一种空间主动激发x射线荧光探测器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种应用于空间X荧光探测设备的结构和热设计，属于空间探测技术领域。
【背景技术】
[0002]空间高分辨主动激发X射线谱仪(APXS)是嫦娥三号玉兔号月球车的科学载荷之一，也是机械臂上唯一的载荷。它通过携带的主动激发源激发月岩或月壤中的元素，并探测其产生的特征X射线，从而获得月球元素的种类及含量信息，为月球地质化学过程和形成演化研究提供重要依据。
[0003]空间高分辨主动激发X射线谱仪是嫦娥三号巡视器机械臂末端，安装有主动激发放射源、低功耗、高分辨的X射线荧光探测设备。探测器对其自带激发源激发产生的月表元素X射线荧光进行探测，并形成能谱下传，供用户分析反演得到月表的主量元素的含量信肩、O
[0004]它对主要的成岩元素Mg、Al、S1、Ca、Ti和Fe等元素进行激发探测，从而得到月球表面各种主要成岩元素的荧光射线强度，对月球表面的主要元素成分进行定量分析。
[0005]空间高分辨主动激发X射线谱仪主要是行星表面的成分探测。由于没有空气或者空气稀薄，月球和火星表面对低能X射线和带电粒子的阻止本领远低于地球表面，因此，适合对低能的Mg、Al和Si的特征线进行激发探测。由于没有大气层保护，因此月球和火星表面昼夜温差变化极大，需要考虑对设备适应极端温度条件的适应能力进行设计。
[0006]美国的NASA、俄罗斯和欧洲ESA等都曾经在航天器上携带类似的物质成分分析设备，由于其卫星平台可以对设备进行主动控温，因此，这些设备都没有自带的温控设备。在嫦娥三号任务中，由于APXS为舱外设备，其与平台没有传导散热的通道，在月昼，其工作时自身产生的热量、太阳照射以及月球表面等外热流对仪器都有热量输入，而在月夜条件下，设备周围的环境温度可达到_180°C，设备对外输出热量，如果没有热量输入，设备的温度也将达到-180°C，对于设备内部的电子元器件及设备中的硅漂移室探测器来说，都超过了其额定的耐受温度范围，因此，需要对设备的结构和热进行整体设计，保证设备能够在轨正常工作，安全度过月夜。
[0007]目前物质成分分析设备主要包括:
[0008]一、NASA的Surveyors V , VL VII探月任务中，都携带了 α散射化学成分分析实验装置，该实验应用242Cm同位素α粒子放射源产生的α粒子与其他原子核碰撞后在近180°反冲散射的能谱以及核反应产生的质子能谱来分析获得月表元素的含量。
[0009]Surveyors V ,VLVII的α探测器选用金硅面垒探测器，质子探测选用锂漂移探测器，探测器由探头、电子学构成，电子学位于飞行器的控温组件内部。无自主保温功能，需要额外15W的加热功耗。242Cm同位素存在核裂变可能性，每次衰变会有1.6*10_7个中子发射，需要考虑中子辐照影响。
[0010]二、俄罗斯的 Mars 96 任务，NASA 的 Mars Pathfinder 任务、Mars Explorat1nRovers 任务，Mars Science Laboratory Rover、MSL 任务以及 ESA 的 Rosetta 任务都曾使用粒子激发X射线谱仪，这些任务中选用244Cm放射源，通过探测背散射的α粒子和样品中被激发产生的特征X射线进行定量分析。
[0011]以上粒子激发X射线谱仪设计使用242Cm或者244Cm放射性同位素作为激发源，242Cm(244Cm)同位素存在核裂变可能性，每次衰变会有1.6*10_7个中子发射，需要考虑中子辐照影响。同时，该探测器采用一体化设计，整个外壳为一体，前端和后端无热阻，基本是一个等温体。由于采用的同位素原因，无法探测Rb、Sr和Y等微量元素。设备无自主保温功能，需要额外的热控措施。
[0012]三、欧空局的Beagle 2任务携带了 X射线谱仪，该设备包含两个件，探头组件和数据处理电子学，选用的放射性同位素激发源为两枚55Fe源(105.6MBq)和两枚ltl9Cd源(8.77MBq)。通过探测样品中被激发产生的特征X射线进行定量分析，X射线探测器选用300微米厚，7mm2面积的硅PIN探测器。
[0013]该设备注重小型化设计，整体体积较小，虽然前端采用碳纤维材料，因为热容关系，隔热效果并不理想，且由于过于紧凑的设计，放射源的活度及均匀性都收到一定的限制，因此分析精度也受限。该设备无主动热控，无在轨定标设计。
【发明内容】
[0014]针对现有技术中存在的设备无主动热控技术问题，本发明设计了一套月夜生存装置，应用以放射性同位素Pu-238为燃料的RHU为核心，热功率为4W。在月夜低温条件下，月夜生存装置通过散热面辐射方式为SDD探测器提供热量。本发明是一种集成化的高可靠的主动激发X射线荧光探测器，设备具备自主距离感知功能，设备具备在轨定标能力，设备具有自王保温能力。
[0015]本发明的技术方案为:
[0016]一种空间主动激发X射线荧光探测器，其特征在于，包括安装于巡视器+X面板上的探头、月夜生存保障装置，探头与巡视器舱内综合电子学板电连接；所述月夜生存保障装置包块主动辐射热源、外部支架、热控包覆，所述主动辐射热源位于所述热控包覆内，所述热控包覆通过所述外部支架固定在巡视器+X面板上；其中，当处于月夜状态时，所述主动辐射热源与探头后端相对，为探头提供主动温控。
[0017]进一步的，还包括一安装于所述巡视器+X面板上的在轨标定装置，其中，当处于在轨标定状态时，所述探头前端与所述在轨标定装置相对。
[0018]进一步的，所述月夜生存保障装置包括一双层套筒，内层套筒与外层套筒通过过渡件连接；所述主动辐射热源位于所述内层套筒内；所述双层套筒通过一顶盖密封；所述在轨定标装置包括标准样品和支架，所述标准样品通过该支架固定在巡视器+X面板上。
[0019]进一步的，所述探头特征荧光射线收集功能由硅漂移室探测器完成，所述探头安装在位于巡视器+X面板上的一机械臂上；探头隔热安装在该机械臂末端。
[0020]进一步的，所述探头包括一外筒，该外筒前端安装有激发源组件和红外距离感知器，外筒内部设有与所述红外距离感知器的前端电子学组件。
[0021]进一步的，所述前端电子学组件包括硅漂移X射线探测器、散热帽、印制电路板安装支架、电子学板、散热铜棒和散热片；其中，硅漂移X射线探测器与电子学板电连接，所述电子学板固定安装在所述印刷电路板安装支架上，所述印刷电路板安装支架固定安装在所述外筒内部，所述散热帽位于所述外筒前端环绕所述硅漂移X射线探测器，所述外筒后端采用一散热片密封；所述硅漂移X射线探测器通过一散热铜棒与所述散热片连接。
[0022]进一步的，所述散热片与外筒连接的边缘设有凸台；所述散热片外表面涂有导热硅脂；所述外筒后端通过法兰与一散热面连接，所述散热面外表面涂有白漆。
[0023]进一步的，所述散热帽采用翻边结构与所述电子学板的前端电路板压紧连接，且通过螺钉与所述印刷电路板支架连接；所述散热帽的中心孔与所述硅漂移X射线探测器之间缝隙填充硅橡胶；所述前端电路板表面敷铜；所述散热帽采用挖槽方式避开接触硅漂移X射线探测器的针脚。
[0024]进一步的，所述散热片一端面中心设有一用于固定所述散热铜棒的凹陷，另一端面开沉孔，凹陷螺钉通过该沉孔将所述散热片与所述散热铜棒固定；所述印刷电路板支架为铝制半环形结构，两端分别与所述散热帽、散热片连接，底面固定所述电子学板的母线电路板，内部顶面开槽固定所述电子学板的前级放大电路板和成型电路板，顶面设有电源线和信号线的线孔，侧面固定到所述外筒内壁。
[0025]进一步的，所述激发源组件包括多个激发源和激发源支撑结构，所述激发源圆形均匀分布于所述外筒前端中心区域，每一激发源分别与一准直器连接；所述激发源支撑结构的材料为聚酰亚胺，且聚酰亚胺表面镀铝；多个所述红外距离感知器圆形均匀分布于所述外筒前端边缘区域。
[0026]APXS为巡视器有效载荷系统的单机设备，探头隔热安装在机械臂末端，通过电缆