[发明专利]一种适用于长期载人任务的空间高能质子组合辐射防护结构

摘要

本发明涉及一种适用于长期载人任务的空间高能质子组合辐射防护结构，所涉及的结构为铝蒙皮、水箱、水、含硼聚乙烯结构板、高密度聚乙烯、GD414胶组成，第一层采用载人航天器铝蒙皮结构，第二层为水箱，第三层是吸收前两层产生次级中子和质子的含硼聚乙烯结构板，最后一层为进一步降低次级粒子在人体中产生能量沉积的聚乙烯材料；以质量屏蔽面密度为基础，构建了组合防护结构的分析模型，根据蒙特卡洛对太阳质子事件能谱的抽样分析方法，分析获得了组合辐射防护结构后的人体组织辐射剂量。采用本发明设计的组合辐射防护结构，在相同质量屏蔽面密度下，相比于单一铝防护结构，将太阳质子事件在人体组织中沉积的辐射剂量降低39%左右。

主权项

1.一种适用于长期载人任务的空间高能质子组合辐射防护结构，其特征在于所涉及的结构为铝蒙皮（1）、水箱（2）、水（3）、含硼聚乙烯结构板（4）、高密度聚乙烯（5）、GD414胶（6）组成，水箱（2）的上端通过螺钉（7）与铝蒙皮（1）连接，水箱（2）的下端通过螺钉（7）与含硼聚乙烯结构板（4）连接，在水箱（2）内装有水（3），含硼聚乙烯结构板（4）与高密度聚乙烯（5）之间采用GD414胶（6）粘接，将四层材料组合形成一个无缝结合的组合辐射防护结构，具体操作按下列步骤进行：针对太阳质子事件的四层组合辐射防护结构的构建：a、将铝蒙皮（1）设置为当前航天器的外层材料，铝蒙皮（1）是由铝蜂窝结构，等效为铝的质量屏蔽面密度，该数值设置成1g/cm2；b、组合辐射防护结构的第二层采用水箱（2），水箱（2）外壳由0.2cm的铝构成，水箱（2）内装有水（3），水（3）的厚度为4cm，质量屏蔽面密度为4g/cm2，水箱（2）外壳等效为0.541g/cm2的铝质量屏蔽面密度；c、组合辐射防护结构的第三层为含硼聚乙烯结构板（4），对产生的次级中子、质子、电子等进行吸收，其中硼的含量为重量70%，聚乙烯的含量为重量30%，含硼聚乙烯结构板（4）的厚度为3.5cm，质量屏蔽面密度为5.71g/cm2；d、组合辐射防护结构的第三层为高密度聚乙烯（5），吸收次级电子、中子和光子，高密度聚乙烯（5）的厚度为3.4cm，质量屏蔽面密度为3.29g/cm2；建立组合辐射防护结构的分析模型：e、针对建立的四层辐射防护结构，建立辐射防护结构的分析模型，在分析模型建立过程中，采用的是辐射防护材料的质量屏蔽面密度，对于含硼聚乙烯结构板（4），根据质量进行分层建立模型；基于蒙特卡洛抽样分析方法进行组合辐射防护结构的屏蔽效果分析：f、通过对能谱进行蒙特卡洛抽样分析，入射到组合辐射防护结构上，得到位于组合辐射防护结构后的人体组织等效剂量，采用的蒙特卡洛分析工具为多层屏蔽仿真软件Multi‑layered shielding simulation software ，MULASSIS，该软件运用蒙特卡洛方法模拟跟踪一大批入射粒子的运动，粒子的位置、能量损失以及次级粒子的各种参数都在跟踪过程中存储下来，最后得到各种所需物理量的期望值和统计偏差。