质子辐射带辐射中心区域模型

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地球辐射带是指近地空间被地磁场捕获高通量的高能带电粒子集中区域,包括质子辐射带和电子辐射带.质子辐射带中的高能质子可引起航天器材料的辐射损伤和电子器件的单粒子效应,对运行于其中的中低轨道航天器在轨运行安全构成了威胁,甚至也威胁到低轨道上载人航天器中航天员的生命安全.因此,了解质子辐射带高能质子的分布特性及其变化规律,构建质子辐射带分布模式,对减缓或规避质子辐射带所带来的危害起到至关重要的作用.  本文简要归纳了以往质子辐射带的基本特性,并利用AP-8和CRRESPRO模式数据库数据,详细比较了在磁赤道上AP-8 MIN和MAX子模式之间、CRRESPRO Quiet和Active子模式之间,以及AP-8和CRRESPRO模式之间计算所得各能道高能质子全向微分通量结果的差异,得到:在绝大部分磁赤道面上的区域空间,AP-8 MIN模式和AP-8 MAX模式所得的全向微分通量结果基本相同,其差异主要出现在L≤1.3的区域范围内;在E≥26.3MeV能道上,CRRESPRO Active模式得到的全向微分通量随着L变化的曲线出现明显的双峰结构,即出现了第二质子辐射带,第二峰所在的位置大致在L=2.2-2.3之间,然而CRRESPRO Quiet子模式没有得到双峰结构;除了CRRESPRO Active模式在E≥26.3MeV能道上得到显性的第二质子辐射带外,CRRESPRO模式还存在着隐性的第二质子辐射带结构,然而AP-8模式对应的能道上并没有得到该结构;在L比较小时,CRRESPRO模式所得结果基本上明显比AP-8模式所得的结果大,但在L比较大的时候,CRRESPRO模式所得结果基本上明显比AP-8模式所得的结果小(在第二质子辐射带峰值及其附近区域除外),转折点L与能道有关.基于模式之间的这些差异,我们还给出了主要原因.  同时,我们利用了AP-8模式数据库数据,建立起了质子辐射带函数形式的中心区域模式,包括各能道全向微分通量峰值所对应的L值(Lc)随着能量E变化模式,以及各能道全向微分通量峰值Jmax随着E变化模式.该模式所得各能量的Lc和Jmax与AP-8模式所得结果差异较小,同时弥补了AP-8模式网格化建模造成的相关非物理突变现象,避免了计算非网格点上数据采用不同插值方法造成计算结果差异的问题,也拓展了模式能量和空间的适用范围,为将来构建函数形式的质子辐射带经验模式奠定了很好的基础.  通过辐射中心区域模式与CRRESPR O模式计算结果比较可知:辐射中心区域模式与CRRESPRO模式所得Lc差异还是比较明显的,在E<20MeV能道上,CRRESPRO模式所得Lc基本偏小,而且CRRESPRO Quiet和Active模式分别在E=5.7-6.8 MeV和E=10.7-13.2 MeV之间出现Lc明显大幅突变非物理现象;大约在E≤10MeV区间范围内,CRRESPRO Quiet模式所得Jmax明显比辐射中心区域模式所得结果小,CRRESPRO Active模式所得Jmax大部分基本上与辐射中心区域模式所得结果一致;大约在E>10MeV区间范围内,CRRESPRO Quiet模式和CRRESPRO Active模式所得Jmax明显比辐射中心区域模式所得结果大.  通过RBSP A卫星上2012年9月1日到2014年2月22日期间REPT望远镜磁赤道面上关于78.9 MeV,102.6 MeV和208 MeV能道上观测所得的全向微分通量数据,与AP-8模式、CRRESPRO模式以及本文所得辐射中心区域模式计算结果比较可知:这三个能道上RBSP A卫星观测所得各能道微分通量明显偏大,不过所得的Lc基本上与AP-8模式或本文辐射中心模式所得结果一致;RBSP A卫星也观测到CRRESPRO Quiet模式所得到的隐性第二质子辐射带结构.
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