基于蒙特卡罗方法的α粒子细胞S值计算

在放射性免疫治疗以及硼中子俘获治疗（BNCT）等放射性治疗过程中,粒子通过与人体组织材料相互作用产生次级电子将能量传递给人体组织,放射性核素在细胞尺度分布的不均匀性将严重影响靶区剂量分布。为深入了解放射性核素在细胞中不同位置分布对靶区剂量影响,采用基于历史凝聚算法的Monte Carlo 工具包Geant4编写了细胞S值计算程序。计算了2种细胞尺寸,12种粒子能量,3种源分布方式的细胞S值,与医学内照射剂量（MIRD）委员会解析算法的计算结果进行对比,发现两者差异在1%以内。证明了Geant4在m尺度下细胞剂量计算的可行性,并对BNCT治疗过程中产生的粒子(1.47 MeV与1.78 MeV)的细胞S值进行计算。     

中子引起的单粒子反转截面的Monte Carlo模拟计算

单粒子效应是蠹民粒子在电子元器件中通过时，靠民电子元器件的电离损伤，导致电子元器件的记录出错。考虑了１０－２０ＭｅＶ中子与硅反应的主要反应道，利用Ｍｏｎｔｅ Ｃｑｒｌｏ方法对中子射入硅器件器中引起的单粒子反转进行模拟，得到质子、α粒子的能量、角度分布。考虑带电粒子在硅片中引起的电离 损伤，对不同临界电荷在１６Ｋ动态ＲＡＭ硅片中有一个灵敏单克发生反转时，中子入射注量及相应在的单粒子反转截面，给出了反     

基于NASIC程序的纳米金辐射增敏效应模拟研究

纳米金粒子（GNP）应用为放疗辐射增敏剂是目前国际上的一个研究热点。使用自主研发的纳剂量生物物理蒙特卡罗程序(NASIC),模拟研究了光子照射下细胞环境中GNP的物理增敏效应和生物增敏效应。通过建立单个GNP位于细胞核中心以及多个GNP在细胞内四种理想分布的GNP-细胞模型,分析光子能量、GNP粒子尺寸和分布对能量沉积、DNA辐射损伤和细胞存活的影响。结果表明,GNP附近约2 m的范围内具有能量沉积的增强效应,这主要是因为GNP内光电效应作用数目的显著增加。不同条件下细胞核内能量沉积、DSB数目和细胞存活分数增强效应的变化规律基本一致,但增强因子呈递减趋势,三种评价指标增强因子的最大值分别为1.55,1.32 和1.14。光子能量为40 keV、GNP直径为100 nm并分布在细胞核表面时,相比其他参数组合具有较高的物理和生物辐射增敏效应。     

用12C离子模拟质子引起的单粒子效应

在理论分析的基础上 ,提出了一种利用兰州重离子加速器提供的高能12C离子模拟质子引起单粒子效应的途径 .在保证核反应机制是引起单粒子效应主要机制的前提下,用高能12C离子可以模拟质子在功率金属 -氧化物 -半导体场效应晶体管中引起的单粒子烧毁以及单粒子栅极击穿 ,获得质子单粒子效应的饱和截面 ,定性研究质子单粒子效应的角度效应 ,还可以作为高能质子单粒子效应实验前的预备实验 .该方法拓展了兰州重离子加速器加速的轻的重离子在单粒子效应实验研究方面的应用 ,对现阶段国内开展质子单粒子效应实验研究具有重要意义. The mechanisms for proton and heavy ion induced single event effect (SEE) are discussed and a method to simulate proton induced SSEE (PSEE) with high energy 12 C is proposed in this paper. The experiments which can be done by using this method include single event burnout (SEB) and single event gate rupture in power MOSFET, single event upset (SEU) and single event transient (SET) in less sensitive device and angle effect. The experimets with high energy ...     

静态单粒子翻转截面的获取及分类

 为了评估静态随机访问存储器(SRAM)型现场可编程门阵列(FPGA)器件的单粒子效应,寻求单粒子翻转敏感部位,以XCV300PQ240为实验样品,利用重离子辐照装置详细测试了该器件的静态翻转截面,并根据配置存储单元用途的不同,对翻转数据进行了分类。结果表明：SRAM型FPGA的内部存储单元对单粒子翻转效应十分敏感;配置存储器翻转主要由查找表(LUT)及互连线资控制位造成,这两者的翻转占总翻转数的97.46%;配置存储器中各类资源的单粒子翻转(SEU)敏感性并不一致,输入输出端口(IOB)控制位和LUT的单粒子翻转的敏感性远高于其它几类资源,但LUT在配置存储器中占有很大比例,在加固时应予以重点考虑。     

超低泄漏电流二极管单粒子位移损伤电流计算

提出了一种计算超低泄漏电流硅二极管的单粒子位移损伤电流的方法。采用SRIM软件计算了252Cf源的裂变碎片入射二极管产生的初级撞出原子的分布, 并采用Shockley-Read-Hall复合理论探讨了单粒子位移损伤电流值与缺陷参数的关系, 计算了252Cf源辐照引起的单粒子位移损伤电流台阶值, 计算结果与实验结果一致。针对耗尽区电场非均匀的特点, 提出电场分层近似方法来考虑处于耗尽区中不同位置的初级撞出原子产生的缺陷对泄漏电流的影响。结果表明, PN结附近电场增强载流子产生效应最显著, 考虑电场增强效应的情况下单个Frenkel缺陷引起的泄漏电流比未考虑电场增强效应时高约44倍;裂变碎片80 MeV Nd入射比106 MeV Cd入射引起的单粒子位移损伤电流大;252Cf源的裂变碎片在二极管中引起的单粒子位移损伤电流台阶值主要集中于1 fA至1 pA之间。     

N阱电阻的单粒子效应仿真

利用计算机辅助设计(technology computer aided design, TCAD)软件针对N型阱电阻的单粒子效应开展仿真研究,结果表明单个重离子入射到N阱电阻中会造成器件输出电流的扰动.经过对电阻的工作机理和单粒子效应引入的物理机制进行分析,结果表明重离子在N阱电阻中产生的电子-空穴对中和了N阱电阻中的空间电荷区,使得N阱电阻的阻抗瞬间减小、电流增大,且空间电荷区被破坏的面积越大瞬态电流的峰值越高.随着阱结构中的高浓度过剩载流子被收集,单粒子效应的扰动会消失.但N阱电阻独特的长宽比设计导致器件中的过剩载流子收集效率低、单粒子效应对阱电阻的扰动时间长.文中还对影响N阱电阻单粒子效应的其他因素开展了研究,结果表明重离子的线性能量传输(linear energy transfer, LET)值越高、入射位置距离输入电极越远, N阱电阻的单粒子效应越严重.此外,适当缩短N阱电阻的长度、提高阱电阻的输入电压、降低电路电流可以增强其抗单粒子效应表现.     

SiGe BiCMOS低噪声放大器激光单粒子效应研究

随着CMOS工艺的日益成熟和SiGe外延技术水平的不断提高, SiGe BiCMOS低噪声放大器(LNA)广泛应用于空间射频收发系统的第一级模块. SiGe HBT作为SiGe BiCMOS LNA的核心器件,天然具有优异的低温特性、抗总剂量效应和抗位移损伤效应的能力,然而,其瞬态电荷收集引起的空间单粒子效应是制约其空间应用的瓶颈问题.本文基于SiGe BiCMOS工艺低噪声放大器开展了单粒子效应激光微束实验,并定位了激光单粒子效应敏感区域.实验结果表明, SiGe HBT瞬态电荷收集是引起SiGe BiCMOS LNA单粒子效应的主要原因. TCAD模拟表明,离子在CMOS区域入射时,电离径迹会越过深沟槽隔离结构,进入SiGe HBT区域产生电子空穴对并引起瞬态电荷收集. ADS电路模拟分析表明,单粒子脉冲瞬态电压在越过第1级与第2级之间的电容时,瞬态电压峰值骤降,这表明电容在传递单粒子效应产生的瞬态脉冲过程中起着重要作用.本文实验和模拟工作为SiGe BiCMOS LNA单粒子效应抗辐射设计加固提供了技术支持.     

累积剂量影响静态随机存储器单粒子效应敏感性研究

本文利用60Coγ源和兰州重离子加速器,开展不同累积剂量下,静态随机存储器(static random access memory,SRAM)单粒子效应敏感性研究,获取不同累积剂量下SRAM器件单粒子效应敏感性的变化趋势,分析其辐照损伤机理.研究表明,随着累积剂量的增加,SRAM器件漏电流增大,影响存储单元低电平保持电压、高电平下降时间等参数,导致"反印记效应".研究结果为空间辐射环境中宇航器件的可靠性分析提供技术支持.     

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。     

应用量子点探针观察粒子辐射细胞损伤动态过程

荧光量子点由于具有发射荧光效率高、光稳定性好、无光漂白等优良特性,因此在生物学研究中得到广泛应用。用量子点标记细胞,通过量子点荧光可以对细胞进行长时程观察,实现活细胞动态示踪。利用量子点和DiO荧光染料对A549细胞膜双染,直观展示了量子点优于有机荧光染料的抗光漂白特性,并阐述了一种利用量子点对细胞A549进行标记并观测在α粒子辐照下细胞损伤动态变化过程的方法,这种方法对于阐明粒子辐射作用细胞的过程、了解辐射损伤的机理有一定的优势。     

氧化钆纳米粒子对A549肺癌细胞的辐射增敏效应研究

采用氧化钆纳米粒子（GON）,研究钆基纳米粒子对X射线和碳离子束的辐射增敏效应。首先,通过透射电镜观察材料粒径,使用DLS检测材料的水合半径及Zeta电位,并用紫外吸收谱证实GON在培养基中稳定性较好;研究发现钆（Gd）浓度为10.0 μg/mL的GON对30 keV/μm碳离子束辐照水溶液产生的羟自由基的增强系数为1.13;GON对A549肺癌细胞和正常MRC-5肺细胞没有明显的毒性,且在人肺癌A549细胞中的摄取量随共培养浓度的增加而增加,在10.0 μg/mL共培养浓度下,细胞摄入Gd的量为0.73 pg/cell;进一步采用克隆存活实验证明,GON的加入对X射线和碳离子辐照A549细胞所产生的损伤具有明显的增强,在10%的细胞存活水平下,GON对A549细胞在X射线及碳离子辐照下的辐射增敏分别达15.5%和10.1%。鉴于钆材料常被用于磁共振成像（MRI）,所获得的GON有望作为X射线和碳离子的诊疗一体化材料。     

直接数字式频率合成器单粒子效应实验研究

在直接数字式频率合成器(DDS)单粒子效应失效现象的基础上,研制了具备寄存器读写、功耗电流测试和输出效应波形捕获功能的DDS辐射效应在线测试系统,开展了DDS单粒子效应实验研究。结果表明,单粒子效应会导致DDS输出波形扰动,波形功能中断,功耗电流陡然增大。分析认为:DDS内部PLL模块发生单粒子瞬态和单粒子翻转,是引发波形扰动的主要原因;内置DAC的主要功能寄存器翻转引发了输出波形功能中断;电流增大是单粒子闭锁引起的。本项研究为国产DDS器件的加固和考核提供了一定的参考。     

纳米静态随机存储器质子单粒子多位翻转角度相关性研究

器件特征尺寸的减小带来单粒子多位翻转的急剧增加, 对现有加固技术带来了极大挑战. 针对90 nm SRAM(static random access memory, 静态随机存储器)开展了中高能质子入射角度对单粒子多位翻转影响的试验研究, 结果表明随着质子能量的增加, 单粒子多位翻转百分比和多样性增加, 质子单粒子多位翻转角度效应与质子能量相关. 采用一种快速计算质子核反应引起单粒子多位翻转的截面积分算法, 以Geant4中Binary Cascade模型作为中高能质子核反应事件发生器, 从次级粒子的能量和角度分布出发, 揭示了质子与材料核反应产生的次级粒子中, LET(linear energy transfer)最大, 射程最长的粒子优先前向发射是引起单粒子多位翻转角度相关性的根本原因. 质子能量、临界电荷的大小是影响纳米SRAM器件质子多位翻转角度相关性的关键因素. 质子能量越小, 多位翻转截面角度增强效应越大; 临界电荷的增加将增强质子多位翻转角度效应.     

氧化铝粒子光学常数的尺度效应

目前计算固体火箭尾喷焰中氧化铝粒子辐射特性时,粒子光学常数基本利用大块氧化铝的值,但当粒子粒径量级与光波长相当时,不能忽略粒径变化引起的光学常数变化.本文基于洛伦兹色散理论对可能产生尺度效应的参数进行了理论分析,引入尺度修正因子,建立了电介质粒子光学常数尺度效应模型,通过模型分别计算了0.6328 μm波长时n、南值,和粒径0.97 μm时n、k值,通过与实验值的比较研究了不同粒径氧化铝粒子光学常数的尺度效应和不同波长粒子光学常数的规律.     

纳米结构Pt膜上CO吸附的异常红外效应机理研究

CO吸附在经方波电势处理后的纳米结构Pt金属膜电极上可观察到异常红外效应（AIREs）.在实验基础上用粒子间的相互作用和电子-空穴衰减机理分析、模拟了AIREs，表明Pt金属表面的纳米岛状结构增强了CO分子间及CO分子与纳米结构表面的相互作用，电子-空穴衰减引起的能量转移和粒子间相互作用的增强可以导致异常红外吸收谱线变化特征的出现. 关键词： 异常红外效应 粒子相互作用 电子-空穴衰减     

高温超导体的辐照效应

研究超导体的辐照效应至少有三个目的。(1)为用于加速器和未来聚变反应堆选择合适的超导磁铁，应掌握辐照损伤对Ic、Hc和Tc的影响，(2)考察粒子辐照或离子注八掺杂是否可以获得用普通方法难以得到的更有效的钉扎中心，蹦便制备超导器件。(3)超导器件在辐照条件下工作的稳定性将决定着它们能否用子“高技术”领域的重要因素。     

相对论效应对激光在等离子体中的共振吸收的影响

采用一维粒子模拟(PIC)方法，研究了相对论效应对P偏振激光斜入射非均匀等离子体时产生的共振吸收的影响. 计算表明，弱相对论情况下，在临界面附近产生的电子等离子体波的相对论非线性效应占主要作用；随着入射光场的逐渐增大，吸收率逐渐降低. 当入射光强超过3.7×10¹⁷W/cm²时，由于超短激光脉冲本身在等离子体中产生相对论效应、等离子体波破裂效应，以及参量不稳定过程激发等，吸收系数随着激光强度又开始增加. 固定等离子体密度标长，取不同的激光入射角、电子初始温度，相对论效应对吸收系数的影响是一致的. 关键词： 激光等离子体 相对论效应 共振吸收 粒子模拟     

重离子在半导体器件中引起的单粒子效应

重离子引起的单粒子效应是威胁航天器安全的重要因素之一 ,利用加速器进行地面模拟是研究单粒子效应的重要手段 .概述了单粒子效应研究的历史和现状,讨论了单粒子效应研究的基本方法 ,最后简要介绍了在兰州重离子加速器上已开展的单粒子效应研究工作. Single event effects (SEE ′s) have been observed in semiconductor device in space since 1975. It has been verified from many spaceflight tests that single event effect induced by cosmic ray is one of the important sources of anomalies and malfunctions of spacecraft. Initially, a brief outline of space radiation environment is given. The history and recent trends were described, and basic methods and necessary facilities for SEE testing were also discussed. Finally, the research ...     

静态随机存储器单粒子翻转的Monte Carlo模拟

利用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法，对10—20MeV 中子在静态随机存储器(SRAM)中引起的单粒子翻转进行了模拟，着重对中子在SRAM 灵敏区引起的电离能量沉积进行了计算，并对中子引起单粒子翻转过程相关物理量进行了计算.这些计算模拟结果为了解10—20MeV 中子引起SRAM 单粒子翻转过程提供了详细的统计信息，为SRAM 的抗辐射加固提供相关参考信息. 关键词： SRAM单粒子翻转 Monte Carlo 模拟 能量沉积