一种月球辐射环境模拟装置及试验方法与流程

1.本发明属于探月工程技术领域，具体为一种月球辐射环境模拟装置及试验方法。


背景技术：

[0002]“中国探月工程”作为我国空间战略的重要组成部分，它是利用航天器对月球进行全方位观测，包括获取月球三维立体数据、月球元素含量及其分布特征、月壤理化性质与特征和其他月球空间环境任务。中国探月工程前三期已完美收官并取得了预期成果，先后依次实现了绕月探测、月面软着陆与自动巡视勘察、无人月壤采样并成功返回地面。当前，中国探月四期工程已全面展开，面向航天发展前沿和国家重大战略需求，开展相关的技术攻关，未来将建立国际月球科研站。为了增强探月工程中相关装置设备在月面运行的可靠性，延长相关设备的使用寿命，必须在地面建立相关的实验装置，在比拟月球的空间辐射环境下开展相关科学研究、进行电子系统等设备功能考核等工作。
[0003]
由于月球的磁场几乎消失、引力较小，同时月球也没有自己的大气层，所以月球表面的辐射环境与星际空间中的辐射环境几乎一致。根据嫦娥四号的探测数据，月球表面的辐射环境高达每小时60μsv，为国际空间站辐射强度的2倍，是长途飞行过程中受到的辐射量的5到10倍，同时也接近地面辐射水平的200倍。月球表面的辐射主要来自银河宇宙射线(galactic cosmic rays，gcr)和太阳宇宙射线(solar cosmic ray，scr)。银河宇宙射线主要由高能质子、
ɑ
粒子和少量的重离子组成，其中，高能质子的占比大约为85％，
ɑ
粒子的占比约为14％，重离子占比约为1％。太阳宇宙射线是太阳活动释放的高能带电粒子流，其主要成分是质子，故太阳宇宙射线也常常被称为太阳质子射线。因此，在进行月球探测等相关活动时必须考虑来自银河宇宙射线和太阳宇宙射线辐照所带来空间辐射的影响。
[0004]
月球探测器中的电子元器件及系统在执行相关任务时不可避免地将受到银河宇宙射线和太阳宇宙射线辐照的影响。电子元器件在月面遭受高能粒子辐射时，通常会发生两类辐射效应，一类是由于电离作用使器件发生单粒子效应和总剂量效应，另一类是高能粒子迫使器件中的半导体材料发生位移损伤效应进而使器件电参数发生改变。因此，高能粒子辐照会使电子元器件发生功能故障，进而导致相关任务的失败。综上所述，为了提高半导体器件在执行月球相关任务过程的可靠性，延长探测器等相关设备的使用寿命，就必须利用地面建立的月球辐射环境模拟装置对相关半导体器件进行考核。
[0005]
另外，由于月球没有大气的调节，月球表面上的昼夜温度之间的差异十分巨大，月面昼夜温差高达200℃。月球夜间平均温度低于零下150℃，而月昼平均温度则高于120℃，月球极地区域的环境温度最低可达零下230℃。由于半导体材料中的载流子迁移行为与其所处的温度环境紧密相关，因此月球上的极端温度已远远超过商用芯片工作温度范围(-40℃—85℃)和军用芯片工作温度范围(-55℃—125℃)，故月球探测器在月面执行相关任务时需要依靠同位素热源等制作的保温装置。为了保障电子器件能够在月球环境下正常工作，就必须开发出一种既具有优异抗辐射性能，同时也拥有突出的抵御极端温度能力的电子器件。
[0006]
为了研究和考核这些专门为执行月球探测等极端空间环境中的探测任务而发展的电子元器件，就必须在地面建立相应的月球环境模拟装置以开展相关试验研究。该装置不仅可以模拟电子器件在月面所面临的辐射环境，同时也能够模拟月面的极端温度环境。当前主要利用重离子加速器来模拟月面的重离子辐照环境，利用质子加速器来模拟质子辐照环境，并依靠这些装置开展相关的电子元器件辐照试验。当前，电子元器件辐照试验几乎都是在室温环境下进行，很少考虑环境温度对辐照试验的影响，这与实际月球辐射环境不一致。


技术实现要素：

[0007]
为解决现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种月球辐射环境模拟装置及试验方法，使用装置和方法能够模拟月球真实情况的辐射环境，从而为探月工程等空间任务专用电子元器件的研发与考核实验提供一个专门的辐照试验环境，解决当前地面辐照模拟环境与实际月球辐射环境不一致的问题。
[0008]
为达到以上目的，本发明采用的一种技术方案是：
[0009]
一种月球辐射环境模拟装置，包括离子束流发射系统、束流控制系统、束流品质测量系统、束流监督系统、温度控制系统、样品板运动控制系统、束流管道、真空辐照靶室以及相关线缆，其中：
[0010]
所述温度控制系统用于模拟月球表面的极端温度环境，包括温度试验箱，待辐照的电子元器件放置在所述温度试验箱内；
[0011]
所述样品板运动控制系统用于控制待辐照的电子元器件的空间位置和状态，它包括多自由度样品平台，所述温度试验箱的底部固定在所述多自由度样品平台上；
[0012]
所述真空辐照靶室用于提供满足实验要求的真空环境，所述温度试验箱和多自由度样品平台整体位于所述真空辐照靶室中；
[0013]
所述离子束流发射系统通过所述束流管道与所述真空辐照靶室连接，用于向电子元器件发射与月球表面能谱一致的离子束流，所述离子束流进入所述束流管道中传输，经所述束流控制系统进行参数调节后辐照到所述温度试验箱内的电子元器件上；
[0014]
所述束流品质测量系统包括安装在所述多自由度样品平台上的探测器阵列，用于测量诊断离子束流的品质，保证离子束流的品质满足试验要求；
[0015]
所述束流监督系统包括多个分布在离子束流四周的粒子探测器，用于监测辐照到电子元器件上的累积离子注量，保证所述累积离子注量达到相应的规定值。
[0016]
进一步，如上所述的月球辐射环境模拟装置，所述离子束流发射系统包括粒子加速器和粒子能量调节模块，发射的离子束流为单一离子束流或混合离子束流。
[0017]
进一步，如上所述的月球辐射环境模拟装置，当所述离子束流发射系统发射的离子束流为单一离子束流时，一个时间段内仅有一种离子辐照到电子元器件表面，经所述粒子加速器加速到设定能量的离子束流通过所述粒子能量调节模块将不同离子的能谱调配成与其在月球表面的分布一致。
[0018]
进一步，如上所述的月球辐射环境模拟装置，当所述离子束流发射系统发射的离子束流为混合离子束流时，所述离子束流发射系统包括多个所述粒子加速器、多个所述粒子能量调节模块和偏转磁铁，每个粒子加速器和每个粒子能量调节模块一一对应，经过不
同粒子加速器加速到设定能量的离子束在混合前通过相应的粒子能量调节模块将各自的能谱调节至与其在月球表面的分布一致，然后通过所述偏转磁铁将所述离子束汇聚到所述束流管道中，从而组成混合离子束流。
[0019]
进一步，如上所述的月球辐射环境模拟装置，所述束流控制系统包括束流诊断靶室束流快门、荧光屏、导向器、扩束磁铁、扫描磁铁、光阑及其相应的控制器，控制离子束流的相关离子辐照参数包括离子束流的开关、束斑尺寸大小及束流均匀性。
[0020]
进一步，如上所述的月球辐射环境模拟装置，所述束流品质测量系统还包括电子学及相应的测量软件，所述探测器阵列的平面排布形式为：靠近一端等间距布置三个不同高度的第一粒子探测器，用于器件辐照时对所述束流监督系统探测到的离子计数进行修正，保证辐照至器件表面的累积离子注量达到规定值；中间区域按3*3阵列均匀排布九个第二粒子探测器，用于对束斑均匀性进行测量，保证器件辐照时整个束斑面积内离子均匀分布；靠近另一端布置两个不同准直孔的第三粒子探测器，用于对离子束流的能量进行测量，保证器件辐照时束流能量为规定值。
[0021]
进一步，如上所述的月球辐射环境模拟装置，当所述离子束流发射系统发射的离子束流为单一离子束流时，所述粒子探测器安装在所述真空辐照靶室的前端；当所述离子束流发射系统发射的离子束流为混合离子束流时，所述粒子探测器安装在所述偏转磁铁前端。
[0022]
进一步，如上所述的月球辐射环境模拟装置，通过所述束流监督系统监测辐照到电子元器件上的累积离子注量的具体实现方法为：
[0023]
在对电子元器件辐照前，分别记录三个所述第一粒子探测器探测到的离子计数和所述粒子探测器探测到的离子计数，计算出它们之间的比值；
[0024]
在对电子元器件辐照时，记录所述粒子探测器探测到的离子计数，然后用该计数乘以所述比值，即得到辐照到电子元器件上的累积离子注量。
[0025]
进一步，如上所述的月球辐射环境模拟装置，所述温度试验箱的前板和后板的部分为中空结构，用于储存低温媒介，所述前板和后板通过软管与位于所述真空辐照靶室外的制冷剂存储罐连通；所述前板上开有多个窗口，辐照试验时离子束流通过所述窗口辐照到温度试验箱内部的电子元器件表面；所述温度试验箱内部紧贴所述后板依次设置有电加热丝、多个pt100热电阻和电路板固定板，通过所述pt热电阻实时监测所述温度试验箱的内部温度，通过控制所述低温媒介或所述电加热丝执行相应指令对所述温度试验箱内部进行降温或升温，从而保证所述温度试验箱内部处于设定温度。
[0026]
进一步，如上所述的月球辐射环境模拟装置，所述低温媒介为液氮或液氦。
[0027]
进一步，如上所述的月球辐射环境模拟装置，所述多自由度样品平台包括用于承载电子元器件的样品板、x、y、z以及绕y轴旋转的四个伺服电机、皮带、丝杠，能够实现电子元器件的x、y、z三轴平移运动以及绕y轴的旋转运动。
[0028]
进一步，如上所述的月球辐射环境模拟装置，所述真空辐照靶室为两端封闭的圆柱壳体结构，在进行辐照试验时，其内部真空度范围为10-3
～10-4
pa。
[0029]
进一步，如上所述的月球辐射环境模拟装置，沿所述真空辐照靶室的圆周均匀分布有多个法兰盘，所述法兰盘上安装有相关功能的高密封插件，用于相关线缆和管道从所述真空辐照靶室内部引出。
[0030]
使用如上所述月球辐射环境模拟装置进行器件辐照试验的方法，包括以下步骤：
[0031]
s1、关闭所有开口，对真空辐照靶室抽真空，使真空辐照靶室和束流管道内部的真空度与粒子加速器相匹配，保证与粒子加速器的顺利连通；
[0032]
s2、设置温度控制系统，使温度试验箱内部处于设定环境温度；
[0033]
s3、打开束流快门，进行束流品质测量，保证试验时束流品质满足相关试验要求；
[0034]
s4、关闭束流快门，移动多自由度样品平台，使被辐照电子元器件处于离子束斑面积内；
[0035]
s5、打开束流快门，进行器件辐照试验，并实时记录相应的离子辐照参数和辐射效应数目参数；
[0036]
s6、改变步骤s2、s3中的参数设置，重复步骤s2-s5，从而完成不同环境温度，不同离子参数下的器件辐照试验。
[0037]
采用本发明所述的月球辐射环境模拟装置及试验方法，具有以下显著的技术效果：
[0038]
(1)本发明利用多种离子混合束结合温度控制系统形成一种新的辐照模拟装置，该装置能够同时模拟月球表面的辐射环境和极端温度环境，可用于月球探测等深空探任务专用电子元器件及系统的辐射效应研究和考核；
[0039]
(2)通过调节本发明设计的温度控制系统，将低温媒介液氮换成液氦，该装置也可用于模拟火星表面等深空辐射环境。
附图说明
[0040]
图1为本发明实施例中提供的一种月球辐射环境模拟装置的结构示意图；
[0041]
图2为束流品质测量系统中探测器阵列的布局示意图；
[0042]
图3为图1中温度试验箱的结构示意图；
[0043]
图4为温度试验箱的截面结构示意图；
[0044]
图5为不同温度下某型sram的单粒子翻转截面；
[0045]
图中：1-离子束流发射系统、2-束流控制系统、3-束流品质测量系统、4-束流监督系统、5-温度控制系统、6-样品板运动控制系统、7-束流管道、8-真空辐照靶室、9-法兰盘；31-探测器阵列、41-粒子探测器、51-温度试验箱、52-低温媒介存储罐、61-多自由度样品平台、311-第一粒子探测器、312-第二粒子探测器、313-第三粒子探测器、511-前板、512-后板、513-窗口、514-电加热丝、515-pt100热电阻、516-电路板固定板。
具体实施方式
[0046]
下面结合具体的实施例与说明书附图对本发明进行进一步的描述。
[0047]
针对背景技术中提到的现有技术中月球探测器使用的电子元器件辐照试验几乎都是在室温环境下进行，与实际月球辐射环境不一致的问题，本发明提出一种月球辐射环境模拟装置及试验方法，该装置能够同时模拟月球表面的辐射环境和极端温度环境，可用于月球探测等深空探任务专用电子元器件及系统的辐射效应研究和考核。
[0048]
图1为本发明实施例中提供的一种月球辐射环境模拟装置的结构示意图，该装置主要包括离子束流发射系统1、束流控制系统2、束流品质测量系统3、束流监督系统4、温度
控制系统5、样品板运动控制系统6、束流管道7、真空辐照靶室8以及相关线缆，待辐照电子元器件放置在温度控制系统5的温度试验箱51内，温度试验箱51的底部固定在样品板运动控制系统6的多自由度样品平台61上，它们整体处在真空辐照靶室8中；离子束流发射系统1通过束流管道7与真空辐照靶室8连接，离子束流发射系统1发射的离子束流进入束流管道7中传输，经束流控制系统2进行参数调节后辐照到温度试验箱内的电子元器件上；试验过程中通过束流品质测量系统3测量诊断束流品质，保证束流品质满足试验要求，并通过束流监督系统4监测离子注量，保证辐照到电子元器件上的离子注量达到相应的规定值。
[0049]
离子束流发射系统1包括粒子加速器和粒子能量调节模块，用于向电子元器件发射与月球表面能谱一致的离子束流。发射的离子束流为单一的离子束流或混合离子束流。当发射的离子束流为单一的离子束流时，一个时间段内仅有一种离子辐照到电子元器件表面。进行辐照试验时，可按照月球表面不同离子占比的多少顺序依次辐照器件，例如辐照顺序为质子
→
ɑ
粒子
→
重离子。离子辐照到电子元器件前，经粒子加速器加速到一定能量的离子束流通过粒子能量调节模块将不同离子的能谱调配成与其在月球表面的分布一致。
[0050]
当发射的离子束流为混合离子束流时，离子束流发射系统1包括多个粒子加速器、多个粒子能量调节模块和偏转磁铁，每个粒子加速器和粒子能量调节模块一一对应。经过不同粒子加速器加速到一定能量的质子束、
ɑ
粒子束以及重离子束组成的混合束流在混合前通过相应的粒子能量调节模块将各自的能谱调节至与它们在月球表面的分布一致，然后借助偏转磁铁将这些离子束汇聚到束流管道7中，从而组成混合离子束流。
[0051]
束流控制系统2用于控制离子束流的开关、束斑尺寸大小及束流均匀性等相关离子辐照参数，它主要由束流诊断靶室束流快门、荧光屏、导向器、扩束磁铁、扫描磁铁、光阑及其相应的控制器及系统组成。在进行辐照试验时，根据待辐射电子元器件的尺寸大小来调节束斑尺寸大小。
[0052]
束流品质测量系统3用于测量诊断束流品质，它主要由探测器阵列31、电子学以及相应测量软件组成。探测器阵列31安装在真空辐照靶室8内多自由度样品平台61上。在本发明一具体实施例中，探测器阵列31的具体布置如图2所示，s1、s2、s3为不同高度的第一粒子探测器311，类型可以为金硅面垒探测器，主要用于器件辐照时对束流监督系统4探测到的离子计数进行修正，保证辐照至器件表面的累积离子注量达到规定值；中间区域按3*3排列均匀分布的九个第二探测器312，主要用于对束斑均匀性进行测量，保证器件辐照时整个束斑面积内离子均匀分布；a1、a2为不同准直孔的第三粒子探测器313，用于对离子束流的能量进行测量，保证器件辐照时束流能量为规定值。
[0053]
束流监督系统4用于监测离子注量，保证辐照到电子器件上的离子注量达到相应的规定值，它主要由多个分布在离子束流四周的粒子探测器41、读出电子学以及相应的测量软件组成。当离子束为单一束时，粒子探测器41安装在真空辐照靶室8前端；当离子束为混合束时，粒子探测器41安装在用于离子汇聚的偏转磁铁前端。在进行辐照试验时，束流监督系统4的具体实现方法为：在器件辐照前，分别记录s1-s3第一粒子探测器311探测到的离子计数和粒子探测器41探测到的离子计数，计算出它们之间的比值；器件辐照时，记录粒子探测器41探测到的离子计数，然后用该计数乘以上述比值即得到辐照到器件上的累积离子注量。
[0054]
温度控制系统5主要由温度试验箱51、高温部分控制模块、低温部分控制模块以及
相关的管路线缆组成，用于模拟月球表面的极端温度环境(月球表面温度范围为-180
°
～125
°
)。在进行辐照试验时，待辐照的电子元器件放置在温度试验箱51内，通过高温部分控制模块和低温部分控制模块控制温度试验箱内部的环境温度为高温或低温，实现极端温度环境的模拟。图3为温度试验箱的结构示意图，图4为温度试验箱的俯视截面示意图，温度试验箱51的前板511和后板512为中空结构，用于储存低温媒介，例如液氮或液氦，前板511和后板512通过软管与位于真空辐照靶室8外的低温媒介存储罐52连通；前板511上开有一定数量的窗口513，用于验时离子束流通过所述窗口513辐照到温度试验箱51内部的电子元器件表面。温度试验箱51内部紧贴后板512依次设置有电加热丝514、多个pt100热电阻515和电路板固定板516。在进行辐照试验时，通过pt100热电阻515实时监测温度试验箱51的内部温度，然后通过控制低温媒介或电加热丝513执行相应指令对温度试验箱51内部进行降温或升温，从而保证温度试验箱51内部处于设定温度，实现极端温度的模拟。
[0055]
样品板运动控制系统6主要包括多自由度样品平台61和相应的控制模块，其中多自由度样品平台61主要由样品板、x、y、z以及绕y轴旋转的四个伺服电机、皮带、丝杠组成，控制模块主要由驱动电路、多路运动控制器、控制软件等重要部件组成，温度试验箱51的底部固定在多自由度样品平台61的样品板上。在进行辐照试验时，控制模块控制多自由度样品平台61运动将待辐照电子元器件调控到指定的位置和状态，方便电子元器件的后续辐照试验。
[0056]
真空辐照靶室8用于提供满足实验要求的真空环境，以便于与粒子加速器顺利连通。在进行辐照试验时，真空辐照靶室8的真空度范围为10-3
～10-4
pa。在本发明一具体实施例中，真空辐照靶室8为两端封闭的圆柱壳体结构。
[0057]
沿真空辐照靶室8的圆周均匀分布有多个法兰盘，法兰盘上安装有相关功能的高密封插件，用于相关线缆和管道从真空辐照靶室8内部引出。本发明实施例中，设置了七个法兰盘。
[0058]
利用上述月球辐射环境模拟装置开展器件辐照试验的具体步骤如下：
[0059]
1、首先将整个装置上的开口关闭，然后通过相关的真空抽取装置进行抽真空操作，使真空辐照靶室和束流管道内部的真空度与粒子加速器相匹配，保证与加速器的顺利连通；
[0060]
2、设置温度控制系统，保证温度试验箱内部处于设定环境温度；
[0061]
3、打开束流快门，进行束流品质测量，保证试验时束流品质满足相关试验要求；
[0062]
4、关闭束流快门，移动多自由度样品平台，使被辐照器件处于离子束斑面积内；
[0063]
5、打开束流快门，进行器件辐照试验，并实时记录相应的离子辐照参数(如能量、表面let值、射程、注量率、注量)和辐射效应数目等参数；
[0064]
6、步骤2、3、4、5相互配合，完成不同环境温度，不同离子参数下的器件辐照试验。
[0065]
图5展示了利用该装置开展不同温度下某型sram器件单粒子翻转的试验结果，可以看出辐照时的环境温度对器件的单粒子效应有显著影响。
[0066]
本发明提供的一种月球辐射环境模拟装置及试验方法，利用多种离子混合束结合温度控制系统形成一种新的辐照模拟装置，该装置能够同时模拟月球表面的辐射环境和极端温度环境，为开展月球等极端空间环境专用电子元器件的辐射效应等相关科学研究提供一个能够比拟真实月球表面的辐射试验环境。
[0067]
上述实施例只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。

技术特征：
1.一种月球辐射环境模拟装置，其特征在于，所述装置包括离子束流发射系统(1)、束流控制系统(2)、束流品质测量系统(3)、束流监督系统(4)、温度控制系统(5)、样品板运动控制系统(6)、束流管道(7)、真空辐照靶室(8)以及相关线缆，其中：所述温度控制系统(5)用于模拟月球表面的极端温度环境，包括温度试验箱(51)，待辐照的电子元器件放置在所述温度试验箱(51)内；所述样品板运动控制系统(6)用于控制待辐照的电子元器件的空间位置和状态，它包括多自由度样品平台(61)，所述温度试验箱(51)的底部固定在所述多自由度样品平台(61)上；所述真空辐照靶室(8)用于提供满足实验要求的真空环境，所述温度试验箱(51)和多自由度样品平台(61)整体位于所述真空辐照靶室(8)中；所述离子束流发射系统(1)通过所述束流管道(7)与所述真空辐照靶室(8)连接，用于向电子元器件发射与月球表面能谱一致的离子束流，所述离子束流进入所述束流管道(7)中传输，经所述束流控制系统(2)进行参数调节后辐照到所述温度试验箱(51)内的电子元器件上；所述束流品质测量系统(3)包括安装在所述多自由度样品平台(61)上的探测器阵列(31)，用于测量诊断离子束流的品质，保证离子束流的品质满足试验要求；所述束流监督系统(4)包括多个分布在离子束流四周的粒子探测器(41)，用于监测辐照到电子元器件上的累积离子注量，保证所述累积离子注量达到相应的规定值。2.根据权利要求1所述的月球辐射环境模拟装置，其特征在于，所述离子束流发射系统(1)包括粒子加速器和粒子能量调节模块，发射的离子束流为单一离子束流或混合离子束流。3.根据权利要求2所述的月球辐射环境模拟装置，其特征在于，当所述离子束流发射系统(1)发射的离子束流为单一离子束流时，一个时间段内仅有一种离子辐照到电子元器件表面，经所述粒子加速器加速到设定能量的离子束流通过所述粒子能量调节模块将不同离子的能谱调配成与其在月球表面的分布一致。4.根据权利要求2所述的月球辐射环境模拟装置，其特征在于，当所述离子束流发射系统(1)发射的离子束流为混合离子束流时，所述离子束流发射系统(1)包括多个所述粒子加速器、多个所述粒子能量调节模块和偏转磁铁，每个粒子加速器和每个粒子能量调节模块一一对应，经过不同粒子加速器加速到设定能量的离子束在混合前通过相应的粒子能量调节模块将各自的能谱调节至与其在月球表面的分布一致，然后通过所述偏转磁铁将所述离子束汇聚到所述束流管道(7)中，从而组成混合离子束流。5.根据权利要求4所述的月球辐射环境模拟装置，其特征在于，所述束流控制系统(2)包括束流诊断靶室束流快门、荧光屏、导向器、扩束磁铁、扫描磁铁、光阑及其相应的控制器，控制离子束流的相关离子辐照参数包括离子束流的开关、束斑尺寸大小及束流均匀性。6.根据权利要求5所述的月球辐射环境模拟装置，其特征在于，所述束流品质测量系统(3)还包括电子学及相应的测量软件，所述探测器阵列(31)的平面排布形式为：靠近一端等间距布置三个不同高度的第一粒子探测器(311)，用于器件辐照时对所述束流监督系统(4)探测到的离子计数进行修正，保证辐照至器件表面的累积离子注量达到规定值；中间区域按3*3阵列均匀排布九个第二粒子探测器(312)，用于对束斑均匀性进行测量，保证器件辐
照时整个束斑面积内离子均匀分布；靠近另一端布置两个不同准直孔的第三粒子探测器(313)，用于对离子束流的能量进行测量，保证器件辐照时束流能量为规定值。7.根据权利要求6所述的月球辐射环境模拟装置，其特征在于，当所述离子束流发射系统(1)发射的离子束流为单一离子束流时，所述粒子探测器(41)安装在所述真空辐照靶室(8)的前端；当所述离子束流发射系统(1)发射的离子束流为混合离子束流时，所述粒子探测器(41)安装在所述偏转磁铁前端。8.根据权利要求7所述的月球辐射环境模拟装置，其特征在于，通过所述束流监督系统(4)监测辐照到电子元器件上的累积离子注量的具体实现方法为：在对电子元器件辐照前，分别记录三个所述第一粒子探测器(311)探测到的离子计数和所述粒子探测器(41)探测到的离子计数，计算出它们之间的比值；在对电子元器件辐照时，记录所述粒子探测器(41)探测到的离子计数，然后用该计数乘以所述比值，即得到辐照到电子元器件上的累积离子注量。9.根据权利要求1-8任一项所述的月球辐射环境模拟装置，其特征在于，所述温度试验箱(51)的前板(511)和后板(512)部分为中空结构，用于储存低温媒介，所述前板(511)和后板(512)通过软管与位于所述真空辐照靶室(8)外的制冷剂存储罐(52)连通；所述前板(511)上开有多个窗口(513)，辐照试验时离子束流通过所述窗口(513)辐照到温度试验箱(51)内部的电子元器件表面；所述温度试验箱(51)内部紧贴所述后板(512)依次设置有电加热丝(514)、多个pt100热电阻(515)和电路板固定板(516)，通过所述pt100热电阻(515)实时监测所述温度试验箱(51)的内部温度，通过控制所述低温媒介或所述电加热丝(514)执行相应指令对所述温度试验箱(51)内部进行降温或升温，从而保证所述温度试验箱(51)内部处于设定温度。10.根据权利要求9所述的月球辐射环境模拟装置，其特征在于，所述低温媒介为液氮或液氦。11.根据权利要求1所述的月球辐射环境模拟装置，其特征在于，所述多自由度样品平台(61)包括用于承载电子元器件的样品板、x、y、z以及绕y轴旋转的四个伺服电机、皮带、丝杠，能够实现电子元器件的x、y、z三轴平移运动以及绕y轴的旋转运动。12.根据权利要求1所述的月球辐射环境模拟装置，其特征在于，所述真空辐照靶室(8)为两端封闭的圆柱壳体结构，在进行辐照试验时，其内部真空度范围为10-3
～10-4
pa。13.根据权利要求12所述的月球辐射环境模拟装置，其特征在于，沿所述真空辐照靶室(8)的圆周均匀分布有多个法兰盘(9)，所述法兰盘(9)上安装有相关功能的高密封插件，用于相关线缆和管道从所述真空辐照靶室(8)内部引出。14.使用权利要求1-13任一项所述月球辐射环境模拟装置进行器件辐照试验的方法，包括以下步骤：s1、关闭所有开口，对真空辐照靶室抽真空，使真空辐照靶室和束流管道内部的真空度与粒子加速器相匹配，保证与粒子加速器的顺利连通；s2、设置温度控制系统，使温度试验箱内部处于设定环境温度；s3、打开束流快门，进行束流品质测量，保证试验时束流品质满足相关试验要求；s4、关闭束流快门，移动多自由度样品平台，使被辐照电子元器件处于离子束斑面积内；
s5、打开束流快门，进行器件辐照试验，并实时记录相应的离子辐照参数和辐射效应数目参数；s6、改变步骤s2、s3中的参数设置，重复步骤s2-s5，从而完成不同环境温度，不同离子参数下的器件辐照试验。

技术总结
本发明涉及一种月球辐射环境模拟装置及试验方法，属于探月工程技术领域，该装置包括离子束流发射系统、束流控制系统、束流品质测量系统、束流监督系统、温度控制系统、样品板运动控制系统、束流管道和真空辐照靶室，待辐照器件放置在温度控制系统的温度试验箱内，温度试验箱底部固定在多自由度样品平台上，它们整体处在真空辐照靶室中，离子束流发射系统发射的离子束流进入束流管道中传输，经束流控制系统的参数调节后辐照到器件上；试验过程中通过束流品质测量系统保证束流品质，通过束流监督系统监测离子注量，保证辐照到器件上的离子注量达到相应的规定值。本发明提供的装置及方法能够同时模拟月球表面的辐射环境和极端温度环境。环境。环境。


技术研发人员：张峥 郭刚 陈启明 孙浩瀚 赵树勇 刘建成
受保护的技术使用者：中国原子能科学研究院
技术研发日：2023.02.01
技术公布日：2023/5/10