深空輻射粒子在介質(zhì)材料中的輸運及損傷研究.pdf

1、隨著探月工程、火星探險等深空探測任務(wù)的提出、實施，航天活動在時間上的延長、空間上的延伸，尤其是載人航天工程的開展，深空輻射帶來的輻射危險和防護問題日益突出。本文圍繞著深空輻射損傷和防護問題，系統(tǒng)地研究了深空輻射模型、粒子輸運、輻射效應(yīng)和材料屏蔽，重點研究了高能重離子在介質(zhì)中的輸運過程、能量轉(zhuǎn)移和能量沉積。研發(fā)了重粒子劑量計算軟件HID和深空輻射分析軟件PSR，研究了重離子在高聚物材料中損傷形成的徑跡結(jié)構(gòu)及其微劑量學(xué)實驗特征。
　　

2、 本文分析研究了深空輻射場粒子的特點和模型，采用CREME-96模型得到了GCR的各種粒子譜分布，以特大太陽粒子事件的擬合譜代表SPE質(zhì)子譜，獲得了不同來源空間輻射粒子的注量、譜分布。采用蒙特卡羅方法，運用Geant4軟件工具包進行程序編制，對粒子輸運問題進行了深入研究；通過擴充數(shù)據(jù)庫、納入新的相互作用模型、建立新的功能模塊實現(xiàn)了粒子輸運的能量沉積、能量轉(zhuǎn)移、等效劑量等輻射劑量學(xué)量的模擬計算、分析。采用軟件移植、封裝手段和操作界面優(yōu)化

3、設(shè)計，形成了兩個粒子輸運軟件HID和PSR。HID軟件中引入了核碎裂模型，改進了計算結(jié)果，實現(xiàn)了重離子能量沉積、劑量等的準(zhǔn)確計算，通過對比高能碳離子和鐵離子在等效介質(zhì)中的能量沉積行為，發(fā)現(xiàn)碎裂核反應(yīng)對射線品質(zhì)因子有重要影響，并研究了次級粒子的劑量學(xué)特性。PSR經(jīng)過數(shù)據(jù)庫擴充和完善，實現(xiàn)了行星表面的輻射環(huán)境、粒子在大氣或行星磁場中的運動模擬，可為火星任務(wù)等深空探測提供輻射環(huán)境預(yù)估。這兩個軟件均實現(xiàn)了windows界面的操作方式，同時也可在

4、Linux下操作，滿足多層次任務(wù)的需求。
　　 通過基于Linux和MPI的并行模擬計算平臺，從次級碎片、人體關(guān)鍵器官劑量、中子場三個輻射防護量對典型空間輻射屏蔽材料的屏蔽性能進行評價，從三個方面得到了一致的結(jié)論：富氫元素材料在深空輻射防護中具有較好的屏蔽效果，對于深空中的重離子，厚度增加對提高屏蔽效率已經(jīng)不再具有優(yōu)勢，對于長時間的深空探測，深空輻射防護問題十分嚴(yán)峻。
　　 從微觀層次對重離子的徑跡結(jié)構(gòu)進行了研究，以高聚