物理学 > 医学物理
[提交于 2025年8月2日
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标题: 太阳粒子事件对空间辐射屏蔽的影响:使用QAOA和VQE算法的OLTARIS模拟和材料选择的量子优化
标题: Impact of Solar Particle Events on Space Radiation Shielding: OLTARIS Simulation and Quantum Optimization of Material Selection using QAOA and VQE Algorithms
摘要: 太空辐射对长期载人航天任务构成重大挑战,其来源包括银河宇宙射线、太阳粒子事件以及范艾伦带中的 trapped 粒子。 这些高能辐射会对宇航员造成严重的生物效应,并退化航天器系统,因此有效的屏蔽至关重要。 传统上使用如铝等被动屏蔽材料,但它们的局限性,尤其是在产生次级辐射方面,需要更好的替代方案。 在本研究中,使用 NASA 开发的工具 OLTARIS,在 GCR 和 SPE 环境中评估了锂氢化物、聚乙烯、锂硼氢化物、铍硼氢化物和氨硼烷等屏蔽材料的性能。 1989 年 10 月的 SPE 被用于研究粒子通量和剂量分布。 屏蔽效果因环境而异。 在 SPE 中,铍硼氢化物表现最好,而在 GCR 中,锂氢化物给出最低的剂量。 在 SPE 中,性能与氢含量有关。 还研究了太阳调制对 GCR 剂量的影响。 较高的调制会降低 GCR 强度和剂量。 高能空间辐射和材料组合的复杂性带来了计算挑战。 为了解决这个问题,将材料选择问题建模为无约束二次二进制优化问题,并使用变分量子本征求解器和量子近似优化算法进行求解。 将 OLTARIS 数据映射到伊辛模型,并应用这些量子经典方法有助于确定最小化辐射剂量的屏蔽设置。 结果表明,OLTARIS 和量子优化在两种环境中均取得一致的结果。
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