Математическое моделирование взаимодействия космических излучений с гетерогенными микроструктурами

• Автор: Чирская, Наталья Павловна
• Шифр специальности: 01.04.20, 01.04.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 129 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1. Методы математического моделирования радиационных воздействий

1.1. Радиационная обстановка в околоземном пространстве

1.2. Общие принципы математического моделирования радиационных воздействий

1.3. Лучевые модели

1.4. Стохастические модели

1.4.1. Комплекс GEANT

1.4.2. MULASSIS

1.4.3. SRIM
1.5. Сравнение лучевых моделей и моделей, основанных на методе Монте-Карло
1.6. Особенности применения комплекса GEANT
1.6.1. Специфика построения геометрии
1.6.2. Проблемы точности
1.6.3. Электрическое поле
1.6.4. Радиационная проводимость
1.7. Современное состояние исследований
1.7.1. Расчетные оценки радиационных условий внутри КА
1.7.2. Детекторы излучений
1.7.3. Микро- и нанодозиметрия
1.7.4. Взаимодействие излучений с композитными материалами
1.8. Обобщенная схема моделирования радиационных воздействий на
материалы и элементы оборудования КА
Выводы к разделу
2. Моделирование воздействий электронов и протонов радиационных поясов Земли на материалы радиационной защиты
2.1. Постановка задачи
2.2. Композитные материалы
2.2.1. Однородные композиты
2.2.2. Роль структуры композита
2.3. Многослойные материалы
2.3.1. Взаимодействие излучений с двухслойными экранами
2.3.1. Анализ эффективности многослойных экранов
2.4. Сотовые структуры
2.4.1. Модель сотовой панели
2.4.2. Влияния конфигурации сотовой панели на ее радиационно-защитные свойства
2.4.3. Спектральные и угловые характеристики проходящего через сотовые панели излучения
Выводы к разделу
3. Моделирование процессов объемного заряжения многослойных структур космических аппаратов
3.1. Постановка задачи

3.2. Формирование зарядов в трехслойной цилиндрической системе
3.3. Объемное заряжение многослойного элемента кабельной сети
3.4. Условия возникновения электрического пробоя в диэлектриках
Выводы к разделу
4. Исследование характеристик детекторов космических излучений
4.1. Постановка задачи
4.2. Телескопические детекторы
4.3. Калориметрические детекторы
Выводы к разделу
5. Моделирование процессов разрушения полимерных микро- и нанокомпозитов потоком атомарного кислорода
5.1. Постановка задачи
5.2. Атомарный кислород в натурных и лабораторных условиях
5.3. Расчетная математическая модель
5.4. Полимер с дефектом в защитном покрытии
5.5. Полимерные композиты
Выводы к разделу
Основные результаты
Список литературы

Введение
Актуальность работы. Воздействие на космические аппараты (КА) потоков электронов и ионов с энергиями выше ~ 0,1 МэВ, входящих в состав радиационных поясов Земли (РПЗ), солнечных космических лучей (СКЛ) и галактических космических лучей (ГКЛ), которые относят к основным составляющим ионизирующего излучения космического пространства, или космической радиации, является одной из главных причин возникновения отказов в работе бортового оборудования КА и уменьшения сроков активного существования аппаратов. На материалы и элементы оборудования, находящиеся на поверхности КА, значительное радиационное воздействие оказывают также электроны и ионы горячей магнитосферной плазмы с энергиями ~ 1-100 кэВ. Согласно имеющимся оценкам, воздействием космической радиации обусловлено от 30 до 50 % аномалий в работе бортового оборудования КА.
С развитием космической техники происходит усложнение бортового оборудования КА и насыщение его большим количеством элементов микроэлектроники с высокой степенью интеграции. Многие современные и перспективные КА проектируются в негерметичном исполнении, т.е. они лишены общего корпуса, защищающего внутренние отсеки с расположенным в них оборудованием от воздействия космической радиации. Важным современным направлением в развитии космической техники является создание малых КА разных классов, которые, как правило, также являются негерметичными. Все эти факторы приводят к увеличению чувствительности оборудования КА к радиационным воздействиям.
В то же время происходит повышение требований к срокам активного существования КА, которые могут устанавливаться на уровне 15-20 лет, и к надежности аппаратов.
В этих условиях важнейшую роль при проектировании КА, оценке радиационной стойкости бортового оборудования и прогнозировании сроков активного существования аппаратов начинает играть математическое моделирование воздействия различных компонентов космической радиации на

электронов РПЗ, выполненных без учета влияния внутреннего электрического поля объемного заряда. На рисунке 1.6в и рисунке 1.6г показаны результаты аналогичных расчетов с учетом самосогласованного электрического поля. Учет электрического поля в случае моноэнергетического пучка электронов приводит к образованию объемного заряда на малых глубинах (рисунок 1.6в). В случае аналогичных расчетов для электронов РПЗ с изотропным угловым распределением почти весь заряд концентрируется в тонком слое на облучаемой поверхности образца (рисунок 1.6г).
Число частиц
Число частиц
7., см
7, см

Число частиц 1

0.2 2см

0.04 0.
7, см
0.12 0.

Рисунок 1.6. Распределение числа остановившихся электронов в зависимости от глубины образца Z: а,в - для моноэнергетического пучка электронов с энергией 2 МэВ при нормальном угле падения без учета (а) и с учетом (в) внутреннего электрического поля объемного заряда; б, г - для электронов РПЗ с изотропным угловым распределением без учета (б) и с учетом (г) электрического поля объемного заряда