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外辐射带区域新建地磁场经验模型的定量研究

地球物理学报 2020年第11期63卷 3944-3951页

作者：王丽杨晓超张珅毅中国科学院国家空间科学中心北京100190 中国科学院大学北京100049 天基空间环境探测北京市重点实验室北京100190

准确的磁场模型对于辐射带粒子环境研究至关重要.本文利用美国Van Allen Probes(VAP)在2012至2018年期间测量的磁场数据和GOES15在2011至2017年期间测量的磁场数据,定量地评估了三个较新的外磁场经验模型(TS05、TA15和TA16)对外辐射带区... 详细信息

准确的磁场模型对于辐射带粒子环境研究至关重要.本文利用美国Van Allen Probes(VAP)在2012至2018年期间测量的磁场数据和GOES15在2011至2017年期间测量的磁场数据,定量地评估了三个较新的外磁场经验模型(TS05、TA15和TA16)对外辐射带区域(3~6.6 R E)磁场的描述性能.本文选择预测效率(Prediction Efficiency,PE)作为评估指标,定量分析各模型在不同空间范围(Lm值)、不同地磁活动水平(Kp)以及不同磁地方时(MLT)下的性能表现,并且计算了观测磁场与模型磁场的夹角θ,以评估模型的磁场方向预测能力.结果表明:PE随Lm值增大,随地磁扰动增强而下降;θ随Lm值增大,随地磁扰动增强而增大.在Lm=5~6.5 R E范围内,PE呈现晨昏不对称性,MLT=12-21时的PE值小于MLT=0-9时的值,说明三个磁场模型可以较好地描述晨侧磁场的强度,但它们并不能很好地反映下午至昏侧磁场的大小;在地球同步轨道附近(Lm^6.6 R E),PE呈现昼夜不对称性,MLT=9-15时的PE值大于其他时区的值,说明三个磁场模型可以很好地反映昼侧磁场大小,但在夜侧可能存在较大的误差.θ在MLT=6-12时的值小于其他时区的值,呈现昼夜不对称性,说明三个磁场模型可以较好地描述昼侧磁力线的分布位型,但在夜侧存在较大的方向描述误差.在外辐射带3~6.5 R E内,TA16模型与VAP磁场观测数据最为接近,PE均大于0.7,θ均小于3°;在地球同步轨道高度(6.6 R E),TS05模型与GOES15卫星磁场观测数据最为接近,PE约为0.75,θ约为7°.相关的研究结果可以为我国星载高能粒子探测器探测数据的在轨交叉定标、辐射带高能粒子动态模型研究和相关的磁层环境理论/应用研究提供地磁场模型选择方面的参考.

关键词：外辐射带 VAP GOES15 外磁场经验模型预测效率

GEANT程序在空间粒子探测器优化设计中的应用

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空间科学学报 2005年第2期25卷 118-124页

作者：张珅毅王世金中国科学院空间科学与应用研究中心

在众多的蒙特卡罗模拟程序中,介绍了其中的一种程序--GEANT程序.首先对蒙特卡罗方法的产生和基本思想作了解释,对GEANT程序的主要模块和基本结构以及粒子在程序中的传输过程作了描述.在程序中,GEANT程序应用了先进的ZEBRA存储管理器,... 详细信息

在众多的蒙特卡罗模拟程序中,介绍了其中的一种程序--GEANT程序.首先对蒙特卡罗方法的产生和基本思想作了解释,对GEANT程序的主要模块和基本结构以及粒子在程序中的传输过程作了描述.在程序中,GEANT程序应用了先进的ZEBRA存储管理器,使各个模块之间的联系更为方便.在空间粒子探测中,利用GEANT程序,可以计算空间粒子在探测器中的能量损失,在不同材料中的射程以及产生的次级粒子的数量,最后利用GEANT程序可以模拟出各种粒子在不同材料中的LET值,本文还进一步表明了蒙特卡罗方法对空间粒子探测的重要意义.

关键词：蒙特卡洛线性能量转移单粒子翻转 GEANT模拟程序空间粒子探测器

用于空间中高能离子探测的飞行时间(TOF)质谱仪——发展现状与展望

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地球物理学报 2022年第10期65卷 3743-3758页

作者：张伟杰张珅毅张贤国叶依众中国科学院国家空间科学中心北京100190 中国科学院大学北京100049 天基空间环境探测北京市重点实验室北京100190 中国科学院空间环境态势感知技术重点实验室北京100190

对空间中能量介于几十keV到几MeV的离子进行成分、能谱、通量和角分布等信息的测量,具有十分重要的科研和应用价值.20世纪80年代,一种基于二次电子发射(Secondary Electron Emission, SEE)的TOF×E空间中高能离子探测器(下简称中高能TO... 详细信息

对空间中能量介于几十keV到几MeV的离子进行成分、能谱、通量和角分布等信息的测量,具有十分重要的科研和应用价值.20世纪80年代,一种基于二次电子发射(Secondary Electron Emission, SEE)的TOF×E空间中高能离子探测器(下简称中高能TOF质谱仪)问世,直到今天,仍然被广泛应用于各类空间任务.本文将重点介绍中高能TOF质谱仪的技术原理,发展历史,当前发展现状和未来趋势.另外还对中高能TOF质谱仪的质量分辨率和抗干扰能力两项关键参数的影响因素进行分析,并探讨通过引进石墨烯薄膜和金刚石探测器改善两项性能的可能性.该项技术目前我国仍未掌握,但随着我国多项深空探测项目即将开展,已对该技术提出了科研和应用需求.针对未来不同的空间任务需求,我国对中高能TOF质谱仪的研发应涵盖单方向高精度和多方向多要素两种类型,并研究通过引进石墨烯薄膜和金刚石探测器等新技术,进一步提升其探测性能和空间任务适应性.

关键词：飞行时间法中高能离子磁层探测行星探测太阳探测深空探测

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空间粒子探测器中的偏转磁铁设计

核电子学与探测技术 2005年第6期25卷 644-646页

作者：张珅毅王世金中国科学院空间科学与应用研究中心北京100080 中国科学院研究生院

空间粒子探测器中,电子的混入是影响探测器寿命和仪器精确度的重要因素。通过有限元分析和模拟计算,设计出仪器探头中的偏转磁铁,除去一定能量范围内的电子,并将理论计算值与实验数据作了比较,得到了比较理想的结果。

关键词：有限元分析偏转磁铁空间粒子探测器

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空间粒子探测中的路径差消除技术

核电子学与探测技术 2006年第1期26卷 45-49页

作者：张珅毅王世金中国科学院空间科学与应用研究中心

为了解决空间粒子探测器在对粒子进行鉴别时由于路径差造成的误差,介绍了根据不同的原理和技术而设计的各种路径差的消除技术,并对这些技术做了评价,设计者可以根据自身的需要选取合适的方法。

关键词：路径差 △E·E方法位置灵敏探测器

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空间高能电子探测器准直仪的设计研究

真空科学与技术学报 2020年第10期40卷 965-970页

作者：侯东辉张珅毅张效信宗位国中国科学院国家空间科学中心北京100190 中国科学院大学北京100190 北京天基空间环境探测重点实验室北京100190 国家气象局空间天气监测预警中心北京100081

空间电子探测器的准直仪的目的是限制仪器的探测张角和几何因子,而电子与准直仪材料的散射效应严重,准直仪的设计优劣将直接影响仪器的测量精度。本文以我国的风云四号卫星的高能电子探测器为例,在基础准直仪的结构基础上进行了改进设计... 详细信息

空间电子探测器的准直仪的目的是限制仪器的探测张角和几何因子,而电子与准直仪材料的散射效应严重,准直仪的设计优劣将直接影响仪器的测量精度。本文以我国的风云四号卫星的高能电子探测器为例,在基础准直仪的结构基础上进行了改进设计,分析了在准直仪内的加齿结构、齿形、齿厚、齿深、齿数等参数对准直仪反散射能力的影响。分析发现齿形对反散射能力的影响最大,齿深对反散射能力影响较小。提出了最优准直仪结构,有效改善了准直仪内电子散射问题,总结了空间电子探测器的准直仪设计的经验和原则,为以后准直仪的优化提供参考。

关键词：粒子探测器准直仪电子蒙特卡洛仿真几何因子

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反符合杯测量技术在空间中的应用

核电子学与探测技术 2015年第6期35卷 566-570页

作者：李肖张珅毅张伟杰中国科学院空间科学与应用研究中心北京100190 中国科学院大学北京100190

介绍了空间反符合杯测量系统去除干扰粒子的研究,阐述了干扰粒子的来源、反符合测量系统的工作原理,通过调研国内外反符合技术的应用,结合空间环境的特殊性,给出空间反符合杯测量系统设计原则,提出了新型光探测器——硅光电倍增管(SiPM... 详细信息

介绍了空间反符合杯测量系统去除干扰粒子的研究,阐述了干扰粒子的来源、反符合测量系统的工作原理,通过调研国内外反符合技术的应用,结合空间环境的特殊性,给出空间反符合杯测量系统设计原则,提出了新型光探测器——硅光电倍增管(SiPM)在空间反符合应用的可能性,并针对SiPM暗计数较高这一不足提供了解决方法,最后对反符合性能进行了评估。

关键词：反符合粒子探测空间环境硅光电倍增管

天和核心舱高能质子南大西洋异常区方向分布差异分析

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地球物理学报 2023年第5期66卷 1856-1863页

作者：王春琴常峥张焕新张珅毅孙莹侯东辉中国科学院国家空间科学中心北京100190 天基空间环境探测北京市重点实验室北京100190 中国科学院空间环境态势感知技术重点实验室北京100190

地球辐射带南大西洋异常区是空间站轨道运行过程中遭遇的最重要的粒子辐射区域,这一区域集中了大量具有强穿透性的高能质子,会显著影响空间站舱内器件的正常工作,危害航天员的健康和安全.2021年4月29日中国空间站"天和核心舱"成功发射,... 详细信息

地球辐射带南大西洋异常区是空间站轨道运行过程中遭遇的最重要的粒子辐射区域,这一区域集中了大量具有强穿透性的高能质子,会显著影响空间站舱内器件的正常工作,危害航天员的健康和安全.2021年4月29日中国空间站"天和核心舱"成功发射,核心舱配置了空间环境监测载荷,可实时获取沿轨高能质子通量监测数据.伴随核心舱姿态变化探测器可监测来自不同入射方向的高能质子,为初步开展异常区高能质子方向分布提供了可能.本文利用核心舱空间环境监测载荷的高能质子方向观测数据,通过重构不同入射方向条件下高能质子SAA(South Atlantic Abnormal)区分布,研究分析不同能量高能质子SAA区方向分布位置边界和方向峰值强度,给出高能质子异常区方向分布的初步结果,弥补利用辐射带模型仅能得到全向辐射结果的不足,为高效规避和应对辐射危害,保障航天器和航天员的安全提供重要参考.

关键词：核心舱南大西洋异常区高能质子方向分布

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2011—2015年辐射带电子动态FY-3B卫星实测结果

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地球物理学报 2021年第6期64卷 1831-1841页

作者：王春琴张贤国沈国红张珅毅张效信黄聪李兴冀中国科学院国家空间科学中心北京100190 天基空间环境探测北京市重点实验室北京100190 中国科学院空间环境态势感知技术重点实验室北京100190 中国气象局国家空间天气监测预警中心北京100081 哈尔滨工业大学哈尔滨150001

FY-3B卫星为轨道高度约800 km,倾角98°的极轨气象卫星,星上高能电子探测器可开展宽能谱、高时间分辨的电子辐射长时间连续监测.2011—2015年极低太阳活动周期内,FY-3B卫星高能电子探测器对0.15~5.7 MeV不同能量高能电子在南大西洋异常... 详细信息

FY-3B卫星为轨道高度约800 km,倾角98°的极轨气象卫星,星上高能电子探测器可开展宽能谱、高时间分辨的电子辐射长时间连续监测.2011—2015年极低太阳活动周期内,FY-3B卫星高能电子探测器对0.15~5.7 MeV不同能量高能电子在南大西洋异常区以外的辐射带区域的观测结果显示:在所有的辐射带区域,低能量的电子比高能量的电子更容易出现增强,填充槽区和进入到内带更低L区域的可能性更大.0.15~0.35 MeV的电子长期充斥于外辐射带和槽区,而1 MeV以上的电子大部分时间分布于外辐射带,在太阳风速度、地磁活动极弱的2014年呈现长时间极弱通量水平.2015年频繁增强的扰动导致电子通量水平整体升高,空间分布大范围扩散,1 MeV以上能量的电子在槽区位置也出现了分布.分析2014.5.10—7.30和2015.5.10—7.10两个典型时段内扰动参数对电子通量在不同区域动态分布的影响,结果表明:电子通量在外辐射带外边界区域动态与太阳风起伏变化关联显著.AE-30 nT,SW1 MeV以上的电子在低至L~2.8的槽区出现显著增长.在极低通量水平下,AE指数短时增加超过300 nT的亚暴活动会导致0.15~0.35 MeV电子超过1个量级的增长变化.上述结果对于准确认识辐射带电子不同时期的基本特性、发现能量电子动态潜在的基本物理过程,构建更准确的辐射带电子模型有着重要的参考意义.

关键词： FY-3B卫星高能电子辐射带