阅读说明：本技术 多能量电子质子和太阳辐射综合环境模拟系统 (Multi-energy electron proton and solar radiation comprehensive environment simulation system ) 是由 潘阳阳 刘刚 徐骏 李艳臣 周博 杨碧琦 兰少飞 曹康丽 王惠芬 于 2020-05-19 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种多能量电子质子和太阳辐射综合环境模拟系统,包括电子辐射源、质子辐射源、紫外辐射源、太阳模拟器、真空容器、样品台、运动模拟器、法兰接口。样品台上的样品处在电子、质子、太阳电磁辐射、高温或低温一种或多种环境中,进行单因素试验或综合辐射试验。本发明利用电子源、质子源、紫外辐射源、太阳模拟器等装置,通过调节样品台,使样品在一次试验中其他环境条件不间断的情况下同时受到电子辐射、质子辐射、紫外辐射、太阳电磁辐射的作用,实现空间环境在地面的综合模拟,能够为今后宇航材料、器件的筛选提供地面模拟环境。(The invention provides a multi-energy electron proton and solar radiation comprehensive environment simulation system which comprises an electron radiation source, a proton radiation source, an ultraviolet radiation source, a solar simulator, a vacuum container, a sample table, a motion simulator and a flange interface. The sample on the sample table is in one or more environments of electron, proton, solar electromagnetic radiation, high temperature or low temperature, and is subjected to a single-factor test or a comprehensive radiation test. The invention utilizes the devices such as the electron source, the proton source, the ultraviolet radiation source, the solar simulator and the like, and adjusts the sample platform to ensure that the sample is simultaneously subjected to the effects of electron radiation, proton radiation, ultraviolet radiation and solar electromagnetic radiation under the condition of uninterrupted other environmental conditions in a test, thereby realizing the comprehensive simulation of the space environment on the ground and providing a ground simulation environment for screening space materials and devices in the future.)

多能量电子质子和太阳辐射综合环境模拟系统

技术领域

本发明涉及空间综合环境的地面模拟技术领域，具体地，涉及一种多能量电子质子和太阳辐射综合环境模拟系统，尤其是涉及通过一定的技术手段构建一种多能量电子质子和太阳辐射综合环境模拟系统。

背景技术

空间辐射粒子成分主要是电子、质子和少量重离子，能量范围从1keV到数百MeV，甚至高达数GeV，能量越高其通量越小。由于空间带电粒子能量范围宽，且粒子能量分布和通量会随着太阳和地磁活动等因素发生动态变化，在地面模拟空间辐射环境不可能完全模拟出真实的空间辐射环境。

一般情况下低能粒子辐射(1MeV以下)仅影响物质表面的变化，而1-10MeV能量的粒子辐射会引起物质内部结构的变化，对于研究物质内部的损伤机理与规律是必要的。10MeV以上的质子辐射随着能量的增高其射程深度也会增大，在其迹径上产生更显著的电离效应或是由于材料中的反冲粒子产生的电离效应，导致单粒子效应发生。

专利文献CN202403923U公开了一种空间环境辐射模拟装置，包括依次相连接的电子加速器主体、电子枪、第一加速管、截束光阑、扫面磁铁和辐照室，所述辐照室内安装有辐照平台，所述辐照室上还安装有第一分子泵。使辐照平台置于接近真空的辐照室内的进行试验，电子加速器的束流输出能大范围变化，能实现全面的状态模拟和精确的参数测定。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种多能量电子质子和太阳辐射综合环境模拟系统。

根据本发明提供的一种多能量电子质子和太阳辐射综合环境模拟系统，包括电子辐射源、质子辐射源、紫外辐射源、太阳模拟器、真空容器、样品台、运动模拟器、法兰接口；

太阳模拟器位于真空容器的正上方，电子辐射源、质子辐射源、紫外辐射源分别布局在太阳模拟器的***一圈；

样品台位于真空容器的内部空腔中，运动模拟器连接在样品台的下方，真空容器的外表面设置有至少一个法兰接口。

优选地，所述电子辐射源、质子辐射源、紫外辐射源和太阳模拟器产生的辐射束线均从真空容器的顶部照射到样品台上。

优选地，所述电子辐射源、质子辐射源、紫外辐射源以太阳模拟器为中心呈同心圆周分布，电子辐射源、质子辐射源、紫外辐射源产生的辐射束线与太阳模拟器产生的辐射束线呈同一角度。

优选地，所述真空容器为球柱体结构。

优选地，所述电子辐射源包括多个电子源，能够覆盖10keV-10MeV的能谱范围。

优选地，所述质子辐射源包括多个质子源,能够覆盖10keV-10MeV的能谱范围。

优选地，所述紫外辐射源包括10-200nm远紫外辐射源和200-400nm近紫外辐射源。

优选地，太阳模拟器模拟不同辐射度的太阳电磁辐射,波长范围200-2500nm。

优选地，所述样品台为可移动样品台，在运动模拟器的驱动下旋转与移动，进行6个自由度的运动。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明利用电子源、质子源、紫外辐射源、太阳模拟器等装置，通过调节样品台，使样品在一次试验中其他环境条件不间断的情况下同时受到电子辐射、质子辐射、紫外辐射、太阳电磁辐射的作用，实现空间环境在地面的综合模拟，能够为今后宇航材料、器件的筛选提供地面模拟环境。

2、本发明从物质辐射效应等效性为基本出发点考虑进行模拟，主要模拟10MeV以下的离子与电子辐射，能够进一步开展材料、器件和系统模块的综合辐射效应与机理研究，包括总剂量效应、位移效应和充放电效应及其协同作用。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的多能量电子质子和太阳辐射综合环境模拟系统示意图；

图2为本发明的综合环境模拟系统的辐射源布置示意图；

图3为本发明的综合环境模拟结构示意图。

图中示出：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

本发明从物质辐射效应等效性为基本出发点考虑进行模拟，主要模拟10MeV以下的离子与电子辐射，可开展材料、器件和系统模块的综合辐射效应与机理研究，包括总剂量效应、位移效应和充放电效应及其协同作用。由于空间带电粒子辐射的能谱是连续的，为实现10MeV以下的全能谱模拟，将辐射源分为3个能级，粒子的能量可在一定范围内调节，实现材料/器件的不同能谱粒子辐射效应研究。

实施例1

一种多能量电子质子和太阳辐射综合环境模拟系统，具备真空、热沉、高低温、电子辐射、质子辐射、紫外辐射、太阳电磁辐射等环境因素的地面综合模拟试验能力，实现宇航材料及器件在太阳系典型空间综合环境和效应的等效模拟。包括电子辐射源1、质子辐射源2、紫外辐射源3、太阳模拟器4、真空容器5、样品台6、运动模拟器7、法兰接口8。优选地，还包括温控装置，对真空容器5进行温控，使得样品处于高温或低温的环境中。

太阳模拟器4位于真空容器5的正上方，电子辐射源1、质子辐射源2、紫外辐射源3分别布局在太阳模拟器4的***一圈；

样品台6位于真空容器5的内部空腔中，运动模拟器7连接在样品台6的下方，样品台6为可移动样品台，在运动模拟器7的驱动下旋转与移动，进行6个自由度的运动，满足样品的多维运动、模拟试验和转移要求。

真空容器5为球柱体结构，也可以为内部形成空腔的其他结构，其外表面设置有至少一个法兰接口8；

所述电子辐射源1、质子辐射源2、紫外辐射源3和太阳模拟器4产生的辐射束线均从真空容器5的顶部照射到样品台6上。

所有辐射束线均从装置的顶部照射到样品上，太阳电磁辐射在样品正上方，其余辐射源分布在同一个圆周上，所有辐射束线汇聚到样品上，并通过扫描实现大面积辐射区域，满足材料级、器件级和系统模块的辐射试验需求。

所述电子辐射源1、质子辐射源2、紫外辐射源3以太阳模拟器4为中心呈同心圆周分布，电子辐射源1、质子辐射源2、紫外辐射源3产生的辐射束线与太阳模拟器4产生的辐射束线呈同一角度，优选角度为45度。电子辐射源1包括多个电子源，能够覆盖10keV-10MeV的能谱范围；质子辐射源2包括多个质子源,能够覆盖10keV-10MeV的能谱范围；紫外辐射源3包括10-200nm远紫外辐射源和200-400nm近紫外辐射源；太阳模拟器4模拟不同辐射度的太阳电磁辐射,波长范围200-2500nm。

实施例2

如图1、图2所示，多能量电子质子和太阳辐射综合环境模拟系统，具备真空、高低温、电子辐射、质子辐射、紫外辐射、太阳电磁辐射等环境因素的地面综合模拟试验能力。包括电子辐射源1、质子辐射源2、紫外辐射源3、太阳模拟器4、真空容器5、样品台6、运动模拟器7、法兰接口8。太阳模拟器4位于真空容器5的正上方。电子辐射源1、质子辐射源2与紫外辐射源3布局在太阳模拟器4的***一圈，在圆周方向互相呈45°均布。

具体地，电子辐射源包括200KeV电子源、1MeV电子源、10MeV电子源，能谱范围分别为10-200keV，0.2-1MeV，1-10MeV，可覆盖10keV-10MeV的能谱范围；质子辐射源包括200KeV质子源、1MeV质子源、10MeV质子源，能谱范围分别为10-200keV，0.2-1MeV，1-10MeV，可覆盖10keV-10MeV的能谱范围；太阳模拟器采用透射结构模式，波长范围200-2500nm；紫外辐射源包括氙灯紫外辐射源和氘灯紫外辐射源，可覆盖10nm-400nm的波长范围。所有辐射束线均从装置的顶部照射到样品上，太阳电磁辐射在样品正上方，其余辐射源分布在同一个圆周上，所有辐射束线汇聚到样品上，并通过扫描技术或扩束技术实现大面积辐射区域，满足材料级、器件级和系统模块的辐射试验需求。

系统空载真空度优于5×10^-5Pa，系统工作真空度优于1×10^-4Pa。样品台通过温度控制系统，使样品台温度在液氮冷却温度至400K范围内可控。

如图3、图4所示，可呈现单一电子辐射模拟环境、单一质子辐射模拟环境、单一紫外辐射模拟环境、单一太阳电磁辐射模拟环境，此外，还可以实现多种环境的模拟实验状态，实现宇航材料及器件在太阳系典型空间综合环境和效应的等效模拟。

在两因素模拟中，本发明可实现电子辐射与质子辐射、电子辐射与紫外辐射、质子辐射与紫外辐射、电子辐射与太阳电磁辐射、质子辐射与太阳电磁辐射、紫外辐射与太阳电磁辐射，共六种两因素模拟实验。

选择需进行的两因素模拟实验，以下叙述电子质子两因素模拟实验。将样品台安装于运动模拟器上，调节运动机构，使样品台置于电子辐射、质子辐射下。开启真空系统，使容器内的真空度达到实验要求。开启电子辐射源和质子辐射源，此时样品和样品台暴露于电子质子辐射综合环境中，调节温度控制系统，使样品台温度维持在实验要求。调节电子辐射源、质子辐射源能量范围，在满足实验要求条件下开始综合辐射模拟实验。实验达到要求的辐射注量后，关闭辐射源，停止辐射。关闭温控系统、真空系统，取出实验样品，完成实验。

类似的，本发明的综合环境模拟系统可以实现其他两因素模拟实验，其中，电子能量范围可覆盖10keV-10MeV，质子能量范围可覆盖10keV-10MeV，紫外辐射可覆盖10nm-400nm的波长范围，太阳电磁辐射可覆盖200-2500nm波长范围。

在三因素模拟中，本发明可实现电子辐射+质子辐射+紫外辐射、电子辐射+质子辐射+太阳电磁辐射、电子辐射+紫外辐射+太阳电磁辐射、质子辐射+紫外辐射+太阳电磁辐射，共四种三因素模拟实验。

选择需进行的三因素模拟实验，以下叙述电子辐射、质子辐射、紫外辐射三因素模拟实验。将样品台安装于运动模拟器上，调节运动机构，使样品台置于电子辐射、质子辐射、紫外辐射下。开启真空系统，使容器内的真空度达到实验要求。开启电子辐射源、质子辐射源、紫外辐射源，此时样品和样品台暴露于辐射综合环境中，调节温度控制系统，使样品台温度维持在实验要求。调节电子辐射源、质子辐射源能量范围，调节紫外辐射加速倍数参数，在满足实验要求条件下开始综合辐射模拟实验。实验达到要求的辐射注量后，关闭辐射源，停止辐射。关闭温控系统、真空系统，取出实验样品，完成实验。

类似的，本发明的综合环境模拟系统可以实现其他三因素模拟实验。其中，电子能量范围可覆盖10keV-10MeV，质子能量范围可覆盖10keV-10MeV，紫外辐射可覆盖10nm-400nm的波长范围，太阳电磁辐射可覆盖200-2500nm波长范围。

在四因素模拟中，本发明可实现电子辐射、质子辐射、紫外辐射、太阳电磁辐射四因素综合环境模拟实验。

将样品台安装于运动模拟器上，调节运动机构，使样品台置于电子辐射、质子辐射、紫外辐射、太阳电磁辐射下。开启真空系统，使容器内的真空度达到实验要求。开启电子辐射源、质子辐射源、紫外辐射源、太阳模拟器，此时样品和样品台暴露于辐射综合环境中，调节温度控制系统，使样品台温度维持在实验要求。调节电子辐射源、质子辐射源能量范围，调节紫外辐射加速倍数参数，调节太阳模拟器辐照度参数，在满足实验要求条件下开始综合辐射模拟实验。实验达到要求的辐射注量后，关闭辐射源，停止辐射。关闭温控系统、真空系统，取出实验样品，完成实验。

其中，电子能量范围可覆盖10keV-10MeV，质子能量范围可覆盖10keV-10MeV，紫外辐射可覆盖10nm-400nm的波长范围，太阳电磁辐射可覆盖200-2500nm波长范围。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。