Моделирование пробегов и потерь энергии высокоэнергетических ионов в однослойных и многослойных материалах

С помощью программного комплекса SRIM рассчитаны линейные и массовые пробеги протонов и ионов аргона в экранах из алюминия, оксида алюминия, висмута и композита W_77,7Cu_22,3. Показано, что эффективность защиты от высокоэнергетических ионов материалами с большими значениями заряда ядер атомов (Z) выше с позиции линейных пробегов частиц и ниже с позиции массовых пробегов, чем материалами с низкими значениями Z. Определена зависимость пороговой энергии от Z высокоэнергетических ионов для экранов из алюминия, висмута и композита W_77,7Cu_22,3. Проведены расчеты спектров потерь на ионизацию при прохождении протонов с энергией 20 МэВ и ионов криптона с энергией 7,75 ГэВ через многослойные структуры Bi/Al/Al₂O₃ и Al/Al₂O₃/Bi. Расчеты показали, что торможение высокоэнергетических частиц в случае, когда первый слой содержит тяжелый элемент, выше, чем в случае, когда первый слой содержит легкий элемент. Изучено влияние последовательности в расположении и толщины слоев в многослойных структурах системы Bi/Al/Al₂O₃ на эффективность защиты от высокоэнергетических ионов. Показано, что характер зависимостей R(E) и потерь энергии ионов определяется очередностью расположения отдельных слоев, что связано с различием преобразования спектров материалом первого слоя. Рассмотренные экраны радиационной защиты могут быть использованы в элементах и аппаратуре ракетно-космической техники, могут обеспечить требования по устойчивости к воздействию различных видов ионизирующих излучений (электронное, протонное, гамма-излучение, тяжелые заряженные частицы и др.).

1. Белоус, А. И. Космическая электроника / А. И. Белоус, В. А. Солодуха, С. В. Шведов. – М.: Техносфера, 2015. – Кн. 2. – 732 с.

2. В борьбе с радиацией / Н. А. Василенков [и др.] // Российский космос. – 2015. – № 5 (113). – С. 38–41.

3. RAD-COAT protection [Electronic resource] // SpaceElectronics. – Mode of access: http://www.spaceelectronics.com – Date of access: 03.09.2019.

4. RAD-PAK protection [Electronic resource] // Maxwell Technologies, Inc. – Mode of access: http://www.maxwell/products/microelectronics – Date of access: 03.09.2019.

5. WALOPACK protection [Electronic resource] // 3D plus electronics. – Mode of access: http://www.3d-plus.com/ – Date of access: 03.09.2019.

6. Гульбин, В. Н. Разработка композиционных материалов, модифицированных нанопорошками, для радиационной защиты в атомной энергетике / В. Н. Гульбин // Физикохимия ультрадисперсных (нано-) систем – 2010: материалы IX Всерос. конф. – Ижевск, 2010. – С. 12–28.

7. Новые материалы локальной радиационной защиты / Г. Ефремов [и др.] // Физика и химия обработки материалов. – 2003. – № 1. – С. 34–37.

8. Ионизирующие излучения космического пространства и их воздействие на бортовую аппаратуру космических аппаратов / под ред. Г. Г. Райкунова. – М.: Физматлит, 2013. – 256 с.

9. Гальпер, А. М. Радиационный пояс Земли / А. М. Гальпер // СОЖ. – 1999. – № 6. – С. 75–81.

10. Мирошниченко, Л. И. Космические лучи в межпланетном пространстве / Л. И. Мирошниченко. – М.: Наука, 1973. – 160 с.

11. Новиков, Л. С. Радиационные воздействия на материалы космических аппаратов: учеб. пособие / Л. С. Новиков. – М.: Университет. кн., 2010. – 192 с.

12. Модель космоса / под ред. М. И. Панасюка. – М.: КДУ, 2007. – Т. 1. – 872 с.

13. SRIM-2013 [Electronic resource] / James Ziegler. – Mode of access: http://www.srim.org – Date of access: 03.09.2019.

14. Егранов, А. В. Методы экспериментальной физики конденсированного состояния: учеб. пособие / А. В. Егранов. – Иркутск: Иркут. гос. ун-т, 2013. – Ч. 2: Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом. – 115 с.

15. Математическое моделирование свойств неоднородных структур для систем радиационной защиты / Н. П. Чирская [и др.] // Радиационная физика твердого тела: тр. ХХI Междунар. конф. – М.: ГНУ «НИИПМТ», 2011. – Т. 2. – С. 436–443.