1 簡(jiǎn)介

要計(jì)算 SEE 在軌事件發(fā)生率，需要使用器件 SEE 截面和特定軌道中所遇粒子的通量。器件 SEE 截面通常通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定，而軌道中粒子的通量使用基于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的各種軟件算法計(jì)算。為了獲得具有代表性的事件發(fā)生率，使用“微電子器件宇宙射線效應(yīng) 96 模型”（Cosmic Ray Effects on Micro-Electronics 96，CREME96）計(jì)算了近地軌道 (LEO) 和對(duì)地靜止軌道 (GEO) 環(huán)境中的示例。請(qǐng)注意，創(chuàng)建這些軌道速率的目的是作為一個(gè)品質(zhì)因數(shù)，用于比較多種電器件子的事件速率計(jì)算，并不能直接適用于國(guó)際空間站 (ISS) 上看到的全向通量。CREME96 模型是一套可用于估算近地軌道中的輻射環(huán)境的程序^{[1, 2]}。CREME96 是航空工業(yè)中用于提供精確空間環(huán)境計(jì)算的多種工具之一。自推出以來(lái)的幾年里，CREME 模型與在軌數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，并證明了準(zhǔn)確性。特別是，CREME96 整合了現(xiàn)實(shí)中的“最壞情況”太陽(yáng)粒子事件模型，其中通量在短時(shí)間內(nèi)會(huì)增加幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

為了獲得保守的事件發(fā)生率，選擇了最壞周模型（基于在過(guò)去 45 年中持續(xù)一周的最強(qiáng)太陽(yáng)粒子事件）。此事件等同于 99% 置信度的最壞情況事件^{[3, 4]}。綜合通量包括來(lái)自太陽(yáng)和銀河系的質(zhì)子和重離子。假設(shè)在 100 密耳（2.54 毫米）鋁材上采用最小屏蔽配置。評(píng)估了兩種軌道環(huán)境：國(guó)際空間站 (ISS) 的軌道環(huán)境，它位于 LEO 和 GEO 環(huán)境中。圖 1-1 顯示了這兩種環(huán)境的綜合通量（從高入射 LET 到低）。請(qǐng)注意，y 軸表示從較高 LET 到較低 LET 的通量積分。任何特定 LET 值處的積分通量值實(shí)際上是該特定 LET 值處所有離子事件與所有較高 LET 值的積分值。這些軌道速率最能代表大于 30MeV 的 LET，因?yàn)榈陀?30 MeV 的事件速率計(jì)算可能會(huì)被高估。

請(qǐng)注意，y 軸表示從較高 LET 到較低 LET 的通量積分。任何特定 LET 值處的積分通量值實(shí)際上是該特定 LET 值處所有離子事件與所有較高 LET 值的積分值。這些軌道速率最能代表大于 30MeV 的 LET，因?yàn)榈陀?30 MeV 的事件速率計(jì)算可能會(huì)被高估。

圖 1-1 根據(jù) CREME96 的計(jì)算，LEO-ISS（黑色曲線）和 GEO（紅色曲線）環(huán)境的積分粒子通量與入射 LET 間的關(guān)系，假設(shè)鋁屏蔽層最壞周和 100mil (2.54mm)

圖 1-1 顯示了根據(jù) CREME96 的計(jì)算，LEO-ISS（黑色曲線）和 GEO（紅色曲線）環(huán)境的積分粒子通量與入射 LET 的關(guān)系，假設(shè)鋁屏蔽層最差周和 100mil (2.54mm)。請(qǐng)注意，y 軸表示從較高 LET 到較低 LET 的通量積分。任何特定 LET 值處的積分通量值實(shí)際上是該特定 LET 值處所有離子事件與所有較高 LET 值的積分值。

使用此數(shù)據(jù)，您可以為任意感興趣的 LET 提取積分粒子通量。為了簡(jiǎn)化事件發(fā)生率的計(jì)算，假設(shè)所有截面曲線均為正方形，這意味著在低于起始 LET 時(shí)，截面等于零，而在高于起始 LET 時(shí)，截面均等于飽和截面。圖 1-2 用綠色曲線表示近似值，綠色曲線表示實(shí)際的威布爾值與數(shù)據(jù)的擬合度，“方形”近似值顯示為紅色虛線。這樣，您可以使用單個(gè)乘法來(lái)計(jì)算事件發(fā)生率，即事件發(fā)生率為起始 LET 處積分通量與飽和截面的乘積。顯然、這會(huì)導(dǎo)致事件發(fā)生率高估，因?yàn)榉叫谓葡路降拿娣e大于實(shí)際截面曲線，但為了計(jì)算上限事件發(fā)生率估算值，這種修改避免了在通量和截面曲線上執(zhí)行積分。

圖 1-2 器件截面與入射 LET 間的關(guān)系，顯示了如何使用方形近似（紅色虛線）“簡(jiǎn)化”威布爾擬合（黑色）

圖 1-2 顯示了器件截面與入射 LET 間的關(guān)系，其中顯示了如何使用方形近似（紅色虛線）“簡(jiǎn)化”威布爾擬合（黑色）。

為了演示如何計(jì)算事件發(fā)生率，假設(shè)您希望為截面如 圖 1-2 所示的器件計(jì)算 GEO 軌道的事件發(fā)生率。使用 圖 1-1 中的紅色曲線和從 圖 1-2 獲得的起始入射 LET 值（約為 65MeV-cm²/mg），您會(huì)發(fā)現(xiàn) GEO 積分通量約為 3.24 × 10^–4 個(gè)離子/cm²/天。事件發(fā)生率是積分通量和 圖 1-2 中飽和截面的乘積（約為 5.3 x 10^-6cm²）：

方程式 1.

方程式 2.

方程式 3.