天和核心舱高能质子南大西洋异常区方向分布差异分析

地球辐射带南大西洋异常区是空间站轨道运行过程中遭遇的最重要的粒子辐射区域,这一区域集中了大量具有强穿透性的高能质子,会显著影响空间站舱内器件的正常工作,危害航天员的健康和安全.2021年4月29日中国空间站"天和核心舱"成功发射,核心舱配置了空间环境监测载荷,可实时获取沿轨高能质子通量监测数据.伴随核心舱姿态变化探测器可监测来自不同入射方向的高能质子,为初步开展异常区高能质子方向分布提供了可能.本文利用核心舱空间环境监测载荷的高能质子方向观测数据,通过重构不同入射方向条件下高能质子SAA(South Atlantic Abnormal)区分布,研究分析不同能量高能质子SAA区方向分布位置边界和方向峰值强度,给出高能质子异常区方向分布的初步结果,弥补利用辐射带模型仅能得到全向辐射结果的不足,为高效规避和应对辐射危害,保障航天器和航天员的安全提供重要参考.

基于贝叶斯优化的高能质子空间传输精确控制

综合考虑地磁场、高能质子的相对论效应以及同步辐射的影响,建立了质子在空间传输的单粒子运动模型。基于该模型,提出利用贝叶斯优化方法,实现给定质子能量下,质子从空间初始点传输到目标点的精确控制方法,获得了出射方向随出射位置的变化规律,当位置径向角取0°和180°时,位置轴向角的取值不会改变粒子的最优出射方向。研究结果为质子束在空间环境中的长程传输提供理论支撑。

内辐射带高能质子对磁暴响应的统计研究

范艾伦卫星-A观测表明内辐射带高能质子通量在磁暴主相期间显著下降,在恢复相时与地磁SYM-H指数同步恢复.磁暴期间内辐射带高能质子通量变化对磁场变化的响应是绝热的吗?基于刘维尔定理和第一和第三绝热不变量守恒,定量地评估了高能质子在内辐射带中的完全绝热效应.两个事件研究表明,理论计算的绝热效应导致的高能质子通量变化与范艾伦卫星观测结果吻合良好.本文进而对2013-2016年期间发生的67次磁暴事件进行了统计研究.结果发现磁暴主相和恢复相期间,内辐射带高能质子通量变化的90%贡献是完全绝热效应.相空间密度的调查结果也支持这一结论.最后通过对比研究磁暴前后高能质子通量的变化,我们发现大部分磁暴(56/67)期间,绝热效应能解释内辐射带高能质子通量的变化;另外11次磁暴事件中非绝热效应可能起着重要作用.

宇宙高能质子致单粒子翻转率的计算

通过简化半导体器件灵敏单元 ,计算得到了宇宙高能质子在器件灵敏单元内产生的能量沉积。然后利用地面重离子实验单粒子翻转数据得到的Weibull函数 ,计算了CRRES卫星轨道、 33mm铝屏蔽壳体内几种器件的单粒子翻转率 ,并与已有结果进行了比较说明。

高能质子单粒子翻转效应的模拟计算

在分析质子与硅反应的基础上 ,提出质子单粒子翻转截面理论计算模型 ,建立了模拟计算方法 .计算得到了不同能量的高能质子在存储单元的灵敏区内沉积的能量 .指出高能质子主要通过与硅反应产生的重离子在存储单元灵敏区内沉积能量 ,产生电荷 ,导致单粒子效应 ,得到了单粒子翻转截面与质子能量以及随临界电荷变化的关系 .并将计算得到的单粒子翻转截面与实验数据进行了比较 .

加速器驱动次临界系统的中高能质子轰击厚靶中子学实验研究

利用俄罗斯杜布纳联合核子研究所的高能加速器进行加速器驱动次临界系统 (ADS)靶区中子学研究。用 0 .5 33、1 .0、3.7和 7 4GeV质子轰击U(Pb)、Pb和Hg靶的测量结果表明 :U(Pb)和Pb与Hg靶的中子产额比分别为 ( 2 0 1± 0 1 0 )和 ( 1 76± 0 33) ,从获得较强中子的角度看 ,Hg作为ADS靶是不利的 ;沿厚 2 0cm靶的中子产额随入射质子穿透深度增大而下降 ,质子能量越低 ,中子产额下降越快 ,为在较大厚度范围内获得较均匀的中子场 ,质子能量不应低于 1GeV ;不同能量质子产生的次级中子能谱相近 ,但随质子能量提高 ,较高能量中子的比例逐渐增大。

鼠肝线粒体呼吸链质子泵高能质子流向膜表面及其在能量偶联中的作用

利用面 △ψ感的荧光探针Ｒｈｏｄａｍｉｎｅ１２３，测定了琥珀酸脉冲引起的鼠肝线粒体内膜体 △ψ 时相的变化，同时用高精度ｐＨ电极测定了相应体系介质ｐＨ时相的变化。结果表明：线粒体跨膜电位的变化速率，快于介质ｐＨ的变化速率，并发现琥珀酸氧化时建立的 △ψ 所维持的时间，短于介质酸化所维持的时间，后者是个缓慢的回复过程，这两者之间存在有时间差。随着温度、Ｋ＋浓度和线粒体蛋白浓度的降低及琥珀酸浓度的增加，此两者的时间差亦相应增大。提示：线粒体内膜表面在能化时存在有被束缚的高能质子。利用铁氰化钾脉冲法证明线粒体内膜体呼吸链复合体（Ⅱ＋Ⅲ）的Ｈ＋／２ｅ比随着温度、Ｋ＋浓度及线粒体蛋白浓度的增高而降低，也支持上述观点。与此同时，线粒体内膜体的呼吸控制率随温度的下降而升高，说明膜表面质子对干线粒体的能量偶联具有更为重要的作用。

高能质子照相的成像方程

与X射线闪光照相相比，GeV级质子照相因质子的穿透能力更强而更能满足流体动力学最佳光程、更小不确定度的要求。质子照相用于提取阴影客体信息的过程比X射线闪光照相复杂。为了便于分析质子照相过程及其特性，以质子照相的输运过程为基础，逐步考虑了质子与物质相互作用的各种过程——核反应、多次库仑散射、准弹性散射和弹性散射，并获得含各种过程的质子照相理论计算表达式。在含准直的系统中，理论计算公式中包含了多次弹性散射和准弹性散射项。通过与QMCPrad计算结果的对比得知弹性散射高斯近似下的理论计算结果与蒙特卡罗方法（MC）计算结果一致，与更准确的“黑体”模型的相对误差为3％～5％。这意味着在某种程序上，当研究质子照相规律或设计系统时，高能质子照相的理论计算公式能够替代MC模拟。

实践四号卫星高能质子重离子探测器探测数据初步分析

在简要介绍卫星和探测仪器之后,着重介绍内外辐射带高能质子重离子通量、能谱等初步的和较为直观的部分处理结果。

快速高能质子照相程序QMCPrad的研制

为了快速模拟高能质子照相过程,利用蒙特卡罗(MC)技术和技巧编写了程序QMCPrad,并开展了QMCPrad与MCNPX的对比计算以及实验E955的模拟验证工作。在模型选取中,修改核反应过程权重的隐式俘获模式和一次抽样模拟穿透客体的多次库仑散射的浓缩历史方式都节约了大量的计算时间。与MCNPX相比,QMCPrad具备模拟质子在磁透镜中输运过程的能力。QMCPrad与MCNPX、实验E955的对比及验证结果表明,QMCPrad能够准确定量地模拟高能质子照相,为质子照相实验设计提供工具。

高能质子束探测稠密不均匀氘氚等离子体密度的SIRT算法(英文)

应用同时迭代重建算法(SIRT)重建不均匀稠密氘氚等离子体的密度分布.在二维等离子体密度重建的数值模拟中,探测稠密等离子体的高能质子束可以由强激光和等离子体相互作用产生,且质子束经过稠密等离子体后的能量损失是比较重要的.如果已知入射质子束和出射质子束的能量分布,可以在出射质子束能量测量的误差水平未知的情况下用SIRT算法重建等离子体的密度分布.结果显示,SIRT算法的精确度高于以L-曲线为准则的Tikhonov正则化方法,并可以在数据量不完全时重建密度分布.

星载电子系统高能质子单粒子翻转率计算

文章对星栽电子系统空间高能质子单粒子翻转率计算方法进行了研究。总结了13种主要计算质子单粒子翻转率的方法,并对各种算法之间的相似性和差异性进行了比对分析。用Visual Basic语言编程,实现了高能质子单粒子翻转率计算模型软件化,为高能质子单粒子效应加固设计和验证评估提供技术依据。计算了几种典型轨道上的质子单粒子翻转率；在此基础上,与在轨观测数值进行比对分析验证,并分析了质子单粒子翻转率与空间轨道的关系。

低高度内辐射带高能质子空间分布位形的研究

利用国际地磁参考场模式(IGRF模式)分析了1970—2000年低高度南大西洋负磁异常区位形的漂移与变化,给出了几个高度异常区中心位置磁场强度的变化和位置的变化。利用带电粒子的运动学方程,简要分析了低高度辐射带高能粒子的运动,得出在低高度,磁场是决定辐射带高能粒子空间强度与分布的决定性因素。低高度辐射带空间分布位形的变化特征应该与低高度南大西洋负磁异常区的变化特征基本一致。低高度南大西洋负磁异常区的特征可以作为低高度辐射带空间分布位形的一个初步判据。

高能质子引起器件单粒子效应的研究方法

简略介绍了高能质子在半导体芯片中引起单粒子效应的实验测量和理论分析方法,包括核反应分析方法、半经验方法,介绍了质子和重离子翻转截面间的关系,并用重离子实验数据预测器件在质子环境下的翻转率.

强激光-固体靶相互作用中高能质子的研究进展

本文介绍了强激光与固体靶相互作用产生高能质子研究中的一些重要物理问题和目前面临的挑战.回顾了强激光与固体靶相互作用中高能质子研究的历史和发展状况;简要叙述了国内外关于高能质子研究的最新进展;总结、评述了高能质子研究过程中关于高能质子的起源和加速机制等问题存在的争议以及需要进一步研究的相关问题.

高能质子扫描测量多层同心球材料边界

针对国内质子加速器能量不够高,不足以开展面密度为200g·cm^(-2)的厚物体透射成像实验研究的问题,探索了国内质子加速器用于高面密度厚物体内部材料边界位置测量的新方法。该方法与美国和俄罗斯发展的高能质子整幅照相不同,采用细束质子扫描方式记录透射束斑的能量、个数、偏转角度及束斑形状等信息,进而反演检测对象内部材料的边界位置。采用Geant 4软件模拟了扫描检测过程,由透射率曲线和对称性特征量曲线提取的边界测量值与真实值的偏差为百微米量级。模拟计算结果表明,该方法具有可行性。

光电耦合器高能质子位移辐射损伤效应评估

文章针对光电耦合器的空间辐射损伤效应,在国内首次开展了高能质子辐照对光电耦合器的位移损伤效应试验研究。结果表明:电流传输比是光电耦合器件位移损伤的敏感参数;相同质子等效注量辐照下,70MeV能量的质子比191.17MeV能量的质子对光电耦合器的损伤更严重;此外其他条件相同时,较大驱动电流下器件的位移损伤较小。文章还分析了引起光电耦合器件电流传输比退化的原因。

太阳周期活动对低高度内辐射带高能质子的影响

利用NOAA-15卫星1998年到2011年近13年的高能质子全向通量观测资料,分析了一个太阳活动周内,低高度内辐射带高能质子通量的分布变化特性及其物理原因,比较了观测结果与AP8模型的不同.研究表明,低高度内辐射带高能质子通量与太阳活动水平的反相关关系与磁壳参数L值及磁场B值有关;L值越低,B值越大的空间点,其高能质子通量与太阳活动水平的反向相关性越明显.高能质子通量随太阳活动水平的变化存在明显滞后现象,L值越高、B值越小的空间点,滞后现象就越明显,滞后严重时可以达到一年左右的时间;这种滞后现象反映出低高度内辐射带高能质子的源与损失达到平衡是一个中长期过程.通过与AP8模型计算结果的比较分析可以看出,利用AP8模型时,仅考虑地磁场长期变化对质子通量的影响可能会夸大低高度内辐射带局部高能质子通量的增强.

太阳射电爆发与高能质子加速过程

根据近年来地面和空间观测资料的统计分析指出：（１）太阳质子事件（或质子耀斑）的发生同起伏剧烈的强微波爆发（包括脉冲和ＩＶμ型爆发）或短分米波ＩＶ型爆发存在着紧密的共生关系（共生率趋近１００％）；（２）约有２４％—３０％的质子事件没有对应的ＩＩ型爆发。这一结果否定了以前认为ＩＩ型爆发中的激波加速是产生质子事件必要条件的看法，进而论证了产生强微波（脉冲或ＩＶ＿μ型）爆发的相对论性电子（≥５００ｋｅｖ）与质子耀斑中的高能质子（＞１０ＭｅＶ）都是在耀斑脉冲相的磁环中受到随机ＭＨＤ湍动加速作用而产生的。那些逃逸到行星际空间的质子流就构成了太阳质子事件。

空间高能质子对飞行器材料的损伤分析

针对高能粒子在空间环境中的辐射,本文简要介绍了空间高能质子在空间环境中的分布情况及在物质中的传输问题,评述了国外有关高能质子的非电离能损失及线性能量转移研究,并在此基础上重点分析和研究了高能质子对航空、航天材料的辐射损伤。从空间高能质子对材料的辐射损伤的角度,分析讨论了材料厚度与屏蔽效果的关系并提出了一些相关性的结论和展望;能量为10MeV～80MeV的质子最可能发生辐射损伤效应,质子拟合公式适合于入射质子能量较小的情况。