一种反射式耐辐照相机优化设计方法

本申请涉及耐辐照相机，具体而言，涉及一种反射式耐辐照相机优化设计方法。

背景技术：

1、核辐射和太空辐射环境中使用的成像设备主要分为基于cmos(complementarymetal-oxide-semiconductor，互补金属氧化物半导体)图像传感器的与光导管图像传感器的两类，光导管图像传感器的耐辐射能力很强，但具有分辨率低、黑白画面和市场竞争力差(难以购买到相关商品)的缺点，现在主流的是基于cmos图像传感器的耐辐照相机。相机中的cmos图像传感器等半导体器件往往是辐照环境下最脆弱的部分，主要受到总电离剂量效应(tid)、位移损伤效应(ddd)和单事件效应(see)的影响。tid和see的失效机制都是由辐照粒子的电离辐射在集成电路中沉积不必要的能量引起的，ddd则是辐照粒子与半导体材料的非电离相互作用：大量的辐照粒子进入半导体材料内部，与材料的原子核发生碰撞，导致晶格原子移位，使半导体材料内部产生缺陷，影响少数载流子寿命，从而导致半导体相关性能逐步下降、乃至最终失效。同时，相机中的透镜等玻璃材料在辐照的影响下形成色心，其光学性能下降。

技术实现思路

1、本申请在于提供一种反射式耐辐照相机优化设计方法，旨在保证一定耐辐照性能的前提下，实现相机的轻量化和成本的降低。

2、本申请第一方面提供一种反射式耐辐照相机优化设计方法，所述设计方法包括：

3、根据辐射环境信息，将辐射场等效为具有特定几何形状、放射性活度、放射线方向和能量的放射源；

4、确定反射式耐辐照相机中各个器件的耐辐照剂量极限值，根据所述各个器件的耐辐照剂量极限值，确定所述反射式耐辐照相机所需的目标剂量值；

5、根据所述目标剂量值，设计屏蔽外壳，所述屏蔽外壳由具有屏蔽辐射能力的材料制作，并将所述屏蔽外壳划分为多个单元，所述多个单元分别具有初始形状和初始尺寸，且所述反射式耐辐照相机在所述屏蔽外壳内时的初始耐辐照剂量值大于所述目标剂量值；

6、将安装有所述屏蔽外壳的所述反射式耐辐照相机置于所述放射源中，计算屏蔽外壳的各个单元分别去除后相机的耐辐照剂量值，并将所述反射式耐辐照相机去除所述各个单元后的耐辐照剂量值与所述初始耐辐照剂量值对比，得到对比信息；

7、根据所述对比信息确定所述屏蔽外壳的各个单元的屏蔽辐照能力，并根据所述各个单元的屏蔽辐照能力调整所述各个单元的初始形状和初始尺寸后，计算调整后的所述反射式耐辐照相机的耐辐照剂量值，直至所述屏蔽外壳的指标满足需求。

8、可选地，将所述各个单元分为多层子单元，且多层所述子单元的材料为相同材料或不同材料，并根据所述屏蔽辐照能力改变所述各个单元的各层子单元的材料。

9、可选地，所述屏蔽外壳的材料包括：铅材料、铅硼聚乙烯、高钨含量铝基复合材料和铝基碳化硼材料。

10、可选地，所述各个单元中的每层所述子单元的厚度相同。

11、可选地，所述各个单元中的每层所述子单元的厚度不相同。

12、可选地，所述各个器件包括透镜、反射镜和图像传感器及所述图像传感器对应的集成电路器件。

13、可选地，所述放射源的形状包括点形、球面形、圆形、矩形和长方体形。

14、可选地，所述屏蔽外壳的指标包括质量、体积、形状和抗辐照剂量。

15、有益效果：

16、本申请提供一种反射式耐辐照相机优化设计方法，通过确定反射式耐辐照相机中各个器件的耐辐照剂量极限值，并提供屏蔽外壳，再将屏蔽外壳划分为多个单元，并将各个单元分别去除后再计算反射式耐辐照相机中各个器件的耐辐照剂量值，根据各个器件的耐辐照剂量值和单元去除前的初始耐辐照剂量值的对比信息，确定各个单元的屏蔽辐照能力，再根据各个单元的屏蔽辐照能力去调整各个单元的初始形状和初始厚度，直至屏蔽外壳的质量、形状和耐辐照剂量满足需求，如此便可以在保证相机的耐辐照能力的同时，实现相机的轻量化，并降低成本；此外，本申请实施例还进一步将屏蔽外壳分层划分，通过优化分层后的各单元不同屏蔽材料的配置，在保证耐辐照剂量需求的前提下，进一步减轻相机质量。

技术特征：

1.一种反射式耐辐照相机优化设计方法，其特征在于，所述设计方法包括：

2.根据权利要求1所述的反射式耐辐照相机优化设计方法，其特征在于，所述设计方法包括：

3.根据权利要求2所述的反射式耐辐照相机优化设计方法，其特征在于：

4.根据权利要求2所述的反射式耐辐照相机优化设计方法，其特征在于：

5.根据权利要求2所述的反射式耐辐照相机优化设计方法，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的反射式耐辐照相机优化设计方法，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的反射式耐辐照相机优化设计方法，其特征在于：

8.根据权利要求1所述的反射式耐辐照相机优化设计方法，其特征在于：

技术总结本申请提供一种反射式耐辐照相机优化设计方法，属于辐照相机技术领域，包括：将辐射场等效为放射源；确定反射式耐辐照相机所需的目标剂量值；根据目标剂量值，设计相机屏蔽外壳，并将相机屏蔽外壳划分为多个单元，多个单元分别具有初始形状和初始尺寸；计算相机屏蔽外壳的各个单元分别去除后相机的耐辐照剂量值，并将反射式耐辐照相机去除各个单元后的耐辐照剂量值与初始耐辐照剂量值对比，得到对比信息；根据对比信息调整相机屏蔽外壳的各个单元的初始形状和初始尺寸，直至相机屏蔽外壳的指标满足需求。通过本申请提供的一种反射式耐辐照相机优化设计方法，可以保证一定耐辐照性能的前提下，实现相机的轻量化和成本的降低；同时，进一步将屏蔽外壳分层划分，通过优化分层后的各单元不同屏蔽材料的配置，在保证耐辐照剂量需求的前提下，进一步减轻相机质量。本申请还探索了屏蔽材料厚度与其屏蔽辐照效果的关系，证明了屏蔽材料优化配置的意义。技术研发人员：崔一南,姬中翱,吴俊豪,李林尉,余璟,胡嘉宇,丰云,李泽语受保护的技术使用者：清华大学技术研发日：技术公布日：2024/8/5