نوع مقاله : مقالة‌ تحقیقی‌ (پژوهشی‌)

نویسندگان

1 دانشکده فناوری های نوین، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

2 مرکز تحقیقات فضایی، دانشکده فناوری های نوین، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

3 کروه دزیمتری، پژوهشکده کاربرد پرتوها، پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای، سازمان انرژی اتمی ایران، تهران، ایران

10.22034/jsst.2021.1246

چکیده

در این مقاله، هدف طراحی لایه‌های حفاظت تشعشعی برای محیط‌های الکترونی و پروتونی می‌باشد که برای همه‌ی شرایط فضایی و تمامی مدارها قابل استفاده باشند. بعد از انجام طراحی و انتخاب تعداد لایه‌ها، حفاظ مدنظر با کمک نرم‌افزارهای متلب و MCNPX، تحلیل و بهینه‌سازی شده است. بهینه‌سازی، از طریق نرم‌افزار متلب و الگوریتم ژنتیک به‌گونه‌ای انجام شده است که با لینک شدن نرم‌افزار متلب و MCNPX، تمامی حالات ممکن در نظر گرفته ‌شده و بهترین حالت از طریق الگوریتم ژنتیک انتخاب شده است. در حفاظ‌های بهینه طراحی شده، دز کل یونیزاسیون رسیده به قطعه الکترونیکی برای محیط‌ های پروتونی و الکترونی به ترتیب 3/53 و 72 درصد در مقایسه با حفاظ آلومینیمی با ضخامت مشابه کاهش یافته است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Analysis, Design and Optimization of the Multi Layer Radiation Shielding of Satellite Electronic Components

نویسندگان [English]

  • Kavoos Ghordoyi Milan 1
  • Ali Sadr 1
  • S. Hasan Sedighy 2
  • Hamideh Daneshvar 3

1 Department of School New Technologies, Iran University of Science and Technology Iran, Tehran, Iran

2 Department of School New Technologies, Iran University of Science and Technology Iran, Tehran, Iran

3 ِDosimetry, a Radiation Application Research School, Nuclear Science & Technology Research Institute, Atomic Energy Agency of Iran, Tehran, Iran.

چکیده [English]

In this paper, multi layer radiation shield is designed for electrons and protons space environments to protect in all satellite orbits. The designed shield layer material and thickness is analyzed and optimized by MCNPX linked with Matlab. In Matlab, genetic algorithm is employed for optimization where the cost function is obtained from MCNPX. The designed shield achieves more than 53% TID reduction for proton environment and more 72% TID reduction for electron environment compared with aluminum by similar thickness. This good specifications prove the capability and ability of the deigned multilayer shields to protect the electronic parts in the satellite applications.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Space radiations
  • MCNPX
  • Shielding layer
  • MATLAB
  1. Secretariat, E. C. S. S., Space environment. ECSS-E-10-04A, ESA Publications Division, 2000
  2. Barth, J. L., Dyer, C. S., & Stassinopoulos, E. G., “Space, Atmospheric, and terrestrial radiation environments,” IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 50, no. 3, 2003, 466-482.
  3. Claflin, E.S. and R. S. White. “A study of equatorial inner belt protons from 2 to 200 MeV. ” Journal of Geophysical Research, vol. 79, no. 7, 1974, pp. 959-965.
  4. Benton, E.R. and Benton, E.V., “Space radiation dosimetry in low-Earth orbit and beyond,” Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, vol. 184, no. (1-2), 2001, pp.255-294.
  5. Velazco, R. , P. Fouillat and R. Ricardo, Radiation effects on embedded systems, Springer Science & Business Media”, 2007.
  6. Cucinotta, F.A., M.H.Y. Kim and L.J. Chappell, “Evaluating shielding approaches to reduce space radiation cancer risks,” NASA Technical Memorandum, 2012, pp. 217361.
  7. Schiavone, C.C., “Polymeric Radiation Shielding for Applications in Space: Polyimide Synthesis and Modeling of Multi-Layered Polymeric Shields” (Thesis), William and Mary, Chapter 1693,
  8. Assurance, Space Product. “Radiation Hardness Assurance–IEEE Components. ECSS-Q-ST-60-15C, 2011.
  9. Uzel, R. and A. Özyildirim. "A study on the local shielding protection of electronic components in space radiation environment." 8th International Conference on Recent Advances in Space Technologies (RAST), IEEE 2017, pp. 295-299.
  10. Mayanbari, M. and Y. Kasesaz, "Design and analyse space radiation shielding for a nanosatellite in Low Earth Orbit (LEO)." In Proceedings of 5th International Conference on Recent Advances in Space Technologies-RAST2011, IEEE, 2011, pp. 489-493.
  11. Wall, J. and A. Macdonald. “The NASA ASIC Guide: Assuring ASICS for Space, published by Jet Propulsion Laboratory.” California Institute of Technology and NASA, 1993.
  12. Maria Martines S.L.. “Analysis of LEO Radiation Environment and its Effects on Spacecraft's Critical Electronic Devices,” Thesis, Master of Science In Engineering Physics, Embry-Riddle Aeronautical University Daytona Beach, Florida. 2011.
  13. Battiston, R., W. J. Burger, V. Calvelli and et al. A. Della Torre "Active Radiation Shield for Space Exploration Missions (ARSSEM)." arXiv preprint arXiv:1209.1907, 2012.