本发明涉及计算辐射敏感部位位移吸收剂量的方法，属于空间环境效应、核科学与应用技术领域。
背景技术：
吸收剂量是指单位质量物质受辐射后吸收辐射的能量，吸收剂量严格的定义是辐射给予质量为dm的物质的平均授予能量de被dm除所得的商，用符号d表示，单位为戈瑞(gy)。航天器在空间轨道运行，将会受到多种环境因素的影响：如粒子辐射、微重力、及原子氧等。随着电子技术的飞速发展，电子元器件的应用越来越广泛。在卫星、宇宙飞船及航天飞机上，广泛应用电子器件，以实现各种功能。对于电子器件，粒子辐射是最致命的环境因素。早期发射的航天器曾多次因损伤而失效。随着科学技术的发展，虽然卫星等航天器产生致命故障的事例有所减少，但仍时有发生。空间粒子辐射会使卫星的工作寿命缩短，从而造成巨大损失。即使采用封装和加保护等方法也不能保证电子器件完全避免辐射的影响。
航天工程上最为关心的内容主要涉及两方面：一是快速准确评估敏感部件(电子元器件、热控涂层、导线、光学部件等)处所受到的辐射吸收剂量；二是针对敏感器件的防护设计找到一种快速评价方法。因此，如果能够找到一种计算方法，在保持较高的计算精度条件下，能够快速评估航天器等复杂结构的吸收剂量，对于保障航天器在轨安全运行具有重要的意义。
对于材料单一的简单结构，现在工程上常用的有一维位移吸收剂量深度分布，但是计算涉及多种材料的复杂结构的吸收剂量，现有方法计算复杂，耗时长，缺乏简单、快速的计算方法。
技术实现要素：
本发明为解决现有技术辐射敏感部位位移吸收剂量计算复杂、耗时长的问题，提供了基于吸收剂量深度分布计算辐射敏感部位位移吸收剂量的方法。
本发明所述基于吸收剂量深度分布计算辐射敏感部位位移吸收剂量的方法，通过以下技术方案实现：
步骤一、选取一种已知一维位移吸收剂量深度分布d(t)的材料a；
步骤二、根据x＝ρ×t/10，将步骤一中选取材料a的吸收剂量深度分布d(t)转化为吸收剂量随等效厚度d(x)的分布，其中，ρ表示材料密度，t表示材料厚度，x表示等效厚度；
步骤三、以辐射敏感部位为球心做球体，使辐射敏感部位所处的结构完全包括在球体内，从径向e和维向ω将球体的表面划分为n个区域，n为大于2的整数，区域i所对应的径向尺寸范围为ei，维向尺寸范围为ωi，i∈[1,n]；
步骤四、将辐射敏感部位与区域i的边上各点连线，确定区域i与连线所包裹的部分对应结构中所包含的m种材料以及每种材料的厚度；
步骤五、将步骤四中确定的区域i内所有材料的厚度转化为等效厚度xi；
步骤六、根据步骤二中吸收剂量随等效厚度d(x)的分布，确定等效厚度xi对应的吸收剂量d(xi)；
步骤七、将d(xi)转化为等效厚度xi对应的单向吸收剂量d′(xi)；
步骤八、重复步骤四～步骤七，分别得到i取1,2,…,n时对应的单向吸收剂量值d′(x1)～d′(xn)；
步骤九、计算得到结构中敏感部位的位移吸收剂量d，d的计算公式为：
本发明最为突出的特点和显著的有益效果是：
本发明所涉及的一种基于工程上常用的一维位移吸收剂量深度分布的方法，其应用对象包括材料、器件、电子系统及结构。该技术的特征在于，基于工程上常用的一维位移吸收剂量深度分布，计算复杂结构所涉及不同材料的等效厚度，将一维位移吸收剂量深度分布转化为单向吸收剂量深度分布。本发明在计算等效厚度及分析复杂结构不同敏感部位分布规律的基础上，针对某特定部位进行计算分析，达到快速评估计算的目的。
本发明应用基于工程上常用的一维位移吸收剂量深度分布快速计算结构辐射敏感部位的位移吸收剂量方法，步骤简单，易于操作，计算速度快。本发明所提出的技术途径能够大幅度降低多种材料的复杂结构吸收剂量的计算时间，用时量减少约70％，对航天器在轨可靠性及寿命研究具有重大的意义，有着明显的优势和广泛的应用前景。
附图说明
图1为入射粒子角度考虑为垂直入射示意图；其中，s表示路径，m表示计算路径；
图2为本发明中吸收剂量深度分布曲线图；
图3为本发明中吸收剂量随等效厚度的分布曲线图；
图4为本发明中区域划分示意图；
图5为本发明实施例中的航天器结构示意图；
图6为本发明实施例中的辐射敏感部位的防护效果图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1、图2、图3、图4对本实施方式进行说明，本实施方式给出的基于吸收剂量深度分布计算辐射敏感部位位移吸收剂量的方法，具体包括以下步骤：
由于具体结构的不同，其单向吸收剂量深度分布会导致不同的影响。不同类型的入射粒子(尤其是不同类型的带电粒子)，在材料和器件的输运过程中，会同时产生电离和位移损伤。当发生位移辐射损伤时，会在瞬间导致大量的间隙原子—空位对。为了准确计算位移吸收剂量的深度分布，需将入射粒子考虑为垂直入射，如图1所示。
步骤一、选取一种已知一维位移吸收剂量深度分布d(t)的材料a，材料a的吸收剂量深度分布曲线图如图2所示；
步骤二、根据x＝ρ×t/10，将步骤一中选取材料a的吸收剂量深度分布d(t)转化为吸收剂量随等效厚度d(x)的分布(如图3所示为吸收剂量随等效厚度的分布曲线图)，其中，ρ表示材料密度，t表示材料厚度，单位为mm，x表示等效厚度，单位为g/cm2；
步骤三、如图4所示，以辐射敏感部位为球心做球体(将辐射敏感部位视为点)，使辐射敏感部位所处的结构完全包括在球体内，从径向e和维向ω将球体的表面划分为n个区域，n为大于2的整数，区域i所对应的径向尺寸范围为ei，维向尺寸范围为ωi，i∈[1,n]；
步骤四、将辐射敏感部位与区域i的边上各点连线，确定区域i与连线所包裹的部分对应结构中所包含的m种材料以及每种材料的厚度，这里的结构指的是辐射敏感部位所处的结构；
步骤五、将步骤四中确定的区域i内所有材料的厚度转化为等效厚度xi；
步骤六、根据步骤二中吸收剂量随等效厚度d(x)的分布，确定等效厚度xi对应的吸收剂量d(xi)；
步骤七、将d(xi)转化为等效厚度xi对应的单向吸收剂量d′(xi)；
步骤八、重复步骤四～步骤七，分别得到i取1,2,…,n时对应的单向吸收剂量值d′(x1)～d′(xn)；
步骤九、计算得到结构中敏感部位的位移吸收剂量d，d的计算公式为：
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，步骤五中，区域i的等效厚度xi的计算过程为：
其中ρj表示第j种材料的密度，tj表示第j种材料的厚度，j∈[1,m]。
其他步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是，步骤七中，将d(xi)转化为等效厚度xi对应的单向吸收剂量d′(xi)的具体过程为：
d′(xi)＝d(xi)/4π。
其他步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
实施例
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
本实施例所述的基于吸收剂量深度分布计算辐射敏感部位位移吸收剂量的方法按照以下步骤进行：
针对如图5所示的某航天器结构中的辐射敏感部位位移吸收剂量的计算方法。
首先选取工程上常用的材料为铝(al)的吸收剂量深度分布(分布曲线图如图2所示)。
然后将(al)的吸收剂量深度分布转化为吸收剂量随等效厚度的分布，如图3所示。
在此基础上，针对复杂结构中所需计算的敏感部位，以辐射敏感部位为球心做球体，使辐射敏感部位所处的结构完全包括在球体内，进行区域划分，如图4所示。
然后依次将不同区域内的所有材料的厚度转化为等效厚度。
接下来，根据吸收剂量随等效厚度的分布，确定各等效厚度对应的吸收剂量值、单向吸收剂量值，并最终计算得到该辐射敏感部位的位移吸收剂量。
通过本发明即可快速评估该计算的位移吸收剂量为80krad。针对该辐射敏感部位的防护效果分析如图6所示。
本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。