中子半影成像图像反演方法研究

 给出了中子半影成像技术的原理；分析了系统分辨率的影响因子；利用MCNP软件对中子半影成像过程进行模拟；用改进的逆滤波和维纳滤波两种方法对成像主轴上一点源和偏轴两点源的编码图像进行重建，并对编码像在降低噪声和去除本底前后的反演结果进行了比较。模拟结果表明维纳滤波法能够更好地抑制统计噪声。     

中子单粒子效应TCAD仿真

分析了核裂变与聚变情况下,典型能量的中子与半导体器件反应,所产生的次级粒子及其能谱分布。根据中子所能导致的最恶劣情况,讨论了65nm工艺尺寸下,半导体静态存储器的单粒子效应,并给出了TCAD仿真的结果。结果显示,商用6管单元难以避免中子单粒子效应的发生。双互锁存储单元(DICE)结构在高密度设计时,也由于电荷共享效应,发生了单粒子翻转。由于电荷共享效应难以用SPICE仿真的方法得到,TCAD仿真更适用于中子单粒子免疫的SRAM设计验证。最后,讨论了65nm工艺下,中子单粒子免疫的SRAM设计,指出6管单元加电容的方式,可能是更有竞争力的方案。     

用于层析粒子图像测速的模拟粒子场成像

对层析粒子图像测速(PIV)技术中示踪粒子成像部分进行理论分析,并结合真实风洞的相应参数,通过搭建模拟粒子成像平台的方法来进行研究。设计了一套体积为80 mm×100 mm×100 mm的激光照明系统,以提供粒子场的入射光强。建立了示踪粒子的三维成像模型,从而得到层析PIV系统的模拟图像。分析了影响PIV系统成像质量的相关因素。在单像素粒子数为0.007 7的情况下,通过真实粒子图像和模拟粒子图像比较,验证了该方法的正确性。     

基于中国散裂中子源的商用静态随机存取存储器中子单粒子效应实验研究

利用中国散裂中子源反角白光中子束线开展13款商用静态随机存取存储器的中子单粒子效应实验.研究了测试图形、特征尺寸和版图工艺差异对单粒子效应的影响.结果表明测试图形对器件的单粒子翻转截面影响不大,但对部分器件的多单元翻转占比有较大的影响;特征尺寸对器件单粒子翻转截面的影响没有明显的规律,但对多单元翻转的影响规律明显,多单元翻转占比和最大位数都随着特征尺寸的降低而增大;器件版图工艺差异对器件的单粒子翻转截面和多单元翻转占比都有较大的影响.此外,通过与高原辐照实验结果对比,发现在反角白光中子源获得的多单元翻转占比小于高原辐照实验的结果,其原因是反角白光中子源实验中,中子的最高能量和高能成分占比偏小,且中子束流只有垂直入射.因此,利用反角白光中子源评估器件的大气中子单粒子效应时可能会低估多单元翻转情况.本文的结果可为研究者利用反角白光中子源开展相关研究提供参考.     

中子半影成像的数值模拟

 半影成像具有灵敏度高的特点，该技术是未来惯性约束聚变（ICF）中子成像的主要技术路线。基于中子半影成像的基本要求，利用蒙特卡罗方法，采用偏移抽样法和面通量的体通量替代技巧，模拟中子在半影成像系统中的输运，得到2维图像，并通过图像重建程序得到重建的源区图像。利用模拟结果，对编码孔屏蔽材料的选择和外径设计进行了初步优化，最终选择5 cm厚的钨屏蔽材料，其编码孔外径为1 cm。     

基于生物视觉center-surround机制的光团目标检测与跟踪

基于生物视觉的center-surround机制,提出一种用改进的LoG(Laplacian of Gaussian)算子检测光团目标的方法。首先明确了光团目标的成像模型,分析了LoG算子的性质及其响应,接着提出了归一化的LoG算子。理论上指出该算子可用于检测光团目标。仿真和实验证明：该算子可以用于检测图像中已知大小和未知大小的光团目标,并且实用性优于其他常规方法。结合Kalman滤波和粒子滤波,该算子还可以用于序列图像中单目标和刚体的跟踪。理论推导和实验结果表明,该方法是稳健和高效的。     

基于FPGA的点目标滤波检测算法

介绍和分析了在当前成像跟踪系统中常用的几种点目标滤波检测算法。为了满足图像处理实时性要求，设计了一套针对图像滤波算法的FPGA硬件实现结构。该结构具有FPGA高速并行计算能力，能在信号读出的过程中实时地完成多种滤波处理。成像实验证明该方案切实可行，具有良好的实时滤波效果。     

深空背景弱小目标实时检测算法研究

根据深空背景的特点,提出一种基于FPGA和DSP的检测算法,并设计相应的硬件系统,能对大小为512×512像素、帧频率为40帧/s的视频图像进行实时处理。先在FPGA中用最大中值滤波抑制空间成像噪声,解决了图像预处理运算量大对处理速度要求高的难题,再在DSP中用使用改进的双差分法进行运动目标分割,克服了单差分提取目标轮廓不准的缺点,最后结合候选目标的特征,采用基于逻辑的最近邻关联方法提取目标航迹。试验结果证明该算法满足了深空背景弱小目标实时检测的要求。     

质子辐照下正照式和背照式图像传感器的单粒子瞬态效应

CMOS图像传感器应用于空间任务时容易受到质子单粒子效应影响.本文采用商用正照式(FSI)和背照式(BSI)CMOS图像传感器开展了不同能量的质子辐照实验,实验中通过在线测试方法分析质子单粒子效应.其中,质子能量最高为200 Me V,总注量为10¹⁰ particle/cm~2,结果未发现外围电路的单粒子效应,但观察到像素阵列出现不同形状的单粒子瞬态亮斑.通过提取瞬态亮斑沉积能量和尺寸大小两个特征参数,比较了不同能量质子对瞬态亮斑特征的影响,以及FSI和BSI中瞬态亮斑特征的差异.最后,结合仿真方法,与实验结果进行比较,预测了质子在CMOS图像传感器像素单元产生瞬态亮斑的能量沉积分布.仿真结果验证了光电二极管耗尽区厚度减小和外延层减薄是导致BSI图像传感器中质子能量沉积分布左移的主要因素.     

8T-全局曝光CMOS图像传感器单粒子翻转及损伤机理

针对卫星轨道上空间辐射环境引起的光学相机性能退化问题,采用8晶体管(8T)-全局曝光互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器进行重离子辐照实验。实验结果显示,不同功能模块寄存器发生单粒子翻转,导致输出图像出现不同的异常模式,主要表现为输出图像"卡零"、若干相邻列输出异常、整幅图像"花屏"等。结合器件的不同子电路功能、工艺结构和工作原理,分析重离子入射器件微观作用过程对宏观图像异常模式的影响,深入探讨器件不同功能模块单粒子翻转的敏感性和损伤机理。研究结果可为CMOS图像传感器加固设计、单粒子地面模拟实验方法及标准和评估技术的建立提供重要参考。     

基于蒙特卡洛和器件仿真的单粒子翻转计算方法

文章提出了一种基于蒙特卡洛和器件仿真的存储器单粒子翻转截面获取方法,可以准确计算存储器单粒子效应,并定位单粒子翻转的灵敏区域.基于该方法,计算了国产静态存储器和现场可编程门阵列(FPGA)存储区的单粒子效应的截面数据,仿真结果和重离子单粒子效应试验结果符合较好.仿真计算揭示了器件单粒子翻转敏感程度与器件n,p截止管区域面积相关的物理机理,并获得了不同线性能量转移(LET)值下单粒子翻转灵敏区域分布.采用蒙特卡洛方法计算了具有相同LET、不同能量的离子径迹分布,结果显示高能离子的电离径迹半径远大于低能离子,而低能离子径迹中心的能量密度却要高约两到三个数量级.随着器件特征尺寸的减小,这种差别的影响将会越来越明显,阈值LET和饱和截面将不能完全描述器件单粒子效应结果.     

临近空间大气中子环境的仿真研究

以大气模型、宇宙线模型和地磁截止刚度模型为基础,利用蒙特卡罗方法在国内首次建立了临近空间大气中子环境的计算机仿真模型,分别研究了银河宇宙线、太阳宇宙线诱发的大气中子环境分布规律以及地磁场屏蔽作用对大气中子环境的影响.通过与国外相关模型对比,证明本仿真模型是准确、可靠的,对太阳质子事件的详细分析,弥补了国外已有模型中的不足.该模型可用于临近空间大气中子诱发的元器件单粒子效应评估,以及航空机组人员飞行期间所接受的辐射剂量分析. 关键词： 临近空间 大气中子 单粒子效应 蒙特卡罗     

静态随机访问存储器型现场可编程门阵列辐照效应测试系统研制

 在调研静态随机访问存储器型现场可编程门阵列(FPGA)器件空间辐照效应失效机理的基础上,详细论述FPGA辐照效应测试系统内部存储器测试、功能测试及功耗测试的实现原理,给出了系统的软硬件实现方法。所建立的系统可以测试FPGA器件的配置存储器翻转截面、块存储器翻转截面、功能失效截面、闭锁截面等多个参数,其长线传输距离达到50 m以上,最大可测门数达到了100万门,为FPGA辐照效应研究提供了测试平台。     

应用于在束PET的光纤链路设计

医用重离子加速器(Heavy-Ion Medical Machine,HIMM)中安装在束正电子发射断层扫描装置(In-beam Positron Emission Tomography,In-beam PET)可实现治疗时对肿瘤靶区的照射剂量和位置分布的实时监测功能.在束PET工作时,事件经探测器阵列采集,由前端数据...     

单探头中子/伽马甄别能谱仪系统研制

针对放射性物质异常泄漏、防范核材料的非法转移和任意携带,提出一种基于单探头中子/伽马甄别能谱仪系统,实现敏感控制区中特殊核材料和放射性物质的监测。围绕核信号获取与数字化采集、辐射射线粒子甄别与能谱分析,开展基于FPGA与EJ299-33A的核数据采集电路设计、核信号处理算法设计和Matlab中子/伽马鉴别与能谱离线分析方法等关键技术研究。设计上位机软件实时处理辐射能谱数据,为正确做出应急预案提供数据参考。利用新型探测器和分型频谱数学模型在FPGA内部实现射线种类甄别,有效地解决了采用传统老式探测器和模拟电路的方法鉴别困难的问题,验证了分型频谱法在核信号处理上具有一定的可行性。开发完成集放射性种类判定、核素识别于一体的多功能集成中子/伽马探测器,在中子/伽马的混合辐射场中,既能实现射线甄别又能测量能谱,解决在复杂放射性环境中对不同射线种类的能谱分析和核素识别问题。     

加速器驱动次临界系统中堆外中子注量率监测方法（英文）

在加速器驱动的次临界（ADS）系统中,次临界反应堆的功率控制是通过控制束流强度来实现。监测堆外中子注量率,不仅提供了反应堆功率指示,也为反应堆保护系统在启动和运行阶段提供了重要的监测信息,因此,堆外中子注量率的监测在ADS系统的控制与保护中起着非常重要的作用。采用3套裂变室和3套非补偿电离室来监测ADS堆外中子注量率。由于裂变室有脉冲、电流和均方电压3种操作模式,1套裂变室可以监测源量程、中间量程和功率量程等宽范围的反应堆功率。所以,使用的监测方法有3个优点,即:增加了监测通道的冗余度,提高了保护系统的可靠性,以及能提供更多的轴向功率分布信息。由于这些中子探测器对中子能谱很敏感,提出了一种有效的校准方法,即先用一个标准的中子源校准这些中子探测器,然后再将中子注量率除以一个修正因素。基于Geant4仿真结果显示,所提取的裂变室和非补偿电离室的修正因素分别为5和42。In an accelerator driven sub-critical (ADS) system, power control in sub-critical reactor is achieved through the control of the beam current. Excore neutron flux monitoring in an ADS system, not only provides indication of reactor power, but also provides important inputs to reactor protection system during startup and power operation, and thus plays a very important role in the control and protection of ADS system. This paper presents the excore neutron flux monitoring method which uses three fission chambers (FCs) and three uncompensated ion chambers (UICs). With three operation modes, pulse mode, current mode, and mean square voltage mode, an FC can monitor reactor power over a wide range from the source range to the intermediate and power ranges. The proposed monitoring method increases the redundancy of independent monitoring channels, improves the reliability of the protection system, and provides more information on axial power distribution. Since these neutron detectors are sensitive to the neutron energy spectrum, we propose an effective calibration method to provide the exact value of neutron flux, i.e., these neutron detectors are calibrated with a standardized neutron source, and then, a correction factor is added in the calibration by comparing the neutron energy spectrum of the neutron source with that in ADS system. Based on Geant4 simulation, the correction factors of 5 and 42 are extracted for FCs and UICs, respectively.     

中子单粒子效应研究现状及进展

回顾了中子单粒子研究的国内外发展情况,介绍了近几年西北核技术研究所在西安脉冲堆开展的低能中子单粒子效应研究进展。比较了稳态与脉冲工况下中子单粒子效应的异同性;分析了含有SRAM结构器件随着特征尺寸的减小,中子单粒子效应敏感性加剧的物理机制。分析认为目前中子单粒子效应已成为小尺寸大规模互补金属氧化物半导体器件的主要中子效应表现;中子辐射效应研究中,除了位移损伤效应以外还必需重视由中子电离造成的中子单粒子效应。     

磁控二氧化钛忆阻混沌系统及现场可编程逻辑门阵列硬件实现

忆阻器作为混沌系统的非线性部分,能够提高混沌系统的信号随机性和复杂度,减小系统的物理尺寸.本文将磁控二氧化钛忆阻器应用到一个新的三维自治混沌系统中,通过理论推导和数值仿真,从平衡点的稳定性、Lyapunov指数谱、庞加莱截面和功率谱等方面研究了该系统的动力学特性,并详细讨论了不同参数变化对系统相图和平衡点稳定性的影响.有趣的是,在改变参数的情况下,系统的吸引子会产生翻转、混沌程度加剧和混叠的现象,说明该忆阻混沌系统具有丰富的动力学行为.此外,本文将改进的牛顿迭代法运用于现场可编程逻辑门阵列技术中,巧妙设计出一种只迭代3次就能达到所需精度的开方运算器,从而硬件实现了该忆阻混沌系统.这突破了以往忆阻器混沌系统只能在计算机模拟平台仿真的瓶颈,为进一步研究忆阻混沌系统及其在保密通信、信息处理中的应用提供了参考.     

The behavior of HfB2 at neutron irradiation: a simulation study

The behavior of Hafnium di-boride (HfB₂) under neutron irradiation has been simulated in a wide range of energy from 0.025?eV up to 14?MeV. The simulation and the analysis have been carried out using Geant4 and its related database. From the radiation shielding perspective, it was observed that, under thermal neutron irradiation, HfB₂ scatters neutrons with a marginally higher energy than the incident neutrons and also produces prompt gamma rays up to 11?MeV. These results would indicate that, for high-energy neutron 14?MeV, not only is HfB₂ unacceptable as a reasonable neutron absorber but also produces 20?MeV prompt gamma rays.     

国内典型地区地面大气中子能谱测量与仿真

基于多球能谱仪开展了广州、兰州和拉萨等地区的大气中子能谱和通量测量,获取了大气中子能谱的典型特征。测量结果表明：不同地区的大气中子通量受海拔高度的影响明显,地面大气中子通量随着海拔的增加而增加。此外,基于蒙特卡罗仿真工具也可以模拟初级宇宙射线粒子在地球大气层中的核反应过程,从而计算获取大气中子能谱。大气中子能谱测量数据与仿真数据吻合良好。