高能质子单粒子翻转效应的模拟计算

在分析质子与硅反应的基础上,提出质子单粒子翻转截面理论计算模型,建立了模拟计算方法.计算得到了不同能量的高能质子在存储单元的灵敏区内沉积的能量.指出高能质子主要通过与硅反应产生的重离子在存储单元灵敏区内沉积能量,产生电荷,导致单粒子效应,得到了单粒子翻转截面与质子能量以及随临界电荷变化的关系.并将计算得到的单粒子翻转截面与实验数据进行了比较.     

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.     

质子-质子碰撞产生Θ+五夸克态过程中N(1710)的贡献

在相对论的框架下, 基于有效拉氏量, 在单π和单ρ介子交换的机制下, 我们推导了高能质子-质子碰撞过程中五夸克态产生过程反应截面. 利用已知的经验耦合常数和顶角形状因子, 研究了N^*(1710)核子激发态对反应截面的影响, 发现ρ介子交换在这些过程中起主导作用. 包括中间核子态N^*(1710)在质心能量为4GeV附近, 使反应截面增大几十倍, 其贡献是不可忽视的.     

铁电存储器中高能质子引发的单粒子功能中断效应实验研究

利用中国原子能科学研究院的中高能质子实验平台,针对两款商用铁电存储器开展了中高能质子单粒子效应实验研究,发现其中一款器件在质子辐照下发生了单粒子翻转和单粒子功能中断.本文主要针对单粒子功能中断效应展开了后续实验研究.首先通过改变质子能量对器件进行辐照,发现单粒子功能中断截面随质子能量的提高而增加.为进一步研究器件发生单粒子功能中断的机理,利用激光微束平台开展了辅助实验,对铁电存储器的单粒子功能中断效应的敏感区域进行了定位,最后发现铁电存储器单粒子功能中断是由器件外围电路发生的微锁定导致的.     

高能质子在散裂靶中的能量沉积计算与实验验证

高能质子在散裂靶中的能量沉积是散裂靶中子学研究的重要内容之一,准确掌握高能质子在散裂靶中引起的能量沉积分布与瞬态变化是开展散裂靶热工流体设计的重要前提.本文采用MCNPX,PHITS与FLUKA三种蒙特卡罗模拟程序,计算并比较了高能质子入射重金属铅靶、钨靶的能量沉积分布及不同粒子对总能量沉积的占比贡献;针对高能质子入射金属钨靶的能量沉积实验数据空白,采用热释光探测器阵列测量了250 MeV质子束入射厚钨靶的能量沉积分布,实验结果表明蒙特卡罗模拟程序在散裂靶中能量沉积的计算结果具有较高的可靠性.     

100keV质子与低高能质子在绝缘微孔中输运特性的对比分析

为研究中能区带电粒子在绝缘微孔中传输的物理图像,利用MATLAB程序和蒙特卡罗方法建立理论模型,得到入射能量为10 keV,100 keV和1 MeV的质子,以-1?倾斜角入射到微孔后,出射粒子角分布、沉积电荷斑分布,以及粒子在微孔内的运动轨迹等传输特性.研究结果表明,在10 keV的低能区,微孔内壁沉积电荷的导向效应是主要的传输机制.在1 MeV的高能区,进入表面以下多次随机非弹性碰撞是主要的输运机制.在100 keV的中能区,无电荷斑时,主要是以进入表面以下的随机二体碰撞为传输机制;在电荷斑累积过程中,增强的库仑排斥力逐渐抑制入射质子在微孔内壁表面发生电子俘获;当达到充放电平衡后,主要传输机制为电荷斑辅助的近表面镜面散射行为.这一特性加深了对中能区质子在微孔中输运行为的认识,有助于对百keV质子微束的控制和应用.     

质子辐照作用下浮栅单元的数据翻转及错误退火

本文利用60 MeV质子束流,开展了NAND (not and) flash存储器的质子辐照实验,获取了浮栅单元的单粒子翻转截面,分析了浮栅单元错误的退火规律,研究了质子辐照对浮栅单元的数据保存能力的影响.实验结果表明,浮栅单元单粒子翻转截面随质子能量的升高而增大,随质子注量的升高而减小.浮栅单元错误随着退火时间的推移持续增多,该效应在低能量质子入射时更为明显.经质子辐照后,浮栅单元的数据保存能力有明显的退化.分析认为高能质子通过与靶原子的核反应,间接电离导致浮栅单元发生单粒子翻转,翻转截面与质子注量的相关性是因为浮栅单元单粒子敏感性的差异.质子引起的非电离损伤会在隧穿氧化层形成部分永久性的缺陷损伤,产生可以泄漏浮栅电子的多辅助陷阱导电通道,导致浮栅单元错误增多及数据保存能力退化.     

UrQMD模型中对质心能量7.7~62.4 GeV下正反粒子椭圆流的差异研究(英文)

利用UrQMD-3.3p1 模型模拟了在质心能量√sNN = 7.7, 11.5, 19.6, 27, 39 和62.4 GeV 的Au+Au 碰撞,在中心快度区域分析了质子,π+,K+ 以及它们相应的反粒子的椭圆流。分析了粒子与相应的反粒子的v2 差值随横动量pT 的变化。分析结果表明,在UrQMD 模型中在整个BES 能区K- 的v2 值大于K+ 的。在能区7.7 ~ 62.4GeV π+ 和π-的v2(pT) 值几乎相同。然而实验上在低能区7.7, 11.5 和19.6 GeV, 在所考察的pT 值范围内v2(π-)大于v2(π+)。能清楚看到在UrQMD模型中在整个BES 能区反质子的v2 大于质子的,这与实验结果相反。理论结果与实验数据相反,表明我们还需要不断深化对重离子碰撞的强耦合性和输运过程的非平衡性的理解。     

UrQMD模型中对质心能量7.7～62.4GeV下正反粒子椭圆流的差异研究（英文）

利用UrQMD-3.3p1模型模拟了在质心能量(~sNN)~(1/2)=7.7,11.5,19.6,27,39和62.4GeV的Au+Au碰撞,在中心快度区域分析了质子,π+,K+以及它们相应的反粒子的椭圆流。分析了粒子与相应的反粒子的v2差值随横动量pT的变化。分析结果表明,在UrQMD模型中在整个BES能区K-的v2值大于K+的。在能区7.7～62.4GeVπ+和π-的v2(pT)值几乎相同。然而实验上在低能区7.7,11.5和19.6GeV,在所考察的pT值范围内v2(π-)大于v2(π+)。能清楚看到在UrQMD模型中在整个BES能区反质子的v2大于质子的,这与实验结果相反。理论结果与实验数据相反,表明我们还需要不断深化对重离子碰撞的强耦合性和输运过程的非平衡性的理解。     

阶梯型脉冲电压诱导连续能量质子谱数值仿真

 热控涂层质子辐照的地面模拟研究中采用单一能量质子替代空间能量连续分布的质子,连续能量质子谱是其等效性研究的关键。提出了采用阶梯型脉冲负偏压鞘层加速技术在一个脉冲宽度内获得连续能量质子谱的方法,并利用质点网格法对所获得质子谱的剂量-能量关系进行了数值仿真研究,分析了连续能量质子谱的剂量-能量分布特征及连续能量质子谱的形成过程。结果表明:阶梯型脉冲负偏压鞘层加速能够产生连续能量的质子谱,连续谱是每微秒区间入射到样品的质子叠加而成的,且每个区间所产生质子的能量与该区间电压值相对应,连续谱中,随着质子能量的增加,其剂量总体上呈现下降的趋势。     

高能质子发射和冷原子核多重碎裂类型

通过高能质子发射和多重碎裂事件的关联研究了原子核多重碎裂. 在数值模拟随机Boltzmann-Langevin输运方程用于描述中能区重离子碰撞的基础上提出了冷原子核多重碎裂类型,即高能非平衡质子带走了体系很多能量,体系的碎裂是由于剧烈的、但很冷的膨胀引起的. 给出了在描述⁴⁰Ca+⁴⁰Ca反应系统中轰击能量为90MeV/u的中心碰撞时所出现的典型事例. 提出了采用4π探测器测量时可能给出的实验信号.     

快点火中质子的能量沉积和神光Ⅱ升级装置上的质子束的产生

基于神光Ⅱ升级装置激光条件,利用流体程序、粒子模拟程序和Fokker-Placnck程序,模拟研究质子快点火中所需质子束的品质以及产生所需质子束的激光条件.首先根据快点火靶的条件,利用Fokker-Planck方程模拟快点火所需的质子束的能量范围,模拟表明当背景等离子密度为300 g/cm³时,能量为7—12 MeV的质子束适合点火;当背景等离子体密度为400 g/cm³时,能量为8—18 MeV的质子束适合点火.再根据神光Ⅱ升级装置实验条件研究质子束所需的激光参数,通过利用粒子模拟程序,结合流体程序给出的预等离子体,分别模拟研究了加预等离子体和不加预等离子体两种情况下的质子加速,在有预等离子体时得到的质子束最大能量约为22 MeV,没有预等离子体时得到的质子束最大能量为17.5 MeV,具体分析了两种情况下质子加速的物理机制,其结果跟等离子体自由膨胀模型结果符合得很好.     

纳米静态随机存储器低能质子单粒子翻转敏感性研究

针对65, 90, 250 nm三种不同特征尺寸的静态随机存储器基于国内和国外质子加速器试验平台, 获取了从低能到高能完整的质子单粒子翻转截面曲线. 试验结果表明, 对于纳米器件1 MeV以下低能质子所引起的单粒子翻转截面比高能质子单粒子翻转饱和截面最高可达3个数量级. 采用基于试验数据和器件信息相结合的方法, 构建了较为精确的复合灵敏体积几何结构模型, 在此基础上采用蒙特卡罗方法揭示了低能质子穿过多层金属布线层, 由于能量岐离使展宽能谱处于布拉格峰值的附近, 通过直接电离方式将能量集中沉积在灵敏体积内, 是导致单粒子翻转截面峰值的根本原因. 并针对某一轨道环境预估了低能质子对空间质子单粒子翻转率的贡献.     

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 ...     

质子轰击钨靶表面时的电子发射产额与靶温度的相关性研究

在中国科学院近代物理研究所兰州重离子加速器国家实验室测量了能量为50~250 keV 的质子入射不同温度下钨靶表面的电子发射产额。实验结果发现,不同能量的质子引起的电子发射产额均随着靶温度的升高而降低;利用功函数对温度的依赖性定性地解释了该结果。在不同靶温度下,总电子发射产额与电子能损的比值随着质子能量的增加而逐渐变小;利用靶原子不同壳层中电子之间的电离竞争机制来解释实验结果。     

46.7MeV/u 12C诱发核反应中的双质子干涉研究

本文讨论了46.7MeV/u ¹²C+⁵⁸Ni,¹¹⁵In,¹⁹⁷An实验中双质子干涉的研究结果,研究了零寿命Koonin模型中核力、库仑力及费米统计对关联函数的影响,并从实验中提取了发射源的半径参数r₀,实验发现r₀随着靶核质量的增加而增加,实验中还研究了发射源的大小与两个关联粒子能量和E₁+M₂的关系,得出的r₀值随着E₁+E₂的增加而减少,反映了高能质子主要来源于反应的早期.     

质子中子星物质的热力学性质

在相对论σ-ω-ρ模型的平均场近似下, 研究了质子中子星物质在均熵状态下的组成、温度和物态方程. 如给定每一个重子的熵, 一些热力学量的值将随重子密度的增加而增加, 当考虑超子时, 这些值会减小. 给定重子密度, 中子在S=2时的组分比S=1时的小, 而质子、电子、μ子在S=2时的组分比S=1时的大, 特别是在低密度区域. S是每个重子的熵. 保持重子密度不变, 在低密度区域, 超子在S=2时的组分比S=1时的大, 在高密度区域则相反. 同样, 在同一重子密度处, S=2时的温度、能量密度及压强分别比S=1时的大. 另外, 有限熵对粒子组分和温度的影响比对质子中子星物质的物态方程的影响大. 还研究了反粒子的贡献, 他们确实很小.     

LHC能量下D介子的核修正因子

高能质子-质子(p-p)和质子-原子核(p-A)碰撞过程中产生的D介子是分析碰撞后生成的饱和胶子性质的重要途经。考虑领头阶下的强耦合效应,在色玻璃凝聚理论(CGC)框架下研究了LHC(Large Hadron Collider, LHC)能量下p-p(p-A)碰撞过程中的D介子产生。采用由KLR-AdS/CFT色偶极模型通过傅里叶变换得到的偶极关联因子,同时利用Glauber模型考虑冷核物质效应,计算了质心能量为5.02 TeV时质子-铅核(p-Pb)碰撞中不同碰撞中心度下D介子的产生截面,并在此基础上研究了p-Pb碰撞中D介子产生及其半轻子衰变过程中的核修正因子。通过与大型强子对撞机(LHC)实验结果比较发现:考虑强耦合效应后的理论结果与ALICE和LHCb合作组的最新实验数据符合得更好。最后,本文对LHC碰撞质心能量为8.16 TeV时p-Pb碰撞中D介子产生的核修正因子给出了理论预言, 结果显示此能量下核修正因子理论值比5.02 TeV时略大。     

激光辅助的快质子对氢原子的碰撞电离

在质心参考系中研究了激光场中1 MeV质子对基态氢原子的碰撞电离过程. 靶原子的缀饰波函数由含时间微扰论给出, 末道出射电子态用双中心Coulomb-Volkov波函数描述. 计算表明辐射场使出射电子的双重微分截面变小. 敲出电子的能量越高, 截面减小越明显, 但截面中CTC峰的位置基本不受辐射场的影响.     

CuCrZr合金质子辐照效应的模拟研究

基于Monte Carlo方法,跟踪一大批入射粒子的运动,模拟1~10 Me V质子辐照下质子与CuCrZr合金的相互作用,计算出合金的阻止本领、能量传递、能量损失、射程、空位分布情况以及合金的辐照损伤分别与辐照深度、质子能量的关系,通过模拟CuCrZr合金在聚变反应中的工作环境,分析热沉材料的失效机理.研究结果表明:质子能量在1~10 Me V时,质子与CuCrZr合金发生非弹性碰撞,能量损失以电离能损失为主,表现出很好的抗辐照性能;质子在合金中的峰值深度随质子能量增加而增加,且近似指数关系,峰值深度为2~250μm;入射质子能量达到Me V级别时,溅射产额为零,CuCrZr合金可以很好的避免器壁的侵蚀;合金中空位的个数与入射质子能量呈线性关系,合金中空位和质子在合金中的分布具有同步性;质子损伤效率在合金深度方向呈现高斯分布,损伤最大值位置与辐照深度接近,随着入射质子能量的增加损伤效率最大值不断减小.