CN103335663B - 一种星敏感器镜头的抗辐照指标测试方法 - Google Patents

一种星敏感器镜头的抗辐照指标测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种星敏感器镜头的抗辐照指标测试方法，在标准剂量场中对显色薄膜剂量计进行剂量刻度标定，将光密度转换为吸收剂量值；将星敏感器镜头材料制成一对楔形光学模体，将该对光学模体斜面相对放置，并在两光学模体斜面之间设置经剂量刻度标定的显色薄膜剂量计；建立显色薄膜剂量计长度和光学模体深度的换算关系，得到电子束在光学模体中的深度剂量分布曲线；使用电子加速器对光学模体辐照至规定的累积剂量，用分光光度计测量显色薄膜剂量计的光密度变化值，获得星敏感器镜头的剂量分布曲线；测量星敏感器镜头厚度，在剂量分布曲线上查询得到星敏感镜头厚度对应的抗辐照指标。本发明能够对星敏感器镜头进行抗辐照指标的地面辐照测试。

Description

一种星敏感器镜头的抗辐照指标测试方法
技术领域
本发明涉及星敏感器，尤其涉及一种星敏感器镜头的抗辐照指标测试方法。
背景技术
上个世纪70年代中期CCD技术的出现，极大地提高了星敏感器的精度，同时大大加快了星敏感器的发展。由于CCD具有体积小、重量轻、功耗小、可靠性高等诸多优点被迅速而广泛地应用到星敏感器的研制中。CCD技术的采用以及姿态测量的自主性是这一代的天体敏感器区别于前一代的天体敏感器的显著特征。我国自行研制的星敏感器采用商业级CCD器件，其作为星敏感器整机的抗辐射薄弱环节，必须对CCD前面的光学镜头部分做很好的抗辐照设计，从而抵抗更强的空间辐射，对星敏感器各部分的抗辐照指标展开研究是星敏感器设计及合理选用元器件的前提条件，而镜头部分的抗辐照指标测试目前国内尚属空白。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种星敏感器镜头的抗辐照指标测试方法，能够进行星敏感器镜头抗辐照指标的地面辐照测试。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是提供一种星敏感器镜头的抗辐照指标测试方法，其包含以下步骤：
步骤1，在标准剂量场中对显色薄膜剂量计进行剂量刻度标定，通过分光光度计测量辐照剂量与光密度变化值之间的线性关系，从而将光密度转换为吸收剂量值。
步骤2，将星敏感器镜头材料制成一对楔形光学模体，其截面为直角三角形，将该对光学模体斜面相对放置，并在两光学模体斜面之间设置经剂量刻度标定的显色薄膜剂量计。
步骤3，光学模体深度为其截面直角三角形的直角边长，显色薄膜剂量计长度与光学模体的截面直角三角形斜边长相等，利用直角三角形三边关系，建立显色薄膜剂量计长度与光学模体深度之间的正切关系，将剂量沿显色薄膜剂量计长度的变化转换为剂量沿光学模体深度的变化，从而得到电子束在光学模体中的深度剂量分布曲线。
步骤4，使用电子加速器对光学模体辐照至规定的累积剂量，用分光光度计测量显色薄膜剂量计的光密度变化值，获得星敏感器镜头的剂量分布曲线。
步骤5，测量星敏感器镜头厚度，在剂量分布曲线上查询得到星敏感镜头厚度对应的抗辐照指标。
步骤4中电子加速器优选标称电子能量范围1~2MeV以垂直入射方式对光学模体进行辐照。
本发明具有以下积极效果：
使用本发明星敏感器镜头的抗辐照指标测试方法能够快速有效的测量出不同能量的电子束沿光学模体深度方向的剂量分布曲线，为星敏感器镜头抗辐照设计提供试验依据。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明的楔形光学模体辐照示意图；
图3为本发明的具体实施例中星敏感器镜头材料在不同能量电子束下的深度剂量分布曲线。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
如图1所示，本发明一种星敏感器镜头的抗辐照指标测试方法包含以下步骤：
步骤1，在标准剂量场中对显色薄膜剂量计2进行剂量刻度标定，通过分光光度计测量辐照剂量与光密度变化值之间的线性关系，从而将光密度转换为吸收剂量值。
本实施例采用新疆理化技术研究所显色薄膜剂量测量***及EGSnrc蒙特卡罗输运计算***。
步骤2，如图2所示，将星敏感器镜头材料制成一对楔形光学模体1，其截面为直角三角形，将该对光学模体1斜面相对放置，并在两光学模体1斜面之间设置经剂量刻度标定的显色薄膜剂量计2。
本实施例的星敏感器镜头材料为光学玻璃，包含二氧化硅、三氧化二硼、氧化钡、氧化钠、氧化钾、氧化砷，其具体成分如表1所示。
表1 星敏感器镜头材料成分表
本实施例使用星敏感器镜头材料特制成一对长10cm，宽0.75cm，倾角为atan(0.75/10)的楔形光学模体，另特制了一对倾角为atan(1.5/10)的光学模体和一对倾角为atan(1.0/10)的光学模体作为备用。
本实施例将长50mm、宽15mm、厚0.18mm的显色薄膜剂量计设置在一对楔形光学模体的斜面之间。
步骤3，光学模体1深度为其截面直角三角形的直角边长，显色薄膜剂量计2长度与光学模体1的截面直角三角形斜边长相等，利用直角三角形三边关系，建立显色薄膜剂量计2长度与光学模体1深度之间的正切关系，将剂量沿显色薄膜剂量计2长度的变化转换为剂量沿光学模体深度的变化，从而得到电子束在光学模体1中的深度剂量分布曲线。
步骤4，使用电子加速器对光学模体1辐照至规定的累积剂量，将显色薄膜剂量计避光放置24小时后，用分光光度计测量显色薄膜剂量计2的光密度变化值，获得星敏感器镜头的剂量分布曲线。
电子加速器优选标称电子能量范围1~2MeV以垂直入射方式对光学模体1进行辐照。
本实施例采用的分光光度计扫描显色薄膜剂量计时可以达到0.02mm的 分辨率，因此在光学模体深度方向的剂量测量分辨率可以达到0.02*atan(0.75/10)=0.0015mm的分辨率。
本实施例采用ELV-8型2MeV电子加速器在25℃环境温度下进行测试。电子加速器的标称能量已经由中国计量科学研究院用射程法进行了标定，空气层对电子能量造成的损失dE通过下式进行修正：
dE=S/ρ·L·ρ
式中，S/ρ是空气对电子的质量阻止本领，L为空气层厚度，ρ为空气密度。算出1.0~1.8MeV电子束在20cm空气和0.005cm钛窗中损失约0.07MeV的能量。因此，辐照实验中加速器标称能量为1.1MeV、1.50MeV、1.80MeV, 实际能量分别为1.03MeV, 1.43MeV 和1.73MeV。该电子加速器标称束流0.01mA，距离出束口20cm，剂量率17Gy/s。本实施例电子加速器对光学模体辐照时间5秒，辐照总剂量85Gy。
采用EGSnrc蒙特卡罗输运计算***模拟计算了电子能量为1.03MeV, 1.43MeV 和1.73MeV的电子束在光学模体中的能量沉积分别，该模拟计算分为两个步骤计算：
首先，应用Beamnrc模拟单能电子在0.05mm和20cm空气中的输运，在20cm空气层底面设置计数平面，形成该平面的相空间文件。
然后，应用Dosxyznrc计算以计算所得的相空间文件为源，在光学模体中的剂量分布。将光学模体划分为长1cm，宽1cm，高0.1cm的单元，计算每个单元吸收的剂量。选取模体中心一列单元的剂量值，即可得出深度剂量分布曲线，计算时选取的入射粒子数为200000000，每个单元剂量值计算结果的不确定度都小于1%。
试验和模拟计算得到了三种电子能量的电子束沿光学模体深度方向的剂量分布曲线如图3所示。其中曲线为测量结果，点为模拟计算结果。
从图3中可以得出如表2所示射程数据，如表2所示：
表2 三种电子束的射程数据
 
从试验和蒙特卡罗模拟数据可以看出，1.03MeV电子束在光学模体中的外推射程为1.27mm，1.43MeV电子束的外推射程为1.85mm, 1.73MeV电子束的外推射程为2.45mm。在外推射程深度处，剂量已经衰减到最大剂量的10%以下。而使剂量降低到基本为0的最大射程分别为：1.03MeV电子为1.65mm，1.43MeV电子为2.4mm, 1.73MeV电子为3.05mm。
在光学材料深处，蒙特卡罗模拟计算出的深度剂量分布曲线和测量的曲线符合得比较好。
步骤5，测量星敏感器镜头厚度，在剂量分布曲线上查询得到星敏感镜头厚度对应的抗辐照指标。
综上所述，本发明通过测试出不同厚度的星敏感器镜头材料对电子束的透射率曲线，对比星敏感器镜头的厚度，即能得到星敏感器镜头对空间粒子辐射的衰减系数。使用本发明星敏感器镜头的抗辐照指标测试方法能够快速有效的测量出不同能量的电子束沿光学模体深度方向的剂量分布曲线，为星敏感器镜头抗辐照设计提供试验依据。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (2)

1.一种星敏感器镜头的抗辐照指标测试方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤1，在标准剂量场中对显色薄膜剂量计（2）进行剂量刻度标定，通过分光光度计测量辐照剂量与光密度变化值之间的线性关系，从而将光密度转换为吸收剂量值；
步骤2，将星敏感器镜头材料制成一对楔形光学模体（1），其截面为直角三角形，将该对光学模体斜面相对放置，并在两光学模体（1）斜面之间设置经剂量刻度标定的显色薄膜剂量计（2）；
步骤3，光学模体（1）深度为其截面直角三角形的直角边长，显色薄膜剂量计（2）长度与光学模体（1）的截面直角三角形斜边长相等，利用直角三角形三边关系，建立显色薄膜剂量计（2）长度与光学模体（1）深度之间的正切关系，将剂量沿显色薄膜剂量计（2）长度的变化转换为剂量沿光学模体深度的变化，从而得到电子束在光学模体（1）中的深度剂量分布曲线；
步骤4，使用电子加速器对光学模体（1）辐照至规定的累积剂量，用分光光度计测量显色薄膜剂量计（2）的光密度变化值，获得星敏感器镜头的剂量分布曲线；
步骤5，测量星敏感器镜头厚度，在剂量分布曲线上查询得到星敏感镜头厚度对应的抗辐照指标。
2.如权利要求1所述的星敏感器镜头的抗辐照指标测试方法，其特征在于，所述步骤4中，电子加速器标称电子能量范围1~2MeV，并且以垂直入射方式对光学模体（1）进行辐照。
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