一种空间高能电子和质子探测器的制作方法

本发明属于空间带电粒子探测技术领域，主要涉及一种空间高能电子和质子探测器。

背景技术：

带电粒子是空间环境的重要组成部分。自空间探测活动开始起，带电粒子就成为空间探测活动的重要内容之一。50年多来，人们发射了数百个航天器在太空的各个区域对带电粒子进行探测和研究。尽管如此，人类对空间带电粒子环境的认识仍然很有限，很多与空间带电粒子相关的空间环境科学问题尚待解决。因此，需要通过对空间带电粒子的探测，进一步了解空间带电粒子环境的特点及其变化，对了解和掌握空间环境具有重要的科学意义；另一方面，空间带电粒子对在轨运行的航天器带来严重的安全隐患，是影响航天器长寿命和高可靠性的主要因素之一。随着空间应用技术的发展，各种新工艺、新材料、新型器件以及新技术将广泛应用于各种航天器上，这对航天器的寿命和可靠性提出了更高的要求。这需要继续加强对空间带电粒子的探测，进一步了解空间带电粒子环境的特点和作用，评估其对航天器造成的影响，从而为航天器的设计、防护及在轨诊断提供参考和依据。因此，空间带电粒子探测又具有重要的工程意义。

国外对空间的高能电子和质子及其它带电粒子都进行了大量的探测和研究，但国内目前，还没有完全覆盖0.7～10.0MeV的电子和15～300MeV的质子的探测器。而空间0.7～10.0MeV的电子和15～300MeV的质子对于航天器的安全运行又显得尤为重要。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种空间高能电子和质子探测器，将每个传感器都作为一个独立的模块，满足了对空间高能的电子和质子的探测需求。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：一种空间高能电子和质子探测器，其特征在于，包括壳体、挡光片S1，传感器D1，传感器D2，反符合闪烁体S2，光电二极管。

壳体为中空的圆柱腔体，顶部开设中心孔。

挡光片S1为镀铝薄膜。

传感器D1为第一圆形金硅面垒型探测器，并从侧边引出第一电接口；

传感器D2由多个完全相同的传感模块层叠而成，每个传感模块包括第二圆形金硅面垒探测器、吸收体、印制电路板；吸收体为聚四氟乙烯，通过环氧树脂粘在第二圆形金硅面垒探测器的背面，和第二圆形金硅面垒探测器一起固定在同一块印制电路板上，该印制电路板上金硅面垒探测器的周围是前置放大电路，第二金硅面垒探测器由印制电路板的侧边引出第二电接口；

反符合闪烁体S2为1块中空的圆柱形塑料闪烁体；

反符合闪烁体S2固定在壳体的内腔处，二者共轴；挡光片S1，传感器D1，传感器D2三者按照从上至下的次序准直固定安装在反符合闪烁体S2的中部；其中传感器D1和传感器D2之间相距设定的距离；光电二极管设置于反符合闪烁体S2的侧壁上，二者通过光耦合剂接触相连；第一电接口和第二电接口引出到壳体外部。

进一步地，挡光片S1厚50μm、直径3.0㎝，能阻挡能量低于0.3MeV的电子，能量低于7.5MeV的质子。

进一步地，挡光片S1、第一圆形金硅面垒型探测器以及传感模块均固定设置于铝合金框架上，铝合金框架结构具体为：

截面为正方形，边长为4.0cm，厚1.0cm，其右侧开有凹槽，用于引出第一电接口和第二电接口，铝合金框架的四周开有4个直径为0.5cm的螺杆通孔。

进一步地，传感器D2中的金硅面垒探测器呈圆形，直径为1.0cm，灵敏层厚度为0.015cm；吸收体直径为1.0cm，厚度为0.02cm。

进一步地，反符合闪烁体S2内径为4.5cm，外径为6.5cm，高度为5.0cm。

进一步地，壳体由上盖板、侧壁以及底板组成。

上盖板为圆形盖板，中央开设一个中心孔，内径为2.0cm，外径为8.0cm，厚1.0cm，材料为铜。

侧壁为中空圆柱体，内径7.0cm，外径8.0cm，材料为铜，在侧壁1-7上还开有一个矩形孔，用于安装探头电接口1-12，便于探头与电子学系统之间的通信。

底板为铜质圆柱体，半径为4.0cm，在其上面对称地开4个通孔，通孔中心所在圆的半径为7.5cm；

其中上盖板和底板分别固定覆盖在侧壁上下两端。

进一步地，挡光片S1，传感器D1，传感器D2三者按照从上至下的次序准直安装在反符合闪烁体S2的中部，并以螺杆固定；

螺杆穿过铝合金框架的螺杆通孔将挡光片S1，传感器D1，传感器D2三者固定在反符合闪烁体S2的中部。

进一步地，传感器D2底部和壳体的底板之间设置紧固弹片。

有益效果：

本发明基于ΔE-R原理，提出了一种空间高能电子和质子探测器的设计方法，该设计将探测器中的挡光片和各个传感器设计为一个个独立的模块，经试验验证可探测空间0.7～10.0MeV的电子和15～300MeV的质子，为空间带电粒子辐射探测提供了便利。基于这种设计的探测器，具有结构简单、紧凑的特点，并且采用了模块化的设计思想和理念，符合当下空间带电粒子探测器发展的大趋势。

附图说明

图1空间高能电子和质子探测器的结构示意图；

图2空间高能电子和质子探测器中传感模块的结构示意图；

1-1：挡光片S1，1-2：探头上盖板，1-3：螺孔，1-4：传感器D1，1-5：1-6：反符合闪烁体S2，1-7：传感器D2，1-8：探头侧壁，1-9：螺杆，1-10：探头底板，1-11：螺母，1-12：紧固弹片，1-13：探头电接口，1-14：光电二极管，2-1：铝合金框架，2-2：螺孔,2-3：印制电路板,2-4：电接口，2-5：金硅面垒探测器。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

实施例1、一种空间高能电子和质子探测器，如图1所示，包括壳体、挡光片S11-1，传感器D11-4，传感器D21-7，反符合闪烁体S21-6，光电二极管1-14。

壳体为中空的圆柱腔体，顶部开设中心孔。

挡光片S11-1为镀铝薄膜。

传感器D11-4为第一圆形金硅面垒型探测器，并从侧边引出第一电接口；

传感器D21-6由多个完全相同的传感模块层叠而成，每个传感模块如图2所示，包括第二圆形金硅面垒探测器2-5、吸收体、印制电路板2-3；吸收体为聚四氟乙烯，通过环氧树脂粘在第二圆形金硅面垒探测器2-5的背面，和第二圆形金硅面垒探测器2-5一起固定在同一块印制电路板2-3上，该印制电路板2-3上金硅面垒探测器2-5的周围是前置放大电路，第二金硅面垒探测器2-5由印制电路板2-3的侧边引出第二电接口。通过设置传感器的层数可以增加或者减小探测粒子能量的范围，通过粒子射程、粒子能量以及每层传感器的厚度等参数可以确定具体的层数。

反符合闪烁体S21-5为1块中空的圆柱形塑料闪烁体。闪烁体用于将非入射孔进入的粒子排除。

各部件之间的位置关系为：

反符合闪烁体S21-5固定在壳体的内腔处，二者共轴；挡光片S11-1，传感器D11-4，传感器D21-7三者按照从上至下的次序准直固定安装在反符合闪烁体S21-5的中部；其中传感器D11-4和传感器D21-7之间相距设定的距离；光电二极管1-14设置于反符合闪烁体S21-5的侧壁上，二者通过光耦合剂接触相连；第一电接口和第二电接口引出到壳体外部。

本实施例中，所选取的挡光片S11-1厚50μm、直径3.0㎝，能阻挡能量低于0.3MeV的电子，能量低于7.5MeV的质子。

本实施例中，挡光片S11-1、第一圆形金硅面垒型探测器以及传感模块均固定设置于铝合金框架上，铝合金框架结构具体为：

截面为正方形，边长为4.0cm，厚1.0cm，其右侧开有凹槽，用于引出第一电接口和第二电接口，铝合金框架的四周开有4个直径为0.5cm的螺杆通孔。

本实施例中，传感器D21-6中的金硅面垒探测器2-5呈圆形，直径为1.0cm，灵敏层厚度为0.015cm；吸收体直径为1.0cm，厚度为0.02cm。

本实施例中，反符合闪烁体S21-5内径为4.5cm，外径为6.5cm，高度为5.0cm。

本实施例中，壳体由上盖板1-2、侧壁1-8以及底板1-10组成；上盖板1-2为圆形盖板，中央开设一个中心孔，内径为2.0cm，外径为8.0cm，厚1.0cm，材料为铜；侧壁1-8为中空圆柱体，内径7.0cm，外径8.0cm，材料为铜，在侧壁1-7上还开有一个矩形孔，用于安装探头电接口1-12，便于探头与电子学系统之间的通信；底板1-10为铜质圆柱体，半径为4.0cm，在其上面对称地开4个通孔，通孔中心所在圆的半径为7.5cm；其中上盖板1-2和底板1-10分别固定覆盖在侧壁1-8上下两端。

本实施例中，挡光片S11-1，传感器D11-4，传感器D21-7三者按照从上至下的次序准直安装在反符合闪烁体S21-5的中部，并以螺杆固定；螺杆穿过铝合金框架的螺杆通孔将挡光片S11-1，传感器D11-4，传感器D21-7三者固定在反符合闪烁体S21-5的中部。

本实施例中，传感器D21-7底部和壳体的底板1-10之间设置紧固弹片1-12。

根据本实施例设计的参数，设计的空间高能带电粒子探测器，在配合相应的信号处理电子学系统后，可探测空间0.7～10.0MeV的电子和15～300MeV的质子。

综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。