空间辐射位移效应西安脉冲堆中子试验平台及应用

空间辐射环境中的重离子、质子、电子等载能粒子辐照产生的位移效应是影响航天器在轨高可靠、长寿命运行的重要因素之一。基于中子辐照等效空间载能粒子产生的位移效应是评价航天器电子元器件抗辐射能力的重要手段。西安脉冲反应堆是空间辐射位移效应研究的重要平台,自建成以来,为国内多家器件生产、系统研制、型号应用等单位在抗辐射加固设计、考核评估、效应机理等工作中提供了重要支撑。本文综述了电子器件位移效应机理与敏感性、位移效应中子等效试验方法和西安脉冲反应堆中子试验平台及其典型应用。

空间辐射对肠道菌群及其代谢产物和多系统疾病的影响

维持肠道菌群的稳态对保障人体健康具有重要意义.肠道菌群在调节机体功能方面发挥着关键作用,例如消化、新陈代谢、免疫及认知等,这些生理功能通常依赖于肠道菌群的多样性、菌群结构的稳定性与微生态的平衡性.在空间环境中,航天员会受到包括空间辐射在内的诸多特殊环境因素的影响.空间辐射会造成肠道菌群失衡及其代谢产物变化,使肠道屏障功能受损,进一步引起肠道、心血管、脑及肺等多系统病理损伤.本文分析了空间飞行或模拟空间辐射下肠道菌群稳态及其代谢产物的特征性变化,以及辐射效应下肠道菌群与肠道损伤及其他多系统疾病之间的相互影响,为研究空间辐射病理机制及辐射防护措施提供参考.

空间辐射屏蔽材料研究进展

银河宇宙射线、太阳宇宙射线、辐射带等辐射环境会对元器件、航天员等产生各种空间辐射效应,威胁航天器的正常工作以及航天员的生命健康。材料屏蔽是目前最有效的辐射防护措施之一,对保障航天任务的顺利进行有着重要的作用。本文针对元器件、航天员以及飞行器平台防护3类典型对象,梳理不同场景下空间辐射屏蔽材料研究进展,并对金属复合材料、聚合物材料等空间辐射屏蔽材料的发展方向进行探讨。

空间辐射对甲基苯基乙烯基硅橡胶胶料性能的影响

研究空间辐射对甲基苯基乙烯基硅橡胶(MPVQ)胶料性能的影响。结果表明:随着辐射剂量的增大,MPVQ胶料的外观颜色呈现白-淡黄-灰黄的变化趋势,硬度增大,拉伸强度和撕裂强度曲线呈S形变化;当辐射剂量为1×10^(6)Gy(Si)时,MPVQ胶料的拉伸强度、拉断伸长率和撕裂强度分别减小20%,89%和69%,当辐射剂量大于1×10^(6)Gy(Si)时,MPVQ胶料的拉伸强度和撕裂强度出现一定程度反弹,随着辐射剂量的进一步增大,MPVQ胶料的拉伸强度和撕裂强度回落,而MPVQ胶料的拉断伸长率始终呈下降趋势;MPVQ制品基本满足静态运行航天器15年的运行寿命要求,但最终MPVQ制品的弹性和承力能力基本丧失,在外力作用下易脆裂,MPVQ制品不宜应用于裸露在空间环境中的长寿命航天器动态机构中。

硅基光电探测器空间辐射效应研究进展

硅基光电子技术结合了高集成度的大规模集成电路制造技术与光电子芯片的大带宽、高速率等优势,推动硅基光电器件在高能物理实验、医学影像和高能粒子碰撞器等领域的广泛应用。然而,应用于空间环境和医疗探测器的光电探测器在运行周期中预计会受到~10^(12)particles/cm^(2)的累积注量,而应用于大型粒子对撞机的新型探测器则要经受~10^(14)particles/cm^(2)的辐射注量。本文详细阐述了硅基光电探测器的空间辐射效应研究现状,主要包括不同粒子辐照后硅基光电二极管、雪崩光电二极管、单光子探测器以及光电倍增管等主流光电探测器的辐射效应研究进展。研究结果表明,探测器抗电离总剂量性能较好,位移损伤是导致其关键性能参数退化的主要原因,由于工作原理差异,各类器件在辐射环境中表现出不同退化行为和作用机理。

空间辐射环境模拟装置及其应用专辑序言

宇宙空间充满高能带电粒子,与航天器上的电子器件、电子系统相互作用产生的单粒子效应、总剂量效应、位移损伤效应、充放电效应,可使航天器发生在轨故障,影响航天器的安全运行和工作寿命,严重时甚至会造成灾难性的后果。

空间辐射对心血管系统的影响

太空飞行过程中,空间辐射引发心血管及循环系统调控改变,是太空飞行对航天员健康的重要威胁。本文旨在介绍空间辐射的来源和种类、心血管系统损害及辐射防护方法,并重点关注心肌细胞、内皮细胞、心肌成纤维细胞的适应性改变,尤其针对抗氧化剂、抑制剂等生物防护措施进行了分析与讨论,以期为未来的太空飞行辐射防护提供新思路。

空间辐射环境模拟装置与空间辐射生物效应研究进展

空间环境中宇航员受到的高能辐射主要来源于太阳粒子事件、银河宇宙射线和地球捕获带中的高能离子及其次生放射性粒子。太空辐射暴露具有低剂量率、多品质辐射和高线性能量传递(LET)等特点,是宇航员在深空执行长时间太空探索任务时面临的主要风险因素。基于地面高能加速器的空间辐射模拟装置及空间辐射生物效应研究是空间辐射风险评估科学依据的关键。单离子微束技术作为一种先进的能提供精确至单离子精准辐照的辐照装置,是真实模拟空间高能辐射条件开展生物效应研究的独特平台。本文首先介绍了近地任务以及深空探索中的辐射环境以及世界各国可供开展空间辐射地基模拟的粒子加速器设施,以及近年来的空间辐射效应研究进展,最后介绍了兰州重离子研究装置的高能微束装置及其在空间辐射生物学研究中的应用。

中国城市群产业集聚空间辐射效应非线性测度

文章采用2000-2021年中国五大城市群面板数据,运用EG指数与Tobit模型对城市群产业集聚水平及影响因素进行测度,并利用Gumbel Copula函数测算各城市群产业集聚非线性空间辐射效应。发现:中国五大城市群的产业集聚水平存在差异,其中长三角与京津冀城市群产业集聚水平较高且呈稳步增长趋势,成渝、哈长及中原城市群产业集聚水平较低,且呈逐年下降趋势;城市群产业集聚水平各影响因素的作用机制存在差异,经济发展水平与对外开放水平的正向影响作用显著,资本存量水平和劳动力水平的负向影响作用显著,而政府规模的影响作用不显著;不同城市群的产业集聚空间辐射效应非线性特征差异显著,主要表现为长三角城市群强于成渝城市群强于中原城市群。

面向可见光通信的LED空间辐射特性仿真实验研究

LED已经广泛渗透到大众生活的照明、指示、通信、定位等众多领域。特别是在可见光通信领域,LED自身的空间辐射特性主导了其在不同可见光通信场景的实际性能。实际上,如何基于不同类别、不同复杂程度的光源辐射特性解析模型,平滑地实现LED光波束三维建模及直观展示,仍然缺少针对性的阐述和讨论。面向各类新型光源应用对LED空间辐射特性的表征实验需求,本文提出了面向LED朗伯辐射特性、对称非朗伯辐射特性以及非对称非朗伯辐射特性空间建模及直观展示的仿真实验方法。该方法能够满足商用迥异LED光波束的三维展示需求,同时能够满足对LED空间辐射特性进行针对性地二维剖析需求。此外,上述工作为后续开展可见光通信组合光波束的优化设计提供了路径和便利。

基于多域融合的空间辐射源细微特征识别

辐射源识别主要关注辐射源的个体差异,通过信号处理手段,获取辐射源信号上与设备硬件相关的特征参数,从而掌握辐射源设备的型号、工作状态等信息。由于通信信号愈发复杂,单一域特征识别无法全面反映信号的细微差异,直接对信号处理结果进行识别存在大量数据冗余,导致识别效果不佳。为提高空间辐射源的识别效果,提出了一种基于多域特征融合的辐射源识别方法,通过对信号进行Hilbert-Huang变换和高阶谱分析,并提取变换结果的均值、方差、峰度、偏度和信息熵,将其拼接、融合形成空间辐射源信号的多域特征,利用SVM分类器进行分类,实现多域融合的辐射源细微特征识别。仿真结果表明,使用多域融合方法进行辐射源识别,在20 dB的信噪比下可达到95.44%的正确率,与传统基于边际谱信息熵的分类识别方法对比,正确率提升9.41%。对比基于HHT边际谱、边际谱信息熵、双谱投影、双谱矩形积分、四阶累积量切片谱的分类识别方法,本方法的识别效果均有提升。

空间辐射粒子致航天员辐射剂量的蒙特卡罗模拟计算

空间辐射是航天员执行空间站飞行任务过程中面临的主要风险之一。空间辐射粒子组成复杂,能量范围广泛,研究空间辐射粒子能谱对航天员的辐射剂量能够更好地辅助研究空间辐射粒子效应,进一步完善航天员安全保护机制。采用山东高等技术研究院阿尔法磁谱仪(AMS)测量的空间辐射粒子能谱和ICRP成人男性体素模型,基于蒙特卡罗工具包Geant4构建“天和”核心舱等比例模型,完成了模拟计算空间辐射粒子能谱对核心舱内航天员的辐射剂量,并通过粒子能谱通量数据估算了航天员于近地轨道空间站长期飞行所受到的空间辐射剂量。结果表明,空间辐射163天后皮肤剂量吸收率达到2.22 mGy·d^(-1),空间辐射粒子谱中占比仅0.5%的高能重离子贡献了空间辐射剂量的14.6%。该研究对航天员长期飞行辐射剂量的模拟计算、航天员健康风险评估和高能重离子辐射生物效应具有一定指导和参考意义。

NCRP第183号报告“空间辐射照射和对中枢神经系统影响的可能性:第二阶段”简介

本报告是应美国国家航空航天局(美国航天局)的要求编写的。这是两阶段努力的第二阶段,旨在就空间辐射暴露对机组人员中枢神经系统(CNS)的健康影响和任务影响向NASA提供指导。第一阶段的工作努力产生了国家辐射防护和测量委员会(NCRP)第25号评意书,即“空间活动期间辐射照射对中枢神经系统的影响”。第一阶段的概述,描述了围绕空间辐射对中枢神经系统的潜在短期和长期后果的关键问题,并为作为本报告基础的更全面的调查奠定了基础。

空间辐射效应地面模拟等效的关键基础问题

空间辐射效应是影响航天器在轨长期可靠运行的重要因素,必须在地面利用模拟试验方法评价航天器在轨抗辐射性能。但由于地面模拟试验环境与空间真实辐射环境在能谱、粒子种类、辐照时间等方面存在较大差异,为此国内外已开展了大量的空间辐射损伤地面模拟试验方法研究。但在空间低剂量率辐射损伤增强效应的地面模拟试验方法、重离子能量与入射角度对单粒子效应试验方法和预估方法的影响、质子和反应堆中子位移损伤等效方法等方面还面临着诸多尚未解决的问题。本文从空间辐射环境和地面模拟试验环境的差异性出发,着重阐述了低剂量率辐射损伤增强效应、粒子能量与入射角度对单粒子效应的影响、空间位移效应地面模拟试验方法3个方面的研究现状和存在的问题,梳理给出辐射损伤天地等效试验需要解决的关键基础问题,为空间辐射效应地面模拟试验方法研究和完善提供参考。

空间辐射环境工程的现状及发展趋势

空间辐射环境是航天器在轨运行所面临的重要环境要素之一,因其诱发的单粒子效应、总剂量效应、位移损伤效应、表面充放电效应、内带电效应等既可引起航天器材料、器件、结构等在轨损伤、性能退化甚至失效,然而又可以利用其开展空间育种等活动。文章从空间辐射环境与模型、空间辐射效应及机理、空间辐射环境与效应试验的评价标准、空间辐射环境效应试验方法、空间辐射环境与效应地面模拟试验设备、空间辐射环境与效应数值模拟、空间辐射环境与效应飞行试验及抗辐射加固技术等角度对空间辐射环境工程的现状进行了评述,进而提出了空间辐射环境工程各个领域的发展趋势。

载人航天飞行空间辐射研究进展

空间辐射是载人航天长期飞行及深空探测面临的最重要的环境因素之一。本文系统介绍了近地轨道飞行及载人登月、深空探测任务中空间辐射的时空分布特征,对当前空间辐射生物效应的研究热点(致癌、中枢神经系统影响、退行性变、辐射综合症)、空间辐射剂量测量、风险评估及防护技术的研究现状及进展进行综述,并提出了后续发展方向建议。

航天器空间辐射防护材料与防护结构

电子、质子、重离子、光子等空间辐射环境可在航天器材料或元器件中产生单粒子效应、总剂量效应、表面充放电效应、位移损伤效应、内带电效应等,因此,需要对航天器进行空间辐射防护。本文首先介绍空间辐射防护原理和防护有效性,进而从材料、分系统(或部组件)、航天器3个不同维度,对质量屏蔽防护材料、静电防护材料、抗辐射功能材料、航天器局部辐射防护结构和整星辐射防护结构进行了探讨,最后对未来发展的方向进行了讨论。

实践八号育种卫星搭载植物种子的空间辐射剂量分析

为了探明植物种子在空间搭载后发生一系列改变的原因,尤其是探寻空间辐射与突变发生的内在关联,设计了"照相定位"实验法,采用CR-39固体核径迹探测器来探测空间重离子,并利用空间重离子径迹与植物种子的相对位置,来确定被重离子击中的种子及其击中部位;同时用LiF热释光片测量种子所受的较低LET空间辐射的剂量。结果表明,"照相定位"法简便易行,经济实用,并极大地缩短镜下分析时间;最终测得空间重离子注量率为4.44个/cm2.d,种子所受较低LET空间辐射的平均剂量为4.79mGy。

空间辐射环境及人体剂量蒙特卡罗模拟

针对空间辐射环境进行了理论分析,并使用蒙特卡罗方法,对银河宇宙射线及典型太阳质子事件进行了模拟。通过分析常规屏蔽对空间辐射场及人体剂量的影响、屏蔽下的次级粒子产额等,验证了蒙特卡罗工具包Geant4应用于空间辐射防护研究的准确性。模拟发现:在常规屏蔽厚度的情况下,对于太阳质子事件,由于其能量主要分布在低能量段(100MeV以下),屏蔽效果随屏蔽厚度的增加明显增大,1g/cm2 Al等效厚度屏蔽皮肤剂量可降低至其初始剂量值的8%左右,10g/cm2 Al等效厚度的屏蔽可降低至初始剂量值的0.48%左右;而对于银河宇宙射线,由于其平均能量较高,屏蔽层的屏蔽作用并不明显,在浅层组织剂量甚至有所增加。

星敏感器空间辐射效应研究

星敏感器作为一类高灵敏度光电集成部件,易受空间辐射的影响造成性能退化和工作异常。分析星敏感器的辐射效应机理并制定相应的防护对策,既是当前可靠性增长的基础,也是今后高性能星敏感器发展的必然要求,而国内尚缺少对这一问题的详细论述。阐述了空间辐射环境和星敏感器的组成以及工作原理,综述分析了空间辐射效应机理和对星敏感器产生的影响,并介绍了国外在相应防护对策上的经验,更进一步对影响星敏感器较为严重的瞬态效应做了较为深入的探讨。