半导体器件的辐射效应

抗核辐射电子学对于国防和经济建设都有重大意义。为了研究出使电子器件和系统具有抗辐射能力的技术措施,就必须首先研究辐射对电子器件和系统的影响(辐射效应)以及辐射如何对电子器件和系统产生影响(损伤机制)。本文评述了辐射环境、辐射效应和损伤机制、模拟实验方法和设备以及发展概况。     

太阳能热气流烟囱的实验和数值模拟

本文搭建了一个小型太阳能热气流烟囱的实验台,测量了其在不同工况下壁面,空气温度,以及系统瞬时质量流量。结果表明随着太阳辐射强度的增加壁面和空气的温度以及系统流量均提高。对所建实验台进行数值模拟,结果显示,不考虑系统辐射,以输入功率换算的太阳辐照强度为边界条件模拟会高估系统壁面温度和流量,考虑了系统辐射后则能得到与实验测量值相近的结果。     

小型超宽谱高功率微波辐射系统

小型超宽谱高功率微波辐射系统由Tesla型100 kV级ns脉冲源、Peaking-Chopping型亚纳秒气体开关及TEM喇叭天线构成。系统重复运行频率100 Hz,辐射因子rEp值75 kV,主轴辐射场中心频率520 MHz,-3 dB频谱范围230~810 MHz。系统集成于一便携箱内,体积为80 cm50 cm26 cm,质量约45 kg。该系统结构紧凑,能够快速展开和撤收,可方便用于超宽谱高功率微波应用技术研究。     

不同辐射环境下CMOS器件总剂量测试技术与损伤差异研究

对应用在不同辐射环境下HP4156半导体参数自动化在线测试系统以及脉冲总剂量效应在线测试系统进行了详细的介绍,说明其工作原理和技术指标,并利用这两套测试系统对典型CMOS器件4007在强光一号加速器脉冲硬X射线状态、长脉冲γ射线状态以及⁶⁰Co稳态γ射线状态下开展了不同辐射环境总剂量损伤效应的比较研究, 为今后深入进行此项工作打下了基础.     

脉冲天线阵列时域辐射场快速计算的简化方法

采用有源单元方向图思想，在考虑互耦情况下，将大型脉冲阵列天线各单元的时域方向图用相似环境下小型阵列的有源单元方向图来等效，进而叠加计算辐射总场。以此为基础，结合时域辐射原理改进了上述方法。通过公式推导得出:一个大型线阵或大型平面阵的时域辐射场可分别通过两个小型线阵或四个小型平面阵的时域辐射总场计算得到，避免了传统方法中小阵有源单元方向图逐元提取的繁琐操作。采用上述方法分别计算了一个13元线阵和一个1113元平面阵列，计算结果与软件仿真结果吻合良好，与传统的小阵外推方法相比，直线阵列和平面阵列的计算量分别减少了56.8%和81.17%。     

复杂辐射环境与武器装备试验评估

从业内普遍接受的电磁环境和武器装备电磁环境效应概念入手,提出了复杂辐射环境概念,解释了其内涵和意义;围绕军事问题,探讨了辐射环境的基本构成,从辐射来源上突出了水声环境、电磁环境、光学环境和核辐射环境四个剖面,从效应考虑又将其分解为自然辐射环境、自扰互扰辐射环境、背景辐射环境和威胁辐射环境四个剖面,指出了这些剖面的统计独立性;根据辐射环境结构、特性和信息承载效应,定义了辐射环境的复杂度,介绍了辐射对抗的基本原理;指出复杂辐射环境下武器装备试验与评估问题与传统问题一样,仍是个概率统计问题,并且给出了可按环境剖面进行分解的高效简便的试验与评估方法。     

红外恒星辐射在标校中的应用研究

地基测量设备在出厂前通常进行精确的实验室标定,但是实际使用过程中,测量环境、使用时间,以及器件本身老化等因素使得设备输出响应发生变化,影响测量精度,因此需要定期对设备进行现场标校。提出了一种利用红外标准恒星辐射光谱对地基测量设备（主要是光谱仪）进行辐射标校的新方法,以校准因时间、环境等因素导致的系统输出响应偏差。     

制冷型红外成像系统内部杂散辐射测量方法

杂散辐射是红外光学系统设计和检测过程中涉及的一项重要指标.为了定量测量红外成像系统内部杂散辐射, 提出一种基于辐射定标的测量方法, 并通过理论推导和实验验证以说明该方法的合理性.首先, 建立了不带光学系统的辐射定标模型, 即探测器直接接收定标源辐射能, 获得探测器内部因素对系统输出的影响; 然后将其与带有光学系统的定标结果进行比较, 得到由光学系统自身辐射对系统输出的影响, 进而计算红外成像系统内部杂散辐射; 最后通过实验证明了本文理论的正确性.该方法操作简单, 对实验条件要求低, 并可以精确地测量红外成像系统内部杂散辐射.可用于指导红外系统设计中的杂散辐射抑制, 验证系统杂散辐射分析结果是否准确以及检测系统杂散辐射指标是否合格.     

X波段短脉冲相对论返波管设计与初步实验

 对基于短电子束脉冲超辐射机理的X波段相对论返波管进行了优化设计和粒子模拟，结果表明：在超辐射机理作用下，该器件能实现高峰值功率和高功率转换效率的微波辐射。在小型Tesla脉冲源基础上设计了阻抗变换段、二极管、磁场系统等装置，建立了一套小型窄脉冲电子加速器，以此为实验平台在低磁场条件下进行了器件的初步实验研究。在磁场0.73 T、束压约380 kV、束流约4.5 kA、脉宽3.1 ns条件下，实验获得的微波脉冲峰值功率约360 MW，脉宽1.10 ns，上升沿800 ps，频率9.15 GHz，功率转换效率为21%。     

10位CMOS数模转换器在中子和γ混合环境下的综合辐射效应

研究了在反应堆中子和γ射线综合辐照环境下CMOS工艺10位数模转换器(DAC)的辐射效应。通过对DAC在γ辐射环境、中子辐射环境、中子和γ混合辐射环境以及中子预辐照后进行γ射线辐照下的效应对比发现,在中子和γ混合辐射环境下会产生电离总剂量效应加剧现象,即一定混合程度的中子和γ同时辐照会增强CMOS器件的辐射效应。     

基于水下双目视觉的燃料组件变形检测系统

燃料组件变形状态是堆芯运行过程中的重要监测指标,基于水下双目视觉的变形检测系统不仅能获得燃料组件关键参数的三维尺寸,还可以测量组件的整体轮廓。根据水下大型燃料组件的高热、高辐射特点,研制了一种基于16台摄像单元的水下双目检测系统,并给出各组成模块的详细设计;通过联合Harris特征点和区域灰度互相关方法,实现辐射噪声干扰下的双目摄像模块的组内快速图像配准。经模拟水池和核电现场实验,验证系统局部参数测量精度优于0.2 mm,全局参数测量精度满足0.5 mm,为高热、高辐射的水下乏燃料组件的局部变形和整体弯曲等参数测量提供有力工具。     

Laser-based sensor for a coolant leak detection in a nuclear reactor

Currently, the nuclear industry needs strongly a reliable detection system to continuously monitor a coolant leak during a normal operation of reactors for the ensurance of nuclear safety. In this work, we propose a new device for the coolant leak detection based on tunable diode laser spectroscopy (TDLS) by using a compact diode laser. For the feasibility experiment, we established an experimental setup consisted of a near-IR diode laser with a wavelength of about 1392 nm, a home-made multi-pass cell and a sample injection system. The feasibility test was performed for the detection of the heavy water (D₂O) leaks which can happen in a pressurized heavy water reactor (PWHR). As a result, the device based on the TDLS is shown to be operated successfully in detecting a HDO molecule, which is generated from the leaked heavy water by an isotope exchange reaction between D₂O and H₂O. Additionally, it is suggested that the performance of the new device, such as sensitivity and stability, can be improved by adapting a cavity enhanced absorption spectroscopy and a compact DFB diode laser. We presume that this laser-based leak detector has several advantages over the conventional techniques currently employed in the nuclear power plant, such as radiation monitoring, humidity monitoring and FT-IR spectroscopy.     

飞参系统实时监视技术研究

针对飞机研制阶段各系统交联试验时故障定位慢、检查测试手段匮乏的问题,设计了飞参系统的实时监视功能。飞参系统中的机载设备与地面设备通过以太网进行数据交互,实现飞机状态的实时监视。分析了实时监视功能的作用与优势,并从某型飞参系统功能需求出发,阐述了机载设备的硬件配置及软件架构。基于UDP通信协议,提出了一种机载设备与地面设备交互的数据收发策略。该策略通过地面设备控制数据通信周期,机载设备采集的数据按周期发送给地面设备还原显示,实现了飞行数据的一边记录一边监视。实际应用表明,飞参系统的实时监视功能丰富了试验测试手段,提高了各个系统试验效率,实现了对飞机实时状态的监测,为航前快速检测技术的发展奠定了基础,具有很高的工程实用价值。     

基于蒙特卡罗方法的α放射源能谱测量模拟北大核心CSCD

运用蒙特卡罗方法建立PIPS-α谱仪的腔室模型,模拟谱仪对α面源(238Pu)的能谱测量,通过改变放射源与探头之间的距离,模拟不同条件下α粒子的射线能谱,同时,对不同探源距条件对α射线能谱的影响进行分析;另一方面,使用谱仪在不同探源距的情况下进行α能谱实验测量,获得不同条件下α射线能谱;最后,将模拟与实验的结果进行对比,分析实验测量结果与模拟结果的相对误差,并对模拟过程及模型参数进行校正,对校正后的模型进行实验验证,使其能够应用到其他α放射源的能谱测量中,并且使其可用于单能α粒子的能谱研究,研究结果也可为α能谱测量技术提供依据,为α能谱解谱技术提供数据支持。     

核安保典型系统电磁脉冲效应试验研究

高空电磁脉冲(HEMP)是一种能够通过场线或孔缝耦合到各种电子电气设备内部的暂态电磁波,该电磁能量会对正常工作的电子电气设备造成干扰甚至永久性损伤。为了确保关键部门的安保系统能够在电磁脉冲环境下正常工作,有必要针对安保系统进行电磁脉冲效应试验,分析该种类型系统在电磁脉冲环境下的薄弱环节和生存能力。针对核安保典型系统拓扑结构,搭建了电磁脉冲辐照试验和脉冲电流注入试验平台,并通过试验获取了报警分机、门禁主机、报警中心端等核安保典型系统关键部件的电磁脉冲效应阈值和效应现象。进一步结合各部件的电路原理分析了关键部件的失效机理,总结了核安保典型系统的薄弱环节,为后续安保系统的防护加固设计提供数据支撑。     

机载红外热像仪探测海面温度场的仿真计算

通过建立海洋背景下的红外辐射模型，对机栽红外探测系统所获得的热图进行了仿真计算，提出了一种从探测器红外焦平面上的探测像元到海面红外辐射单元的映射方法。利用MODTRAN软件计算了被探测海域各红外辐射单元通过大气传输后最终到达机载红外热像仪探测像元的红外辐射强度，最后利用Visual ＋＋结合计算机图形学方法实现了红外热图的仿真计算。仿真结果基本反映了海面温度场的红外特性。     

B4C_Al材料中子吸收性能检测设备研制

当前基于燃耗信任制的乏燃料密集贮存方式,对乏燃料水池格架中子吸收材料的可靠性和有效性,都提出了更高的要求。在格架材料生产和使用过程中需要对其中子吸收性能(硼含量)进行无损检测和监测,针对这两个方面的需求,我们研制了核电厂乏燃料水池格架B₄C_Al中子吸收材料检测设备。该检测设备主要由中子源(3枚252Cf放射源)、中子探测器(10个锂玻璃组成的探测阵列)、中子屏蔽准直和慢化系统等组成,通过测量中子透射率来推算待测样板上各个测量点的10B面密度,从而达到对于乏燃料水池贮存格架材料B₄C_Al合金硼含量的无损检测。使用该套设备进行了两种B₄C_Al合金20 cm×30 cm悬挂样片的检测,结果可靠。该B₄C_Al材料中子吸收性能检测设备为国内首创,推动了我国含硼中子吸收材料的无损检测研究,能为核电厂乏燃料水池的临界安全监测提供有力保障。     

基于红外光谱技术的混合气体检测系统概述

为了给从事红外混合气体检测领域的研究人员提供一定的借鉴与参考,针对红外混合气体检测系统中的光学复用结构以及检测方法进行了详细评述。目前,以量子级联激光器(QCL)、带间级联激光器(ICL)为代表的相干光源已逐渐取代热辐射红外光源、红外发光二极管(LED)等传统非相干光源,成为红外混合气体检测中的主流光源。相应地,具有超高探测度和极短响应时间的红外光探测器也逐渐超越以往的红外热探测器,占据红外探测器领域的主导地位。基于“复用思想”的光学复用结构则是红外混合气体检测系统的核心,主要包括单光源复用检测结构和多光源复用检测结构。其中,单光源复用检测结构以其体积小、集成度高等优点成为构建便携式混合气体检测系统的重要选择;而多光源复用检测结构是时分复用、频分复用、波分复用等思想的具体化,并凭借其较宽的光谱覆盖范围、较高的光谱分辨率等优势成为当前混合气体检测系统中的主导结构。应用于红外混合气体检测的检测方法主要有非分光红外(NDIR)光谱技术、波长/频率调制光谱技术、腔增强光谱技术以及光声光谱技术等。研究人员可通过对红外混合气体检测系统各组成部分充分了解后,设计出实用的红外混合气体检测系统,对工农业生产、环境监测、生命科学等诸多领域都具有重要意义。     

Simulated minimum detectable activity concentration (MDAC) for a real-time UAV airborne radioactivity monitoring system with HPGe and LaBr3 detectors

An automatic real-time UAV airborne radioactivity monitoring system with high-purity germanium (HPGe) and lanthanum bromide (LaBr₃) detectors (NH-UAV) was developed to precisely obtain small-scope nuclide information in major nuclear accidents. The specific minimum detectable activity concentration (MDAC) calculation method for NH-UAV in the atmospheric environment was deduced in this study for a priori evaluation and quantification of the suitability of NH-UAV in the Fukushima nuclear accident, where the MDAC values of this new equipment were calculated based on Monte Carlo simulation. The effects of radioactive source term size and activity concentration on the MDAC values were analyzed to assess the detection performance of NH-UAV in more realistic environments. Finally, the MDAC values were calculated at different shielding thicknesses of the HPGe detector to improve the detection capabilities of the HPGe detector, and the relationship between the MDAC and the acquisition time of the system was deduced. The MDAC calculation method and data results in this study may be used as a reference for in-situ radioactivity measurement of NH-UAV.     

基于生物光学算法的海洋赤潮监测

机载海洋激光雷达具有高效搜索的能力,已成为海洋环境监测的重要手段。以机载蓝绿激光雷达监测海洋赤潮为研究应用背景,通过检测海洋中叶绿素的质量浓度来实现对海洋赤潮消长信息的获取。在分析海水固有光学性质的基础上,基于生物光学算法,构建了机载蓝绿激光雷达后向散射信号检测的的叶绿素质量浓度监测模型。仿真计算证明该模型能够有效探测出叶绿素质量浓度的大小,为机载海洋赤潮监测增加了一种方法。