航天材料辐射防护性能的模拟研究

论文摘要

近地空间是各种载人飞船、应用卫星、空间站的主要活动区域。区域内存在大量由地磁场捕获的高能带电粒子,严重影响航天器和航天员的安全。随着我国载人航天事业的飞速发展,对空间辐射防护材料的研究具有日益重要的意义。本文把航天器辐射防护问题与航天器载重问题相结合。用蒙特卡洛方法模拟计算质子在航天器中的质量射程和质量阻止本领,对比了各种航天器材料对质子的辐射防护性能。先模拟多种简单材料的质量射程和质量阻止本领。通过对比分析得出结论:同等质量条件下,材料的辐射防护性能随其原子序数的降低而增加。因此从理论上来说,采用低原子序数的材料有利于增强航天器抗辐射能力,提高航天器的稳定性。再结合实际空间环境,模拟多种常用航天材料的辐射防护效果。对比分析先进复合材料在航天器辐射防护上的优势。得出结论:在空间环境中先进复合材料比传统的Al材料有更好的辐射防护性能。其中成分以聚乙烯为主的复合材料对质子的辐射防护性能最好。其在航天器辐射防护上将有很好的应用潜力,而铝锂合金为主的复合材料在航天器的结构部位将有很好的应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 空间质子辐射防护的研究意义
• 1.2 空间辐射防护方法及研究现状
• 1.3 蒙特卡罗方法简介
• 第二章 射线与物质相互作用理论的概述
• 2.1 基本相互作用力的简介
• 2.1.1 带电粒子与物质的相互作用的基本概念
• 2.1.2 光子与物质的相互作用
• 2.1.3 中子与物质的相互作用
• 2.1.4 带电粒子阻止本领
• 2.1.5 传能线密度
• 2.1.6 相对生物效应
• 2.2 粒子在介质中的能量转移
• 第三章 编程模拟及仿真分析
• 3.1 GEANT4 的简介
• 3.2 GEANT4 的安装及编辑
• 3.2.1 Geant4 在windows 下的安装步骤
• 3.2.2 编程及模拟过程
• 3.3 编程模拟及其分析
• 3.3.1 研究内容
• 3.3.2 输运过程及模型建立
• 3.3.3 模拟结果分析
• 第四章 航天器质子防护材料的研究分析
• 4.1 航天器辐射防护材料研究价值
• 4.2 高能带电粒子环境对航天器的影响
• 4.2.1 辐射损伤效应
• 4.2.2 单粒子效应
• 4.2.3 相对论电子效应
• 4.3 其他因素对航天器的影响
• 4.3.1 空间等离子体环境对航天器的影响
• 4.3.2 航天器充电的影响
• 4.4 航天器设计中常用材料及其防护性能分析
• 4.4.1 航天器常用材料介绍
• 4.4.2 结果对比及分析
• 4.4.3 航天器辐射防护材料总结
• 第五章 结论
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文
• 附录