[发明专利]一种中高能粒子探测器

说明书

本发明公开了一种中高能电子探测器，其外部结构为电子学箱和固定在其顶面上的棱台，在棱台顶面及两个侧面上分别设置一个探头，在电子学箱内设置对三个探头的电信号进行处理的电子学部分，三个探头共用一个电子学部分；三个探头按照扇形排列，每个方向的总张角为60°×60°，3个探头可测量180×60°的视场；每个探头包括3×3共9个子测量视场，每个子视场20°×20°；可形成27个测量视场，包括9个投掷角和18个方位角；探头包括入射孔、2片二维面阵硅半导体传感器(A和B)、1片单像素硅半导体传感器(C)、一组闪烁体探测器(D)及光电探测器(E)；基于小孔成像法的中能电子探测器；基于望远镜法的高能电子探测器。

技术领域

本发明涉及粒子探测领域，具体涉及一种中高能粒子探测器。

背景技术

空间存在大量的不同能量的电子，中高能电子能量范围在几十keV到MeV。地球辐射带是电子辐射的重要聚集区域，辐射带电子通常由内、外辐射带两个区域组成，内辐射带区域中心位置处于1.5Re(距离地球赤道表面3000多公里)。外辐射带区域中心位于L＝4～5(距离地球赤道表面20000～250000km)。内外辐射带之间存在一个粒子辐射通量很低的槽区(Slot Region)，这一区域被认为是在轨航天器的安全区域。而实际的辐射带环境远比静态描述的复杂的多,随着太阳风行星际条件和地磁活动而动态变化，电子辐射带粒子辐射径向分布范围、中心位置和辐射带在不同时间尺度(从分钟到年)上都可能发生剧烈的变化。如：2012年9月2日空间环境扰动事件影响出现了电子辐射带新结构，4.5MeV以上高能电子外辐射带在L^*(磁赤道附近可近似理解为地心距离，单位为地球半径)＝3.5左右出现一个新的槽区，外辐射带L^*＝3.5以内区域高能电子通量增强，L^*＝3.5以外区域通量略降低，该结构维持了约4周，期间槽区和内辐射带高能电子分布未受影响。

内外辐射带之间槽区的高能电子通量也不会总是维持在低水平，保持一贯的安全。如：2003年的一次大磁暴事件之后，高能电子槽区被填平，高能电子通量甚至超过了外辐射带高能电子最高通量。

不同能量的电子通量随能量升高而降低，较高能量的电子主要分布在外辐射带区域，MeV的电子内辐射带分布极大减少；相同能量的电子通量太阳极大年高，而太阳极小年低，太阳活动变化对较低能电子的影响大于较高能量的电子，太阳活动极大年时，外辐射带的内边界向外扩展，而内辐射带受太阳活动的影响较小。外辐射带电子表现出频繁的起伏变化，强的扰动会导致高能电子暴事件(killer电子暴)，即外辐射带中能量约为数百keV到MeV的相对论电子通量的剧烈增强。研究发现几十到几百keV低能电子与MeV高能电子通量有较强的相关性，低能电子增强通常会先于高能电子。

电子辐射带动态变化是电子注入和损失相互竞争的结果，与其所经历的加速与损失过程密切相关。外辐射带相对论电子的加速机制主要分为相内的径向扩散和局地的波粒相互作用。亚暴期间几十-几百keV的电子注入到内磁层，这些电子作为种子随后通过增强的径向扩散、波粒共振加速到更高的能量。电子的损失机制则主要包括Dst效应，磁层顶阴影效应和波粒相互作用导致的投掷角散射。

辐射带电子通量的剧烈变化会对在轨航天器和卫星的正常工作和运行造成威胁，能量小于100keV的电子，由于其能量较低不能穿越飞行器表面而与飞行器相互作用，在飞行器表面积累电荷，造成表面充电。能量处于0.1～10MeV的高能电子，能穿透航天器的屏蔽层，沉积在电介质内，造成航天器内部充电，内部充电严重时会产生静电放电，从而造成航天器某些部件的损坏，最终导致航天器完全失效，带来严重经济损失和社会影响。美国地球物理中心数据库提供的资料表明，从1989年3月7日到31日25天时间内发生的46例卫星异常中有34例被确认是由于深层充电造成的。因此开展深入的粒子传输、加速和损失的研究，揭示外辐射带相对论电子动态变化过程不仅是空间物理学的研究热点,同时也是空间天气学的一个重要课题。增进对相对论电子在辐射带中的加速和损失机制的理解和认识，有助于进一步提升预报灾害性空间天气的能力。