Расчет гетерогенного радиационно-защитного экрана для космических аппаратов Текст научной статьи по специальности «Физика»

магнитные свойства которых совпадают со свойствами аморфных лент идентичного химического состава.

Библиографические ссылки

1. Гусев А. И. Наноматериалы, наноструктуры, на-нотехнологии. М. : Физматлит, 2007. 416 с.

2. Ремпель А. А. Нанотехнологии, свойства и применение наноструктурированных материалов // Успехи химии. 2007. Т. 76, № 5. С. 474-500.

3. Tjong S. C., Chen H. Nanocrystalline materials and coatings // Materials Science and Engineering. 2004. R-45. Р. 1-88.

4. Исхаков Р. С., Денисова Е. А., Лепешев А. А. Размытый фазовый переход «аморфная фаза 1 -аморфная фаза 2» в сплаве CoFeNi-SiB // Письма в ЖЭТФ. 1995. Т. 62(7). С. 548-551.

5. Iskhakov R. S., Komogortsev S. V. Magnetic microstructure of nano structured ferromagnetics // Bull. Russ. Ac. Sci.: Physics. 2007. Vol. 71. P. 1620-1625.

References

1. Gusev A. I. [Nanomaterials, nanostructures, nanotechnologies]. Moscow, Physmathlit Publ., 2007, 416 p.

2. Rempel A. A. [ Nanotechnologies, properties and application of nanostructural materials]. Uspehi himii. V.76. no 5. p. 474-500. (In Russ.)

3. Tjong S. C., Chen H. Nanocrystalline materials and coatings // Materials Science and Engineering. 2004. R-45. Р. 1-88.

4. Iskhakov R. S., Denisova E. A., Lepeshev A. A. Diffuse "amorphous phase 1- amorphous phase 2" phase transition in CoFeNi-SiB alloy. Pis'ma Zh. Eksp. Teor. Fiz. 1995. Vol. 62. p. 548-551.

5. Iskhakov R. S., Komogortsev S. V. Magnetic microstructure of nanostructured ferromagnetics. Bull. Russ. Ac. Sci.: Physics. 2007. Vol. 71. P. 1620-1625.

© Денисова Е. А., Кузовникова Л. А., Телегин С. В., Саунин В. Н., Кузовников А. А., 2015

УДК 539.12.04

РАСЧЕТ ГЕТЕРОГЕННОГО РАДИАЦИОННО-ЗАЩИТНОГО ЭКРАНА ДЛЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ*

О. Н. Драганюк, С. В. Телегин

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Рассмотрена возможность применения гетерогенных защитных экранов бортовой аппаратуры космических аппаратов от электронов ЕРПЗ. Приведено сравнение характеристик, рассчитанных методом Монте-Карло, разработанных экранов с аналогом из алюминия.

Ключевые слова: радиационная защита, спутник, моделирование.

CALCULATION OF THE HETEROGENEOUS RADIATION FILTER FOR SPACECRAFTS

O. N. Draganyuk, S. V.Telegin

Reshetnev Siberian State Aerospace University

31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation. E-mail:[email protected]

The research explores the possibility to use heterogeneous filters of the onboard equipment of spacecrafts against electrons of natural radiation belts of Earth. The research also studies comparison of the characteristics calculated by the Monte-Carlo method, it presents the developed screens with aluminum analog.

Keywords: radiation protection, the satellite, modeling.

Необходимость защиты электронных блоков спутников обусловлена влиянием космического излучения на орбите, способного нарушить работу навигационных и телекоммуникационных систем космического аппарата. Для обеспечения надежности систем управления спутника эффективнее всего использовать гетерогенные защитные экраны из материалов, способных поглощать или рассеивать излучение. Наиболее опасным на геостационарной орбите является ионизирующее излучение потока электронов естественных радиационных поясов Земли [1]. Количество солнеч-

ных и галактических частиц намного меньше, что позволяет получать удовлетворительные данные при моделировании излучения как пучка электронов с энергиями 0,04-5 МэВ.

При выборе материалов необходимо учитывать их физические свойства, в частности, сечения реакции. При увеличении атомного номера химического элемента увеличиваются потери энергии первичными электронами, но в то же время в материалах из тяжелых элементов с увеличением толщины возникает тормозное излучение.

*Работа выполнена при поддержке Министерства образования РФ, №168/14.

Решетнеескцие чтения. 2015

Таким образом, при моделировании защитного барьера имеет смысл рассматривать элементы разных групп. Создание гетерогенного барьера со слоями различной плотности позволяет создать экран, обладающий преимуществами, которые рассмотрены на примере двух моделей защитных экранов.

Связующим веществом была выбрана эпоксидная смола, составляющая 20-30 % от всего экрана. В качестве основного конструкционного материала использовалась стеклоткань марки Т-10, имеющая больший коэффициент ослабления, чем алюминий (табл. 1).

В качестве образца для сравнения выбран алюминий как основной материал радиационных защитных экранов, получивший широкое распространение благодаря небольшой плотности и своим конструкционным свойствам. Моделирование экрана выполнено методом Монте-Карло в программе «Компьютерная лаборатория» [2].

Структура

Основными критериями для сравнения являются коэффициент ослабления и поглощенная доза. Выбор элементного состава экрана обусловлен тем, что используемые материалы обладают защитными свойствами выше, чем у алюминия, меньшей плотностью и, следовательно, меньшей массовой толщиной (табл. 2).

Ослабление каждого слоя экранов представлено в табл. 3. Эффективность применения гетерогенного барьера подтверждается сравнением его поглощающих свойств с однородным из тех же материалов -смесь веществ пропускает электронов в 1,97 раза больше, чем послойный экран.

Расчеты показали, что доля электронов (нормировка на одну частицу), прошедших через защитный экран, отличается в 1,4-1,8 раза у барьеров с одинаковой массовой толщиной. Наилучшими экранирующими свойствами (по отношению к электронам с энергиями 0,4-5 МэВ) обладает экран со слоем карбида бора (табл. 4).

Таблица 1

тных экранов

Экран/ Слои 1,7 мм 2,75 мм 1,75 мм

1 стеклоткань В4С N1

2 стеклоткань В4№ N1

Таблица 2

Сравнение свойств материалов

Вещество Плотность, кг/м3 Толщина, м Массовая толщина, кг/м2 Доля прошедших электронов Массовый коэффициент ослабления, м2/кг

В4№207 1 904 0,001 1,904 0,007 44 2,573 86

В4С 1 881 0,001 1,881 0,007 98 2,568 37

стеклоткань 1 596 0,001 1,596 0,007 12 3,027 01

N1 3 898 0,001 3,898 0,000 59 1,904 39

А1 2 700 0,001 2,700 0,003 11 2,138 35

Таблица 3

Послойное сравнение свойств материалов в гетерогенных барьерах

Барьер Вещество Плотность, кг/м3 Толщина, м Массовая толщина, кг/м2 Доля прошедших электронов Массовый коэффициент ослабления, м2/кг

1 стеклоткань 1 596 0,001 70 2,713 2 0,002 54 2,20232

В4№207 1 904 0,002 75 5,236 0 0,028 49 0,679 50

N1 3 898 0,001 75 6,821 5 4,87Е-05 1,455 50

2 стеклоткань 1 596 0,001 70 2,713 2 0,002 54 2,202 32

В4С 1 881 0,002 75 5,172 6 0,031 43 0,668 87

N1 3 898 0,001 75 6,821 5 3,80Е-05 1,492 00

3 стеклоткань, В4№207, N1 2 156 0,006 20 13,369 2,74Е-06 0,957 89

Таблица 4

Вычисление коэффициента отношения по доле прошедших электронов

Барьер Вещество Толщина, м Доля прошедших электронов Коэффициент отношения по защите

1 Алюминий 0,0055 1,9976Е-06 1,4377

В3№ + стеклоткань + N1 0,0062 1,3894Е-06

2 В4С + стеклоткань + N1 0,0062 1,1947Е-06 1,7552

Алюминий 0,0054 2,0969Е-06

Выполненные расчеты коэффициентов позволили оценить, во сколько раз экранирующие свойства исследуемых моделей выше, чем у алюминия. Исходя из полученных результатов, в дальнейшем целесообразно рассмотреть дозовые и весовые характеристики защитных экранов.

Библиографические ссылки

1. Кимель Л. Р., Машкович В. П. Защита от ионизирующих излучений : справ. 2-е изд. М. : Атомиздат, 1972. 312 с.

2. Беспалов В. И. Пакет программ ЕРНСА для статистического моделирования поля излучения фотонов

и заряженных частиц // Изв. вузов. Физика. Приложение. 2000. № 4. С. 159-165.

References

1. Kimel L. R., Mashkovich V. P. Zashchita ot ioniziruyushchikh izlucheniy [Protection the Ionising Radiation]. Moscow, Atomizdat., 1972, 312 p.

2. Bespalov V. I. Paket programm EPHCA dlya statisticheskogo modelirovaniya polya izlucheniya fotonov i zaryazhennykh chastits [EPHCA software package for the statistical modeling of the radiation field of photons and charged particles]. Proceedings of Univ. Physics, Annex , 2000, № 4, p. 159-165.

© Драганюк О. Н., Телегин С. В., 2015

УДК 543.428

ТУННЕЛЬНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ И СПЕКТРОСКОПИЯ ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИХ

ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОНОВ SiO2

К. Н. Зайкова1*, А. Ю. Игуменов1, А. С. Паршин1, Ю. Л. Михлин2, О. П. Пчеляков1,3

1 Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31 2Институт химии и химической технологии СО РАН Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50/24 3Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН

Российская Федерация, 630090, г. Новосибирск, просп. Академика Лаврентьева, 13 E-mail: [email protected]

Для развития ракетно-космической отрасли необходимо внедрение наноматериалов и устройств нано-электроники. При характеризации полупроводниковых и диэлектрических наноматериалов одним из наиболее значимых параметров является величина ширины запрещённой зоны. В данной работе ширина запрещённой зоны SiO2 была измерена с помощью сканирующей туннельной спектроскопии и спектроскопии потерь энергии отражённых электронов.

Ключевые слова: диоксид кремния, сканирующая туннельная спектроскопия, спектроскопия характеристических потерь энергии электронов.

TUNNELING SPECTROSCOPY AND ELECTRON ENERGY LOSS SPECTROSCOPY IN SiO2

K. N. Zaykova1, A. Yu. Igumenov1, A. S. Parshin1, Yu. L. Mikhlin2, O. P. Pchelyakov1,3

1Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation

2Institute of Chemistry and Chemical Technologies SB RAS 50/24, Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation

3Rzhanov Institute of Semiconductor Physics SB RAS 13, Academician Lavrentjev Av., Novosibirsk, 630090, Russian Federation E-mail: [email protected]

The integration of nanomaterials and nanoelectronic devices is necessary to develop the space industry. The band gap determination is one of the most important objects in the characterization of semiconducting and dielectric nanomaterials. In this paper, the band gap of SiO2 is determined using a scanning tunneling spectroscopy and electron energy loss spectroscopy.

Keywords: silicon dioxide, scanning tunneling spectroscopy, electron energy loss spectroscopy.

Диоксид кремния является распространённым ма- роль играет такой параметр, как ширина запрещённой

териалом для создания устройств энергонезависимой зоны (Eg). Для определения данного параметра ис-

памяти, востребованных в ракетно-космической от- пользуются такие экспериментальные методы, как

расли [1]. При производстве материалов для зарядо- туннельная спектроскопия [2; 3] и спектроскопия ха-

вой записи на основе матрицы диоксида кремния, со- рактеристических потерь энергии электронов [4-6]. держащей нанокристаллы полупроводников, и полу- Туннельные спектры были записаны в интеграль-

проводниковых наногетероструктур значительную ном виде I(V) на установке NT-MDT NTEGRA Aura