DIN EN 16603-10-12-2014 Space engineering - Method for the calculation of radiation received and its effects and a policy for design margins English version EN 16603-10-12 2014《航天工.pdf

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1、September 2014DEUTSCHE NORM DIN-Normenausschuss Luft- und Raumfahrt (NL)Preisgruppe 32DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 49.140!%7Vi“2205170www.din.deDDIN EN 1

2、6603-10-12Raumfahrttechnik Methoden zur Berechnung von Strahlungsdosis, -wirkung und Leitfadenfr Toleranzen im Entwurf;Englische Fassung EN 16603-10-12:2014Space engineering Method for the calculation of radiation received and its effects, and a policy for designmargins;English version EN 16603-10-1

3、2:2014Ingnirie spatiale Procd pour le calcul de rayonnement reue et ses effets, et une politique de marges deconception;Version anglaise EN 16603-10-12:2014Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 124 SeitenDIN EN 16603-10-12:2014-09 2 Nationales Vorwor

4、t Dieses Dokument (EN 16603-10-12:2014) wurde vom Technischen Komitee CEN/CLC/TC 5 Raumfahrt“ erarbeitet, dessen Sekretariat vom DIN (Deutschland) gehalten wird. Das zustndige deutsche Normungsgremium ist der Arbeitsausschuss NA 131-10-01 AA Interoperabilitt von Informations-, Kommunikations- und Na

5、vigationssystemen“ im DIN-Normenausschuss Luft- und Raumfahrt (NL). Dieses Dokument basiert auf ECSS-E-ST-10-12C. Dieses Dokument wurde speziell fr die Behandlung von Raumfahrtsystemen erarbeitet und hat daher Vorrang vor jeder anderen EN, die denselben Anwendungsbereich behandelt, allerdings mit er

6、weitertem Bereich der Anwendbarkeit (z. B. Luft- und Raumfahrt). DIN EN 16603-10-12:2014-09 3 Nationaler Anhang NA (informativ) Begriffe 3 Begriffe und Abkrzungen 3.1 Begriffe aus anderen Normen Fr die Anwendung dieser Norm gelten die Begriffe nach ECSS-S-ST-00-01, insbesondere die folgenden Begriff

7、e. Derating Untersystem 3.2 Fr diese Norm spezifische Begriffe 3.2.1 Energiedosis Energie, die durch Strahlenexposition infolge Ionisation, Versetzungsschaden und Anregung je Masseneinheit rtlich absorbiert wird und die Summe aus der ionisierenden und der nicht-ionisierenden Dosis ist ANMERKUNG 1 Si

8、e wird gewhnlich mit D angegeben und kann definitionsgem als Quotient aus der durch Strahlung im Stoff eines Volumenelements bertragenen Energie und der Masse des Stoffs in jenem Volumenelement berechnet werden. Sie wird gemessen in der Einheit Gray, Gy 1 Gy = 1 J/kg (= 100 rad). ANMERKUNG 2 Die Ene

9、rgiedosis ist die grundlegende physikalische Gre zur Messung der Strahlenexposition. 3.2.2 Luft-Kerma Energie geladener Teilchen, abgegeben von Photonen je Masseneinheit trockener Luft ANMERKUNG Sie wird gewhnlich mit K angegeben. 3.2.3 Umgebungs-quivalentdosis H*(d) quivalentdosis an einem Punkt in

10、 einem durch das entsprechend erweiterte und ausgerichtete Feld erzeugten Strahlenfeld in der ICRU-Kugel in einer festgelegten Tiefe auf dem der Richtung des ausgerichte-ten Feldes entgegengesetzten Radius ANMERKUNG 1 Sie wird gewhnlich mit H*(d) angegeben, wobei d die fr diese Definition verwendete

11、 spezifische Tiefe, in mm, ist. ANMERKUNG 2 H*(d) ist von Relevanz bei stark durchdringender Strahlung. Gewhnlich wird ein Wert von 10 mm verwendet, aber die quivalentdosis fr andere Tiefen kann verwendet werden, wenn die quivalentdosis bei 10 mm eine unzulssige Unterschtzung der effektiven Dosis da

12、rstellt. DIN EN 16603-10-12:2014-09 4 3.2.4 Bremsstrahlung hochenergetische elektromagnetische Strahlung im Energiebereich von Rntgenstrahlung, die durch Abbremsen geladener Teilchen infolge Streuung an Atomkernen emittiert wird ANMERKUNG Das Primrteilchen wird schlielich absorbiert, whrend die Brem

13、sstrahlung stark durchdringend ist. In der Raumfahrt ist die blichste Quelle fr Bremsstrahlung die Elektronenstreuung. 3.2.5 Bauteil Gert mit einer Funktion, das aus einem oder mehreren miteinander verbundenen Teilen besteht und gewhnlich nicht ohne Zerstrung demontiert werden kann 3.2.6 Nherung ein

14、er kontinuierlichen Abbremsung (CSDA) integrale Weglnge, zurckgelegt von geladenen Teilchen in einem Material, wobei keine stochastischen Schwankungen zwischen unterschiedlichen Teilchen gleicher Energie und kein Abwinkeln der Teilchen angenommen werden 3.2.7 handelsbliches Produkt kommerzielles ele

15、ktronisches Bauteil, das fertig am Markt erhltlich ist und dessen Herstellung, Inspektion und Prfung nicht nach Militr- oder Raumfahrtnormen erfolgt 3.2.8 kritische Ladung Mindestladung, aufgenommen an einem empfindlichen Knotenpunkt durch das Auftreffen geladener Teilchen, was zu einer SEE fhrt 3.2

16、.9 Wirkungsquerschnitt Einzelereignis-Phnomene Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer Auswirkung durch ein Einzelereignis je Einheit der einfallenden Teilchenfluenz ANMERKUNG Er wird experimentell gemessen als die je Fluenzeinheit aufgezeichnete Anzahl von Ereignissen. 3.2.10 Wirkungsquerschnitt Ke

17、rnphysik oder Elektromagnetik Wahrscheinlichkeit einer Wechselwirkung zwischen Teilchen je Einheit der einfallenden Teilchenfluenz ANMERKUNG Er wird mitunter als der mikroskopische Wirkungsquerschnitt bezeichnet. Eine andere verwandte Definition ist der makroskopische Wirkungsquerschnitt als die Wah

18、rscheinlichkeit einer Wechselwirkung je Einheit der Weglnge eines Teilchens in einem Material. 3.2.11 Richtungs-quivalentdosis quivalentdosis an einem Punkt in einem durch das entsprechend erweiterte Feld erzeugten Strahlenfeld in der ICRU-Kugel in einer festgelegten Tiefe d auf einem Radius in fest

19、gelegter Richtung ANMERKUNG 1 Sie wird gewhnlich mit H(d, ) angegeben, wobei d die fr diese Definition verwendete spezifische Tiefe, in mm, und die Richtung ist. ANMERKUNG 2 H(d, ) ist von Relevanz bei schwach durchdringender Strahlung, wobei gewhnlich eine Referenztiefe von 0,07 mm verwendet und di

20、e Gre mit H(0,07, ) bezeichnet wird. 3.2.12 Versetzungsschaden Schaden der Kristallstruktur, verursacht durch den Energieverlust von Teilchen aufgrund elastischer oder unelastischer Kollisionen in einem Material DIN EN 16603-10-12:2014-09 5 3.2.13 Dosis an einer Stelle bertragene Strahlungsenergieme

21、nge ANMERKUNG 1 Im weitesten Sinne kann hierzu die Teilchenflussdichte gehren, diese bezieht sich jedoch im Zusammenhang mit den Wirkungen der energiereichen Teilchenstrahlung des Weltraums gewhnlich auf die Energie, die je Masseneinheit infolge von Strahlenexposition absorbiert wird. ANMERKUNG 2 We

22、nn Dosis“ ohne nhere Bezeichnung verwendet wird, bezieht sie sich sowohl auf die ionisierende als auch die nicht-ionisierende Strahlungsdosis. Die nicht-ionisierende Strahlungsdosis kann entweder durch Energie-deposition ber Versetzungsschaden oder Schadens-quivalentfluenz quantifiziert werden (sieh

23、e Abschnitt 8). 3.2.14 quivalentdosis Energiedosis an einem Punkt im Gewebe, die durch Qualittsfaktoren gewichtet wird, welche in Zusammen-hang mit der LET-Verteilung der Strahlung an diesem Punkt stehen 3.2.15 Dosisrate Rate, mit der die Strahlung je Zeiteinheit abgegeben wird 3.2.16 effektive Dosi

24、s Summe der quivalentdosen fr alle bestrahlten Gewebe oder Organe, jeweils gewichtet mit dem eigenen Wert des Gewebe-Wichtungsfaktors ANMERKUNG 1 Sie wird gewhnlich mit E angegeben und definitionsgem berechnet mit nachstehender Gleichung; wTist festgelegt in der Norm ICRP-92 RDH.22: =TTHwE (1) Zur w

25、eiteren Erluterung von E siehe ECSS-E-HB-10-12, 10.2.2. ANMERKUNG 2 Die effektive Dosis wird wie die Organdosis in der Einheit Sievert, Sv, gemessen. Gelegentlich kann diese Verwendung derselben Einheit fr unterschiedliche Gren zu Verwechslungen fhren. 3.2.17 energiereiches Teilchen Teilchen, das hi

26、nsichtlich der Wirkung von Strahlung auf Raumfahrtsysteme die Auenflchen des Raum-fahrzeugs durchdringen kann 3.2.18 quivalentdosis Siehe 3.2.41 (Organdosis) 3.2.19 quivalentfluenz Gre, welche die Schdigung bei verschiedenen Energien und von verschiedenen Spezies anhand der Fluenz monoenergetischer

27、Teilchen einer einzelnen Spezies darstellt ANMERKUNG 1 Sie wird gewhnlich durch Prfung bestimmt. ANMERKUNG 2 Schadenskoeffizienten werden verwendet, um den Schaden einzuschtzen, der durch ein gegebenes Teilchen relativ zu einem Normteilchen und einer Normenergie verursacht wird. 3.2.20 extrapolierte

28、 Reichweite Reichweite, die bestimmt wird, indem die Gerade mit maximalem Gradienten in der Intensittskurve bis zu einer Intensitt von 0 extrapoliert wird DIN EN 16603-10-12:2014-09 6 3.2.21 Firsov-Streuung die Reflexion schneller Ionen in Einfallswinkeln von einem dichten Medium ANMERKUNG Siehe Ver

29、weisung 2. 3.2.22 Fluenz zeitliches Integral der Flussdichte ANMERKUNG Sie wird gewhnlich mit angegeben. 3.2.23 Flussdichte unidirektional einfallende Teilchen Anzahl von Teilchen, die eine Flche je Flcheneinheit je Zeiteinheit im rechten Winkel zur Teilchenrichtung durchsetzen 3.2.24 Flussdichte be

30、liebige Winkelverteilungen Anzahl von Teilchen, die eine Kugel je Querschnittsflcheneinheit (d. h. Radius /1 ) je Zeiteinheit durchsetzen ANMERKUNG 1 Bei beliebigen Winkelverteilungen ist sie gewhnlich als omnidirektionale Flussdichte bekannt. ANMERKUNG 2 Die Flussdichte wird oft in integraler Form“

31、 als Teilchen je Flcheneinheit je Zeiteinheit (z. B. Elektronen cm2 s1) ber einer bestimmten Schwellenenergie angegeben. ANMERKUNG 3 Die gerichtete Flussdichte ist das Differential, bezogen auf den Raumwinkel (z. B. Teilchen cm2 Steradiant1 s1), whrend die differentielle“ Flussdichte das Differentia

32、l, bezogen auf die Energie (z. B. Teilchen cm2 MeV1 s1) ist. In manchen Fllen werden Flussdichten auch als Differential, bezogen auf das lineare Energie-bertragungsvermgen, behandelt. 3.2.25 ICRU-Kugel Kugel von 30 cm Durchmesser, bestehend aus ICRU-Weichteilgewebe ANMERKUNG Diese Definition ist Rep

33、ort 33 12 der Internationalen Kommission fr Strahlungseinheiten und Messungen (ICRU) entnommen. 3.2.26 ICRU-Weichteilgewebe gewebequivalentes Material der Dichte 1 g/cm3mit der Zusammensetzung (Massenanteile) 76,2 % Sauer-stoff, 11,1 % Kohlenstoff, 10,1 % Wasserstoff und 2,6 % Stickstoff ANMERKUNG D

34、iese Definition ist ICRU-Report 33 12 entnommen. 3.2.27 Ionisationsdosis Energiemenge je Masseneinheit, die durch Teilchen auf ein Zielmaterial in Form von Ionisation und Anregung bertragen wird 3.2.28 ionisierende Strahlung bertragung von Energie durch Teilchen, deren Energie ausreicht fr das Entfe

35、rnen von Elektronen oder elastische oder unelastische Wechselwirkungen mit Atomkernen (einschlielich Versetzung von Atomen); in Zusammenhang mit dieser Norm sind die Photonen im Rntgenstrahlungsband und darber eingeschlossen DIN EN 16603-10-12:2014-09 7 3.2.29 isotrop Eigenschaft einer Teilchenverte

36、ilung, bei der die Flussdichte ber alle Richtungen konstant ist 3.2.30 L oder L-Schale hufig zur Lagebeschreibung im erdnahen Weltraum verwendeter Parameter des Erdmagnetfeldes ANMERKUNG Die Bestimmung von L oder L-Schale ist kompliziert und beruht auf einer Invarianz der Bewegung geladener Teilchen

37、 im Erdmagnetfeld. Allerdings untersttzt dies die Definition von Plasmaregimen innerhalb der Magnetosphre, da es bei einem Dipolmagnetfeld gleich der geozentrischen Hhenlage in Erdradien der rtlichen Magnetfeldlinie bei Querung des quators ist. 3.2.31 lineares Energiebertragungsvermgen (LET) Energie

38、, die dem Material durch Ionisation von einem abgebremsten energiereichen Teilchen beim Durch-laufen eines Wegs zugefhrt wird ANMERKUNG 1 Das LET wird gewhnlich zur Beschreibung der Ionisierungsspur infolge eines durchlaufenden Ions verwendet. Das LET ist materialabhngig und weiterhin eine Funktion

39、der Teilchenenergie und -ladung. Bei Ionen, die an Strahlenwirkungen bei der Raumfahrt beteiligt sind, erhht es sich mit abnehmender Energie (es erhht sich auch bei hohen Energien ber die Mindestionisierungsenergie). Das LET ermglicht es, unterschiedliche Ionen durch einfaches Darstellen der Ionenum

40、gebung als Summe der Flussdichten aller Ionen als Funktionen ihrer LET gemeinsam zu betrachten. Dies vereinfacht die Berechnung der Strung durch ein Einzelereignis. Die Energieverlustrate eines Teilchens, die auch emittierte Sekundrstrahlungen umfasst, wird als Bremsvermgen bezeichnet. ANMERKUNG 2 L

41、ET ist nicht gleich (aber hufig annhernd) dem elektronischen Bremsvermgen von Teilchen, das der Energieverlust aufgrund Ionisation und Anregung je Einheit der Weglnge ist. 3.2.32 LET-Schwellenwert Mindestwert des LET, den ein Teilchen aufweisen sollte, um beim Durchgang durch das sensitive Volumen e

42、ines Gerts eine SEE in einer Schaltung zu verursachen 3.2.33 Toleranz Faktor oder Differenz zwischen der Spezifikation der Auslegungsumgebung fr ein Gert oder Produkt und der Umgebung, in der unzulssiges Verhalten auftritt 3.2.34 mittlere Organ-Energiedosis Energie, die von einem Organ aufgrund von

43、ionisierender Strahlung absorbiert wird, dividiert durch dessen Masse ANMERKUNG Sie wird gewhnlich mit DT angegeben und definitionsgem unter Verwendung von Gleichung (35) nach ECSS-E-HB-10-12, 10.2.2, berechnet. Die Einheit ist Gray (Gy), wobei gilt 1 Gy = 1 Joule/kg. 3.2.35 mittlere Reichweite von

44、Teilchen in einem Material zurckgelegte, integrale Weglnge, wonach die Intensitt um einen Faktor von e 2,718 3 verringert wird ANMERKUNG Entsprechend vorstehender Definition ist dies nicht die Reichweite, bei der alle Teilchen vollstndig abgebremst sind. DIN EN 16603-10-12:2014-09 8 3.2.36 Multiple-

45、Bit-Upset (MBU) Reihe von fehlerhaften Bits in einem digitalen Element aufgrund von direkter Ionisation bei Durchgang eines einzelnen Teilchens oder abprallenden Atomkernen und/oder Sekundrprodukten einer nuklearen Wechsel-wirkung ANMERKUNG MCU und SMU sind Sonderflle von MBU. 3.2.37 Multiple-Cell-U

46、pset (MCU) Reihe von physikalisch aufeinander folgenden fehlerhaften Bits in einem digitalen Element aufgrund von direkter Ionisation bei Durchgang eines einzelnen Teilchens oder abprallenden Atomkernen einer nuklearen Wechselwirkung 3.2.38 nicht-ionisierende (Gesamt-)Dosis (T)NID oder nicht-ionisie

47、rende Energieverlustdosis (NIEL-Dosis) Energieabsorption je Masseneinheit des Materials, die zur Schdigung der Gitterstruktur von Feststoffen aufgrund der Versetzung von Atomen fhrt ANMERKUNG Obwohl die SI-Einheit der TNID oder NIEL-Dosis Gray ist (siehe Begriff 3.2.34), ist fr die Strahlungs-wirkun

48、gen bei Raumfahrzeugen MeV/g(Material) gebruchlicher, um Verwechslung mit der bertragung von Ionisations-energie zu vermeiden, z. B. MeV/g(Si) fr TNID in Silicium. 3.2.39 NIEL oder NIEL-Rate oder NIEL-Koeffizient Energieverlustrate eines Teilchens in einem Material aufgrund von Versetzungsschaden je

49、 Einheit der Weglnge 3.2.40 omnidirektionale Flussdichte skalares Integral der Flussdichte ber alle Richtungen ANMERKUNG Dies beinhaltet, dass die gerichtete Verteilung der Teilchen, die nicht-isotrop sein kann, nicht berck-sichtigt wird. Die Flussdichte an einem Punkt ist die Anzahl von Teilchen, die eine Kugel je Querschnittsflcheneinheit (d. h. Radius /1 ) je Zeiteinheit durchsetze