特卡罗方法Geant4
2.3.1 Geant4方法介绍
2.3.2 模块单元分类
2.3.3 物理过程
2.3.4 粒子在磁场中的运动
2.3.5 并行计算
2.4 本章小结
第三章 磁场条件下多层结构设计及屏蔽性能研究
3.1 引言
3.2 结构设计与条件设置
3.2.1 铝/真空/铝多层结构
3.2.2 材料选择
3.2.3 磁场设置
3.2.4 影响因数设置
3.3 屏蔽性能评估方法
3.3.1 透射粒子统计
3.3.2 体素模型剂量评估
3.4 20MeV单能电子屏蔽结果与分析
3.4.1 传统屏蔽方式对比
3.4.2 磁感应强度影响
3.4.3 层数影响
3.5 连续的高能电子屏蔽结果与分析
3.5.1 对比传统屏蔽方式
3.5.2 磁感应强度影响
3.5.3 铝层数影响
3.6 本章小结
第四章 磁场条件下蜂窝与泡沫结构设计及屏蔽性能研究
4.1 引言
4.2 结构设计与条件设置
4.2.1 蜂窝、泡沫结构
4.2.2 材料选择
4.2.3 磁场设置
4.2.4 影响因素设置
4.3 屏蔽性能评估方法
4.3.1 透射粒子统计
4.3.2 体模剂量评估
4.4 20MeV单能电子屏蔽结果与分析
4.4.1 传统屏蔽方式对比
4.4.2 磁感应强度影响
4.4.3 空心立方体尺寸的影响
4.5 连续的高能电子屏蔽结果与分析
4.5.1 传统屏蔽方式对比
4.5.2 磁感应强度影响
4.5.3 空心立方体尺寸的影响
4.6 蜂窝结构、泡沫结构与多层结构屏蔽性能的对比
4.7 本章小结
第五章 蜂窝、泡沫结构Workbench压缩性能研究
5.1 引言
5.2 Workbench软件介绍
5.3 模拟前处理设置
5.3.1 模型建立
5.3.2 材料设置
5.3.3 网格划分
5.3.4 条件设定
5.4 压缩性能结果与分析
5.4.1 空心立方体不同尺寸的蜂窝结构压缩性能模拟
5.4.2 空心立方体不同尺寸的泡沫结构压缩性能模拟
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 研究工作总结
6.2 研究工作展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
本文编号：3810102
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 空间高能电子辐射防护研究现状及分析
1.2.1 被动屏蔽方式
1.2.2 主动屏蔽方式
1.3 高能电子屏蔽体结构设计的基本思想
1.3.1 地球磁场
1.3.2 电子束返回效应
1.3.3 多界面结构的提出
1.4 本文的研究内容与主要工作
第二章 电子与物质相互作用及其计算、模拟方法
2.1 电子与物质相互作用
2.1.1 电离和激发
2.1.2 散射
2.1.3 电磁辐射
2.1.4 正电子-电子湮没
2.2 电子在磁场中的运动
2.3 蒙特卡罗方法Geant4
2.3.1 Geant4方法介绍
2.3.2 模块单元分类
2.3.3 物理过程
2.3.4 粒子在磁场中的运动
2.3.5 并行计算
2.4 本章小结
第三章 磁场条件下多层结构设计及屏蔽性能研究
3.1 引言
3.2 结构设计与条件设置
3.2.1 铝/真空/铝多层结构
3.2.2 材料选择
3.2.3 磁场设置
3.2.4 影响因数设置
3.3 屏蔽性能评估方法
3.3.1 透射粒子统计
3.3.2 体素模型剂量评估
3.4 20MeV单能电子屏蔽结果与分析
3.4.1 传统屏蔽方式对比
3.4.2 磁感应强度影响
3.4.3 层数影响
3.5 连续的高能电子屏蔽结果与分析
3.5.1 对比传统屏蔽方式
3.5.2 磁感应强度影响
3.5.3 铝层数影响
3.6 本章小结
第四章 磁场条件下蜂窝与泡沫结构设计及屏蔽性能研究
4.1 引言
4.2 结构设计与条件设置
4.2.1 蜂窝、泡沫结构
4.2.2 材料选择
4.2.3 磁场设置
4.2.4 影响因素设置
4.3 屏蔽性能评估方法
4.3.1 透射粒子统计
4.3.2 体模剂量评估
4.4 20MeV单能电子屏蔽结果与分析
4.4.1 传统屏蔽方式对比
4.4.2 磁感应强度影响
4.4.3 空心立方体尺寸的影响
4.5 连续的高能电子屏蔽结果与分析
4.5.1 传统屏蔽方式对比
4.5.2 磁感应强度影响
4.5.3 空心立方体尺寸的影响
4.6 蜂窝结构、泡沫结构与多层结构屏蔽性能的对比
4.7 本章小结
第五章 蜂窝、泡沫结构Workbench压缩性能研究
5.1 引言
5.2 Workbench软件介绍
5.3 模拟前处理设置
5.3.1 模型建立
5.3.2 材料设置
5.3.3 网格划分
5.3.4 条件设定
5.4 压缩性能结果与分析
5.4.1 空心立方体不同尺寸的蜂窝结构压缩性能模拟
5.4.2 空心立方体不同尺寸的泡沫结构压缩性能模拟
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 研究工作总结
6.2 研究工作展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
本文编号：3810102
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