Geri Dön

Yer gözlem uydularındaki dedektörlerde radyasyon hasarının benzetişiminin yapılması

Simulation of radiation damage in detectors on earth observation satellites

PDF İndir

  1. Tez No: 907522
  2. Yazar: ÖMERALİ YAĞCIOĞLU
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ BURÇİN DÖNMEZ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Astronomi ve Uzay Bilimleri, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Astronomy and Space Sciences, Physics and Physics Engineering, Aeronautical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Akdeniz Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Uzay Bilimleri ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 63

Özet

Bu çalışma, GEANT4 simülasyonları kullanarak SiPIN ve MCT dedektörlerinin radyasyon zararına karşı dayanıklılığını incelemektedir. Çalışmanın amacı, yeryüzü gözlem uydularında kullanılan dedektörlerin uzun vadeli radyasyon direncini değerlendirmektir. Simülasyonlar, Landsat-8 ve GOES uydularından elde edilen veriler kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Dedektör boyutları ve geometrileri GEANT4 ile tanımlanmış ve dedektör hacmi bir bütün olarak ele alınmıştır. Enerji birikimi, doz, Frenkel çiftleri ve Atom Başına Yer Değiştirmeler (DPA) hesaplanmıştır. NIEL (Non-Ionizing Energy Loss) kullanılarak, 1 MeV nötron eşdeğer akıları belirlenmiştir. Her bir enerji seviyesi ayrı ayrı değerlendirilmiş, ardından genel bir değerlendirme yapılmıştır. Dedektörler, Kapton, Dacron ve alüminyum katmanlarından oluşan çok katmanlı izolasyon (MLI) içinde yerleştirilmiştir. Sonuçlar, 10 MeV'nin altındaki protonların ve 40 MeV'nin altındaki alfa parçacıklarının MLI katmanlarını geçemediğini göstermiştir. GOES uydusundan alınan elektron ve fotonlar için enerji aralığı da MLI katmanlarını geçmek için yetersiz kalmıştır. GOES uydusu nötron verisi sağlamadığından, bu veriler STS-36 görevinden elde edilmiş ve 7 yıllık bir süreye projeksiyon yapılmıştır. Bu veriler, dedektörlerin maruz kalacağı radyasyon zararının bir tahminini sunmaktadır. Ayrıca, GOES uydusundan elde edilen veriler, güneş döngüsünün parçacık akısını önemli ölçüde etkilediğini göstermektedir. Güneş minimumu dönemlerinde, 50 MeV'nin üzerindeki enerjilere sahip parçacıkların sayısı artma eğilimindedir ve bu parçacıkların güneş döngüsü ile uyumlu olmadıkları için kozmik ışınlar olabileceği düşünülmektedir. 50 MeV'nin altındaki parçacıklar ise güneş döngüsünün değişiklikleri ile tutarlılık göstermektedir. Veri analizi ayrıca radyasyona bağlı hasarın mevcut olduğunu ancak henüz ölçülebilir seviyelere ulaşmadığını göstermektedir. Hartmann'ın (2017) bulgularına göre, 1 MeV nötron akısında radyasyon zararları genellikle $10^{14}$ veya daha yüksek akı seviyeleri gerektirmektedir. Çalışmamızda, yaklaşık $10^{11}$ (100 milyar) seviyelerinde çok daha düşük akılar gözlemlenmiştir, bu da belli bir hasarın meydana geldiğini ancak henüz tespit edilebilir eşiğin altında kaldığını göstermektedir. Sonuç olarak, bu çalışma yeryüzü gözlem uyduları için dedektörlerin radyasyon zararına dayanıklılığının kapsamlı bir analizini sunmakta ve gelecekteki uydu görevleri için önemli bilgiler sağlamaktadır.

Özet (Çeviri)

This study investigates the radiation damage hardness of SiPIN and MCT detectors using GEANT4 simulations. The aim is to evaluate the long-term radiation resistance of detectors in Earth observation satellites. Simulations were carried out using data from the Landsat-8 and GOES satellites. Detector dimensions and geometries were defined in GEANT4, treating the detector volume as a whole. Energy deposition, dose, Frenkel pairs, and Displacements Per Atom (DPA) values were calculated. Using NIEL (Non-Ionizing Energy Loss), 1 MeV neutron equivalent fluxes were determined. Each energy level was considered separately, followed by an overall evaluation. The detectors were positioned within multilayer insulation (MLI) made of Kapton, Dacron, and aluminum layers. The results showed that protons with energies below 10 MeV and alpha particles with energies below 40 MeV could not penetrate the MLI layers. The energy range for electrons and photons from the GOES satellite was insufficient to penetrate the MLI layers. Since GOES did not provide neutron data, estimates were derived from the STS-36 mission and projected over 7 years. These data offer an estimate of the radiation damage to which the detectors will be exposed. Moreover, data from the GOES satellite indicated that the solar cycle significantly affects particle flux. During periods of solar minimum, the number of particles with energies above 50 MeV tends to increase, potentially due to cosmic rays, as these particles do not show coherence with the solar cycle. Particles below 50 MeV, however, remain consistent with the solar cycle's variations. Furthermore, data analysis reveals that, while radiation-induced damage is present, it has not reached measurable levels. According to findings from Hartmann (2017), measurable radiation damage, such as from 1 MeV neutron fluxes, generally requires flux levels of $10^{14}$ or higher. In our study, we observed fluxes at a much lower level, approximately $10^{11}$ (100 billion), indicating that while damage is occurring, it remains below the threshold of detectability. In conclusion, this study provides a comprehensive analysis of radiation damage hardness in detectors for Earth observation satellites, with significant insights for future satellite missions.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    300173

    Özvektörler kullanılarak IHS tabanlı yeni bir yaklaşım ile uydu görüntülerinin zenginleştirilmesi

    A new IHS based approach by using the eigenvectors to fuse satellite images

    İRFAN KÖSESOY

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2011

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolTrakya Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. ALTAN MESUT

    YRD. DOÇ. DR. MÜFİT ÇETİN

  2. Tez No

    285027

    Yer gözlem uydularında yansıtıcı ve yansıma engelleyici optik kaplamalar

    Reflective and anti-reflective optical coatings for earth observation satellites

    NURCAN YANARCAN DOĞAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2010

    Fizik ve Fizik MühendisliğiAnkara Üniversitesi

    Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. AKİF ESENDEMİR

    PROF. DR. AYHAN ELMALI

  3. Tez No

    651461

    Imaging chain simulation program for earth observation satellite imagers

    Yer gözlem görüntüleyicileri için görüntüleme zinciri modelleme programı

    SEVİ KÖKSAL

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Fizik ve Fizik MühendisliğiHacettepe Üniversitesi

    Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ÖZLEM DUYAR COŞKUN

  4. Tez No

    723278

    Super-resolution image generation from earth observation satellites using generative adversarial networks

    Çekişmeli üretici ağlar kullanılarak yer gözlem uydularından süper çözünürlüklü görüntü oluşturulması

    EZGİ BURÇİN GAZEL BULUT

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Jeodezi ve FotogrametriHacettepe Üniversitesi

    Geomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALİ ÖZGÜN OK

  5. Tez No

    677471

    Land cover and land use classification of multi-modal high-resolution satellite images using multi-task deep learning approach

    Çok görevli derin öğrenme tekniği ile çok kipli yüksek çözünürlüklü uydu görüntülerinin arazi örtüsü ve arazi kullanımı sınıflandırılması

    BURAK EKİM

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik Üniversitesi

    İletişim Sistemleri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ELİF SERTEL

Geri Dön