~(60)Co和高能电子在硅中NIEL的Monte Carlo计算

本文提出了计算高能电子和 非电离能量损失 (NIEL)的 Monte Carlo方法 ,首次利用 Monte Carlo方法计算了高能电子和 6 0 Co 的 NIEL.给出了电子和 6 0 Co 在半导体硅材料中产生的 NIEL和缺陷分布 .计算结果与文献的比较表明模型是合理的 .     

60Coγ和高能电子在硅中NIEL的Monte Carlo计算

本文提出了计算高能电子和γ非电离能量损失(NIEL)的Monte Carlo方法,首次利用Monte Carlo方法计算了高能电子和⁶⁰Coγ的NIEL.给出了电子和⁶⁰Coγ在半导体硅材料中产生的NIEL和缺陷分布.计算结果与文献的比较表明模型是合理的.     

InP中子位移损伤效应的Geant4模拟

磷化铟(In P)作为第二代化合物半导体材料,抗辐照能力强,光电转换效率高,在光子领域和射频领域具有优势.大气空间中, In P半导体器件受大气中子辐照影响,器件性能发生退化.本文采用蒙特卡罗模拟软件Geant4对In P中子辐照效应进行模拟,得到In P中不同能量中子产生的位移损伤初态分布.结果表明:在微米量级内,非电离能量损失(NIEL)随深度均匀分布,在厘米及更高量级上, NIEL随着入射深度的增大而降低,当靶材料足够厚时可以降低至零;分析1—20 Me V中子入射3μm In P产生的NIEL及其随深度分布,发现NIEL随入射中子能量的增加呈现出先升后降的趋势,该趋势主要由非弹性散射反应产生的初级反冲原子(PKA)造成;分析1—20 Me V中子入射3μm In P产生的PKA种类、能量,发现In/P的PKA占比较大,是产生位移损伤的主要因素,中子能量越高, PKA的种类越丰富, PKA最大动能越大,但PKA主要分布在低能部分.研究结果对In P基5G器件在大气中子辐射环境中的长期应用具有理论和指导价值.     

300 eV—1GeV质子在硅中非电离能损的计算

非电离能损(NIEL)引起的位移损伤是导致空间辐射环境中新型光电器件失效的主要因素.引起质子在硅中NIEL的作用机理有库仑相互作用和核相互作用,质子能量范围从位移损伤阈能到1 GeV.当质子能量位于低能区时,库仑相互作用占主导地位,采用解析方法和TRIM程序计算NIEL;当质子能量位于高能区时,NIEL主要来自质子与靶原子核的弹性和非弹性相互作用,使用MCNPX/HTAPE3X进行模拟仿真计算由核反应引起的NIEL.实现了能量范围为300 eV—1 GeV的质子入射硅时NIEL的计算.计算结果表明,MCNPX/HTAPE3X可用于计算高能质子在材料中产生的反冲核所引起的NIEL,结合解析方法和TRIM程序可计算得到由于库仑相互作用引起的NIEL.     

中能质子在Si和GaAs中导致的非电离能损研究

非电离能损(NIEL)引起的位移损伤效应是空间装置失效的原因之一. 运用改进的Monte Carlo程序SHIELD, 建立了质子的NIEL计算手段, 模拟计算了能量范围在10—400MeV的中能质子在硅和砷化镓中的NIEL的大小和分布.     

空间重离子入射磷化铟的位移损伤模拟

磷化铟(InP)具备电子迁移率高、禁带宽度大、耐高温、耐辐射等特性,是制备空间辐射环境下电子器件的重要材料.随着电子器件小型化,单个重离子在器件灵敏体积内产生的位移损伤效应可能会导致其永久失效.因此,本文使用蒙特卡罗软件Geant4模拟空间重离子(碳、氮、氧、铁)在InP材料中的输运过程,计算重离子的非电离能量损失(non-ionizing energy loss, NIEL),得到重离子入射InP材料的位移损伤规律,主要结论有:1) NIEL值与原子序数的平方成正比,重离子原子序数越大,在InP材料中产生位移损伤的能力越强;2)重离子NIEL比次级粒子NIEL大3—4个量级,而NIEL与核弹性碰撞产生的反冲原子的非电离损伤能成正比,说明重离子在材料中撞出的初级反冲原子是导致InP材料中产生位移损伤的主要原因; 3)空间辐射环境中重离子数目占比少,一年中重离子在0.0125 mm3 InP中产生的总非电离损伤能占比为2.52%,但重离子NIEL值是质子和a粒子的2—30倍,仍需考虑单个空间重离子入射InP电子器件产生的位移损伤效应.4)低能重离子在较厚材料中完全沉积导致平均非电离损伤能分布不均匀(前高后低),使NIEL值随材料厚度的增大而略微减小,重离子位移损伤严重区域分布在材料前端.研究结果为InP材料在空间辐射环境中的应用打下基础.     

近地轨道质子和α粒子入射InP产生的位移损伤模拟

磷化铟(InP)材料具有禁带宽度大、电子迁移率高、耐高温、抗辐照等优点,是制备航天器电子器件的优良材料.近地轨道内的质子和α粒子对近地卫星威胁巨大,其在InP电子器件中产生的位移损失效应是导致InP电子器件电学性能下降的主要因素.本文使用蒙特卡罗软件Geant4研究近地轨道的质子与α粒子分别经过150μm二氧化硅和2.54 mm铝层屏蔽后,在500/1000/5000μm InP材料中产生的非电离能量损失(non-ionizing energy loss, NIEL)、平均非电离损伤能随深度分布以及年总非电离损伤能.研究发现:低能质子射程短且较易发生非电离反应,入射粒子能谱中低能粒子占比越大,材料厚度越小, NIEL值越大;计算质子和α粒子年总非电离损伤能,质子的年总非电离损伤能占比达98%,表明质子是近地轨道内产生位移损伤的主要因素;α粒子年总非电离损伤能占比小,但其在InP中的NIEL约为质子的2—10倍,应关注α粒子在InP中产生的单粒子位移损伤效应.本文计算为InP材料在空间辐射环境的应用提供了参考依据.     

质子和中子在硅中位移损伤等效性计算

基于蒙特卡罗软件Geant4,探讨质子与硅的库仑散射和核反应及中子与硅的核反应产生反冲原子沉积非电离能量的过程,建立质子和中子在硅中的非电离能量阻止本领计算方法。在此方法中,描述了原子间库仑散射的物理过程,模拟带电粒子与晶格原子之间的屏蔽库仑散射。计算得到不同能量质子和中子在硅中因库仑散射和核反应产生反冲原子的非电离能量沉积及阻止本领的等效性,计算结果与中子ASTM标准及文献计算得到的质子数据符合很好。     

低能质子在半导体材料Si 和GaAs中的非电离能损研究

非电离能损(NIEL)引起的位移损伤是导致空间辐射环境中新型光电器件失效的主要因素.由于低能时库仑相互作用占主导地位，一般采用Mott-Rutherford微分散射截面，但它没考虑核外电子库仑屏蔽的影响.为此，本文采用解析法和基于Monte-Carlo方法的SRIM程序计算了考虑库仑屏蔽效应后低能质子在半导体材料Si,GaAs中的NIEL，SRIM程序在计算过程中采用薄靶近似法, 并与其他作者的计算数据和实验数据进行了比较.结果表明：用SRIM程序计算NIEL时采用薄靶近似法处理是比较合理的，同时考虑库仑     

低能质子在半导体材料Si 和GaAs中的非电离能损研究

非电离能损(NIEL)引起的位移损伤是导致空间辐射环境中新型光电器件失效的主要因素.由于低能时库仑相互作用占主导地位,一般采用Mott-Rutherford微分散射截面,但它没考虑核外电子库仑屏蔽的影响.为此,本文采用解析法和基于Monte-Carlo方法的SRIM程序计算了考虑库仑屏蔽效应后低能质子在半导体材料Si,GaAs中的NIEL,SRIM程序在计算过程中采用薄靶近似法, 并与其他作者的计算数据和实验数据进行了比较.结果表明：用SRIM程序计算NIEL时采用薄靶近似法处理是比较合理的,同时考虑库仑 关键词： 低能质子 非电离能损 硅 砷化镓     

质子在碳化硅中不同深度的非电离能量损失

利用蒙特卡罗方法,应用Geant4程序,模拟计算了1—500 MeV质子在碳化硅材料中的非电离能量损失,并研究了不同种类的初级反冲原子对非电离能量损失的贡献.模拟结果表明:在相同质子辐照下,碳化硅材料中的非电离能量损失要比硅、镓等半导体材料更小,说明碳化硅器件的稳定性更好,抗位移损伤能力更强;当靶材料足够厚时,在不同能量质子辐照下,材料损伤最严重的区域会随着质子入射能量的增加从质子射程末端逐渐前移到材料表面;不同种类的初级反冲原子对非电离能量损失的贡献表明,在低能质子辐照下,28Si和~(12)C是位移损伤的主要原因,而随着质子能量的增加,通过核反应等过程产生的次级离子迅速增多,并对材料浅层造成严重的位移损伤.     

Method for registration of solar cosmic rays by detecting neutrons

We consider a method of detecting the ionizing component of solar cosmic rays (SCRs) with energy from tens of MeV to tens of GeV by measuring the energy loss of SCR protons and light nuclei in scintillators and the multiplicity of the local neutron generation in a converter. Scintillation detectors based on stilbene, lithium glass, and solid-state photomultiplier tubes are capable of detecting fast neutrons with a temporal resolution of 10 ns and rejecting the gamma-ray background in the measuring system. The method will allow investigating the nucleon components of primary SCRs in circumterrestrial space.     

Non-ionizing energy loss calculations for modeling electron-induced degradation of Cu(In,Ga)Se_2 thin-film solar cells

The lowest energies which make Cu,In,Ga,and Se atoms composing Cu(In,Ga)Se_2(CIGS) material displaced from their lattice sites are evaluated,respectively.The non-ionizing energy loss(NIEL) for electron in CIGS material is calculated analytically using the Mott differential cross section.The relation of the introduction rate(k) of the recombination centers to NIEL is modified,then the values of k at different electron energies are calculated.Degradation modeling of CIGS thin-film solar cells irradiated with various-energy electrons is performed according to the characterization of solar cells and the recombination centers.The validity of the modeling approach is verified by comparison with the experimental data.     

Study of beamstrahlung effects at CEPC

The discovery of a 125 GeV Higgs boson at the LHC marked a breakthrough in particle physics. The relative lightness of the new particle has inspired consideration of a high-luminosity Circular Electron Positron Collider(CEPC) as a Higgs Factory to study the particle's properties in an extremely clean environment. Given the high luminosity and high energy of the CEPC, beamstrahlung is one of the most important sources of beaminduced background that might degrade the detector performance. It can introduce even more background to the detector through the consequent electron-positron pair production and hadronic event generation. In this paper,beamstrahlung-induced backgrounds are estimated with both analytical methods and Monte Carlo simulation. Hit density due to detector backgrounds at the first vertex detector layer is found to be~0.2 hits/cm~2 per bunch crossing, resulting in a low detector occupancy below 0.5%. Non-ionizing energy loss(NIEL) and total ionizing dose(TID), representing the radiation damage effects, are estimated to be~10~(11)1 Me V neq/cm~2/yr and~300 k Rad/yr,respectively.     

Calibration of the RSS-131 high efficiency ionization chamber for radiation dose monitoring during plasma experiments conducted on plasma focus device

Plasma research poses a radiation hazard. Due to the program of deuterium plasma research using the PF-1000 device, it is an intensive source of neutrons (up to 10₁₁ n · pulse ^?1) with energy of 2,45 MeV and ionizing electromagnetic radiation with a broad energy spectrum. Both types of radiation are mostly emitted in ultra-short pulses (～100 ns). The aim of this work was to test and calibrate the RSS-131 radiometer for its application in measurements of ultra-short electromagnetic radiation pulses with broad energy spectrum emitted during PF-1000 discharge. In addition, the results of raw measurements performed in the control room are presented.