مطالعه اثر استفاده از حفاظ چند لایه در کاهش پرتوهای فضایی رسیده به انسان و قطعات الکترونیکی در ماموریت‌های فضایی

شوریان, سارا; فقهی, سید امیرحسین; جعفری, حمید; امجدی فرد, رضا

doi:10.30699/jsst.2023.1422

مطالعه اثر استفاده از حفاظ چند لایه در کاهش پرتوهای فضایی رسیده به انسان و قطعات الکترونیکی در ماموریت‌های فضایی

نوع مقاله : مقالة‌ پژوهشی‌

نویسندگان

سارا شوریان ¹

سید امیرحسین فقهی ²

حمید جعفری ³

رضا امجدی فرد ⁴

¹ دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی هسته ای، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

² استاد، دانشکده مهندسی هسته ای، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

³ استادیار، دانشکده مهندسی هسته ای، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

⁴ استادیار، گروه توان و پردازش داده، پژوهشکده سامانه های ماهواره، پژوهشگاه فضایی ایران

10.30699/jsst.2023.1422

چکیده

حفاظت فضانوردان و قطعات الکترونیکی موجود در ماهواره‌ها و فضاپیماها در برابر پرتوهای فضایی یکی از مهم‌ترین الزامات اولیه در ماموریت‌های فضایی می‌باشد. در این کار با محاسبه دز ناشی از پرتوهای فضایی بر بدن انسان و قطعه سیلیکونی با استفاده از کد مونت کارلوی MCNPX به ارزیابی تاثیر سه ماده آلومینیوم، بعنوان رایج‌ترین ماده، پلی‌اتیلن و یک ساختار graded-z در حفاظ سازی پرتوهای فضایی پرداخته شده است. دز ناشی پرتوهای فضایی پس از اعمال حفاظ‌هایی از آلومینیوم، ساختار graded-z و پلی‌اتیلن محاسبه شده است. نتایج نشان داد با استفاده از پلی‌اتیلن و حدود %4/4 افزایش وزن نسبت به حفاظ آلومینیومی، می‌توان دز ناشی از فوتون را بیش از %50 در بدن انسان و %30 در قطعات سیلیکونی، و دز ناشی از پروتون‌ها را تا حدود %30 هم برای فضانوردان و هم قطعات الکترونیکی کاهش داد. حفاظ graded-z در تضعیف دز ناشی از فوتون‌ها بسیار عالی عمل کرده اما در تضعیف دز ناشی از پروتون‌ها ناکارآمد ظاهر شد.

کلیدواژه‌ها

آسیب بیولوژیکی

تابش فضایی

MCNPX

حفاظ چند لایه

ساختار ‏Graded-z

موضوعات

بررسی تشعشعات فضایی

Baumann and K. Kruckmeyer, Radiation Handbook for Electronics, Texas Instruments, p. 118, 2019.
Barkati, a look at the telecommunication satellites of Argentina, Canada, China, France, Germany, India and Indonesia. Public Relations of Iran Space Organization, 2007 (in Persian).
Available, [on line]: http://www.tech-faq.com/satellite-systems.
Available: http://www.answers.com/topic/low-earth-orbit.
Duzellier “Radiation effects on electronic devices in space”, Aerospace Science and Technology, vol 9, No.1, pp. 93-99, 2005.
Durante, “Space radiation protection: Destination Mars,” Life Sciences in Space Research, vol 1, pp. 2-9, 2014.
Durante and F.A. Cucinotta, “Heavy ion carcinogenesis and human space exploration” Nature Reviews Cancer, vol. 8, no. 6, pp. 465-472, 2008.
Horneck, R. Facius, M. Reichert and et al., a study on the survivability and adaptation of humans to long-duration exploratory missions, part I: lunar missions, Adv Space Res, vol 31, no. 11, p. 2389-401, 2003.
A. Cucinotta and M. Durante, “Cancer risk from exposure to galactic cosmic rays: implications for space exploration by human beings”,The Lancet Oncol, vol 7, No.5, pp. 431-435, 2006.
Durante and C. Bruno, “Impact of rocket propulsion technology on the radiation risk in missions to Mars”, The European Physical Journal D, vol 60, no.1, pp. 215-218, 2010.
shoorian, H. Jafari, S.Ah. Feghhi and G. aslani, “Calculation and measurement of leakage current variations due to displacement damage for a silicon diode exposed to space protons” Journal of Space Science and Technology, Vol 13, no.4, pp71-79, 2020 (in Persian).
Klamm., “Passive Space Radiation Shielding: Mass and Volume Optimization of Tungsten-Doped PolyPhenolic and Polyethylene Resins.” Publication: Small Satellite Conference, 2015.
Bartholet, “Light Weight Radiation Shielding for Space Environments,” SAE Transactions, pp.359-362, 2004.
Daneshvar, K.G.Milan, A.Sadr and et al., “Multilayer radiation shield for satellite electronic components protection,” Scientific Reports, vol. 11, no.1, p. 20657, 2021.
Shoorian, H. Jafari, and S.A.H. Feghhi, “Design and calculation of a multilayer radiation shield for replacement with Al in GEO orbit,” Journal of the Earth and Space Physics, vol 48, no.1, pp. 113-123, 2022.
Available, [on line]: https://directory.eoportal.org/ web/ eoportal/satellite-missions/p/pssct.
Spenvis, Available, [on line]: https://www.spenvis. oma.be/.
M. Sawyer and J.I Vette, AP8 trapped proton environment for solar maximum and solar minimum, National Space Science Data Center, p.176, 1976.
A. Xapsos, G.P. Summers, J.L. Barth, and et al , “Probability Model for Worst Case Solar Proton Event Fluences,” IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 46, no. 6, pp. 1481-1485, 1999.
A. Xapsos, G.P. Summers, J.L. Barth, and et al , “Probability Model for Cumulative Solar Proton Event Fluences,” IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 47, no. 3, pp. 486-490, 2000.
Available, [on line]: http://rd48.web.cern.ch/rd48/about-rose/about-rose.htm.
MCNPX, Available, [on line]: http://mcnp.lanl.gov/.
J. F. Ziegler, M. D. Ziegler, and J. P. Biersack, “SRIM- The stopping and range of ions in matter,” Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, vol. 268, no. 11-12, pp. 1818-1823, 2010.