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临近空间大气中子及其诱发的单粒子效应仿真研究

张振力  
【摘要】: 临近空间是距地面20~100km所包含的空域,近年来其战略价值逐渐引起各国的重视。大气中子是这一区域诱发元器件发生单粒子效应最主要的原因,严重威胁着临近空间飞行器安全、可靠地工作。随着半导体工艺技术的进步,大气中子诱发元器件的单粒子效应在地面附近和高纬度航空高度也日益严重。 为了保障临近空间飞行器安全可靠地飞行,需要对其遭遇的大气中子环境和单粒子效应危害进行分析评估。本文采用计算机仿真方法研究了大气中子能谱随时间、高度、经度、纬度的变化规律,可以得到临近空间任意时间、地点的中子能谱,为评估临近空间飞行器的单粒子效应程度提供了环境信息。同时采用计算机仿真的方法研究了器件翻转截面与中子能量间的关系,并进行了部分的地面模拟试验验证,为飞行器元器件筛选提供了依据。结合临近空间大气中子能谱、器件单粒子翻转截面的仿真计算结果,能够计算临近空间飞行器上使用的器件在飞行过程中的翻转率。本文中对临近空间大气中子环境、中子诱发的器件单粒子翻转截面、飞行过程中翻转率建立的仿真计算方法和程序,和国外相关仿真模型、模拟试验和空中飞行试验结果吻合得较好。 本文的工作属国内首次,对后续的深入研究以及我国临近空间飞行器的发展具有重要参考价值。


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