高能粒子辐照二氧化硅玻璃E′色心形成机理研究

考虑高能粒子辐照二氧化硅玻璃形成E′色心的情况,建立了E′色心形成的动力学模型,得到了E′色心浓度与辐照剂量的关系式. 结果表明,在高能粒子辐照情况下,E′色心的形成包括两个过程,即色心的创造过程和色心的激活过程. 色心的创造过程主要由二氧化硅网格中疲劳键的断裂形成或网格中氧移位形成,E′色心浓度随剂量的变化呈线性增长.色心的激活过程主要由二氧化硅玻璃中固有点缺陷形成,E′色心浓度随剂量的变化呈饱和趋势.理论结果和实验结果符合很好,说明建立的模型是有效的. 关键词： 二氧化硅玻璃 E′色心 辐照剂量 动力学模型     

高纯硅低能粒子辐照E′色心形成动力学研究

考虑固有点缺陷形成E′色心的情况，建立了E′色心形成的动力学模型，得到了高纯硅低能粒子辐照E′色心浓度与辐照剂量的关系式.结果表明，在低辐照剂量下，E′色心浓度随剂量的变化呈线性增长；随着辐照剂量的增加，E′色心浓度随剂量的变化呈饱和趋势.如果进一步考虑E′色心和其他物质反应形成新的稳定结构，E′色心浓度随剂量的变化呈双指数关系，E′色心浓度随剂量的变化不再趋于饱和状态，而是偏离饱和状态.理论结果和实验结果很好地符合，说明建立的模型是有效的.     

高能粒子辐照二氧化硅玻璃E''色心形成机理研究

考虑高能粒子辐照二氧化硅玻璃形成E'色心的情况.建立了E'色心形成的动力学模型,得到了E'色心浓度与辐照剂量的关系式.结果表明,在高能粒子辐照情况下,E'色心的形成包括两个过程,即色心的创造过程和色心的激活过程.色心的创造过程主要由二氧化硅网格中疲劳键的断裂形成或网格中氧移位形成,E'色心浓度随剂量的变化呈线性增长.色心的激活过程主要由二氧化硅玻璃中固有点缺陷形成,E'色心浓度随剂量的变化呈饱和趋势.理论结果和实验结果符合很好,说明建立的模型是有效的.     

石英玻璃低能质子辐照损伤动力学研究

地面模拟研究了JGS3光学石英玻璃在真空、热沉和能量低于200keV的低能质子辐照下表面光学性能变化的基本规律．并建立了辐照损伤色心演化的动力学唯象模型。试验结果表明．大通量低能质子辐照对石英玻璃表层具有明显的表面损伤效应。随着辐照吸收剂量的增加,光密度变化先以线性规律迅速增加．加进一步增加时逐渐呈现饱和趋势;采用较高能量辐照作用后光密度变化出现饱和趋势的拐点提前,且饱和数值降低。根据对试验结果的分析,建立了低能质子辐照下石英玻璃色心演化的动力学模型．并给出了光密度变化的表达式。采用模型结果进行数学模拟,模拟曲线与试验结果曲线相似。因此所建立的动力学模型可以用来定量描述低能质子辐照下石英玻璃光学性能随辐照吸收剂量的变化规律。     

带电粒子辐照下石英玻璃和镀铝膜反射镜光学性能研究

提出低能带电粒子辐照下石英玻璃非弹性电离损伤的物理模型和速率方程，给出了电离效应产生带电离子、电子浓度的解析表达式.讨论了光密度与吸收剂量之间的变化关系，并与实验结果进行了比较.还给出光学反射镜反射率表达式及数学模拟结果.利用所建立的模型，可以定量描述低能带电粒子辐照特别是综合辐照时石英玻璃和镀金属膜反射镜光学性能随辐照剂量的变化情况.     

带电粒子辐照下石英玻璃和镀铝膜反射镜光学性能研究

提出低能带电粒子辐照下石英玻璃非弹性电离损伤的物理模型和速率方程,给出了电离效应产生带电离子、电子浓度的解析表达式.讨论了光密度与吸收剂量之间的变化关系,并与实验结果进行了比较.还给出光学反射镜反射率表达式及数学模拟结果.利用所建立的模型,可以定量描述低能带电粒子辐照特别是综合辐照时石英玻璃和镀金属膜反射镜光学性能随辐照剂量的变化情况. 关键词： 电离损伤 综合辐照 石英玻璃 光密度     

钨酸铅晶体的本征色心和辐照诱导色心

根据钨酸铅晶体(PbWO4,简称PWO)的缺陷化学和晶体结构特点,用光吸收谱、广延X射线吸收精细结构(EXAFS)和精密X射线衍射(XRD)方法对高温退火后PWO晶体进行微结构研究,获得了其退火前后缺陷变化的情况,据此提出生成态(asgrown)晶体中350nm本征色心吸收带起源于V-F空穴心,并指出PWO中紫外区色心吸收带的强度取决于晶体中铅空位和氧空位浓度之差:[VPb]-[VO];然后,结合晶体在紫外光(UV)辐照过程中色心的转化规律和偏振吸收谱的实验结果,提高420nm辐照诱导色心吸收带起源于V0F双空穴心.并对所提出的PWO晶体色心模型的合理性进行了讨论. 关键词： 钨酸铅 本征色心 辐照诱导色心 色心模型     

140 keV质子辐照对石英玻璃光谱性能影响的研究

研究了JGS3 光学石英玻璃在真空、冷黑和能量为 14 0keV的质子辐照下光学透过率变化的基本规律。在辐照剂量大于 5× 10 14 proton/cm2 后 ,主要引起 2 30～ 2 5 0nm的吸收带 ,其吸收峰值随辐照剂量的增加而单调增加。在较大辐照剂量下 ,近紫外和可见区域也存在某些弱的吸收带。 2 30～ 2 5 0nm的吸收带由E′心引起。质子辐照下在JGS3 光学石英玻璃中形成的E′心是受氢扰动的 ,即辐照过程中不仅发生Si -O键的断裂 ,而且发生[≡Si- ]和 [≡Si-O]向 [≡Si-H]和 [≡Si-OH]的转变     

金刚石集群NV色心的光谱特征及浓度定量分析

金刚石NV-色心具有优越的光致发光特性,可实现高灵敏度物理量探测。其中,NV-色心的浓度是影响其宏观领域物理量探测灵敏度的重要因素之一。分析了金刚石在NV-色心制备过程中产生的发光缺陷,研究了不同的电子注入剂量与NV-色心浓度的关系。首先,对金刚石进行电子辐照并高温真空退火,制备了NV-色心;然后,利用拉曼光谱仪测试了金刚石在电子辐照前、电子辐照后及退火后三个阶段中的荧光光谱,分析了金刚石在NV-色心制备过程中的光谱特性;最后,对生成的NV-色心的浓度进行了估算,并探究了不同电子注入剂量对NV-色心浓度的影响规律。结果表明,金刚石经电子注入后生成了524.7,541.1,578和648.1 nm发光中心。其中,HPHT合成金刚石经电子注入后普遍存在524.7 nm中心。电子注入后的金刚石经高温(≥800 ℃)真空(≥10-7 Pa)退火后,空位自由移动,不稳定的缺陷消失,当空位靠近氮原子时被束缚而形成氮空位色心。对于氮含量100 ppm的金刚石,当电子注入产生的空位含量小于120 ppm(2.1×1019 cm-3)时,NV-色心浓度与电子注入生成空位的含量的关系符合Boltzmann分布。该研究为利用氮含量100 ppm的金刚石实现定量NV-色心浓度的制备提供了参考依据,为NV-色心在宏观物理量精密测量的应用奠定了基础。     

重离子辐照SiO2通过能量损失产生发光色心的研究

通过红外光谱和荧光发射光谱分别对600 keV、4 MeV和5 MeV Kr离子辐照的SiO2进行发光特性的研究。在低能量辐照体系中,简单色心(F2色心)的形成在损伤过程中占据主导地位,其主要诱发蓝光发射带;在高能离子辐照条件下,离子径迹上的能量密度较大,因此缺陷浓度的增大产生了一些缺陷团簇和离子径迹,形成了复杂的色心(F2+和F3+色心等)并诱发了强烈的绿光发射带和红光发射带。该实验结果与能量损失过程中统一热峰理论模型(一个综合的基于电子能损与核能损的非弹性碰撞模型和弹性碰撞模型)的模拟结果能够很好地吻合,表明在keV～MeV能区上存在电子能损过程与核能损过程的协同效应。     

γ射线总剂量辐照效应对应变Si p型金属氧化物半导体场效应晶体管阈值电压与跨导的影响研究

分析了双轴应变Si p型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)在γ射线辐照下载流子的微观输运过程,揭示了γ射线的作用机理及器件电学特性随辐照总剂量的演化规律,建立了总剂量辐照条件下的双轴应变Si PMOSFET阈值电压与跨导等电学特性模型,并对其进行了模拟仿真.由仿真结果可知,阈值电压的绝对值会随着辐照总剂量的积累而增加,辐照总剂量较低时阈值电压的变化与总剂量基本呈线性关系,高剂量时趋于饱和;辐照产生的陷阱电荷增加了沟道区载流子之间的碰撞概率,导致了沟道载流子迁移率的退化以及跨导的降低.在此基础上,进行实验验证,测试结果表明实验数据与仿真结果基本相符,为双轴应变Si PMOSFET辐照可靠性的研究和应变集成电路的应用与推广提供了理论依据和实践基础.     

γ射线辐照对掺Yb光纤材料性能的影响

采用改进的化学气相沉积法制备掺Yb石英光纤预制棒,以该预制棒制备了尺寸为10/130μm的双包层掺Yb光纤,将这些光纤分成若干组,在不同剂量的60Coγ辐射源下辐照,测试了光纤在辐射前后的吸收谱和激光性能以及光纤预制棒切片辐照后的吸收.实验结果表明:光纤中已存在的色心缺陷(如氧空位(II))和辐照引起的色心缺陷(如E’心、过氧基以及Yb2+离子)等因素的叠加作用可能导致辐照后的光纤在可见光区域的吸收显著增大;与辐照前相比,辐照后光纤的斜率效率、光-光效率显著下降,剂量越大激光性能下降得越厉害;基于Power-Law定理拟合了光纤辐致损耗与所受剂量的关系曲线,定量分析了不同剂量辐照后光纤激光性能下降的原因.研究结果将为进一步发展抗辐照光纤提供理论和实验依据.     

60Co辐照损伤对发光二极管性能影响的研究

通过引入散射理论建立了发光二极管模型,并考虑低计量率电离辐照损伤影响,建立了器件材料散射因子与辐照损伤的关系模型.在输入电流宽范围变化的条件下,测量了器件在不同辐照条件下的电学特性,实验结果与理论模型符合良好.通过对测量结果和以上模型的分析,深入研究低剂量电离辐照损伤和发光二极管性能衰减的关系.证实由于复合中心上的电子浓度增加,导致界面态浓度和散射几率的略微增大,从而造成其I-V和L-V特性的略微衰减.同时由于重离子辐照可直接产生位移效应,使界面态浓度明显上升,因此其对发光二极管的影响较电离辐照大很多.     

高功率脉冲电子束辐照SiO$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;的光学和激光损伤性能

研究了不同剂量的60 kW高功率脉冲电子束辐照对高纯熔石英玻璃的微观结构、光学性能和激光损伤特性的影响规律. 光学显微图像表明, 辐照后熔石英样品由于热效应导致表面破裂, 裂纹密度和尺寸随辐照剂量增加而增大, 采用原子力显微镜分析表面裂纹的微观形貌, 裂纹宽度约1 um, 同时样品表面分布着大量尺寸约0.1–1μm的碎片颗粒. 吸收光谱测试表明, 所有样品均在394 nm处出现微弱的吸收峰, 吸收强度随着电子束辐照剂量增大呈现先增加后减小的趋势. 荧光光谱测试发现辐照前后样品均有3个荧光带, 分别位于460, 494和520 nm, 荧光强度随辐照剂量的变化趋势与吸收光谱一致. 利用355 nm激光研究了不同剂量电子束辐照对熔石英激光损伤阈值的影响, 结果表明熔石英的损伤阈值随着辐照剂量的增加而降低. 在剂量较低时, 导致熔石英激光损伤阈值下降的原因主要是色心缺陷; 剂量较高时, 导致损伤阈值降低的原因主要是样品表面产生的大量微裂纹和碎片颗粒对激光的调制和吸收. 关键词： 熔石英 电子束辐照 色心 激光损伤阈值     

电离辐射致植物诱变效应的损伤-修复模型

在电离辐射速率理论的基础上, 结合电离辐射诱导植物的微观与宏观生物效应, 建立了电离辐射致植物诱变效应的损伤-修复模型. 通过对理论模型平衡态的数值求解, 研究了辐照植物各状态相对浓度随电离辐射剂量的变化. 研究表明当考虑植物的修复作用时, 理论模型能够给出“马鞍型”的植物存活率-剂量关系. 为进一步验证模型, 对重离子⁷Li辐射玉米自交系的实验数据进行理论模型拟合, 确定重离子辐射玉米的诱变效应参数, 理论计算的结果与实验数据符合较好. 电离辐射诱导植物的损伤-修复模型的建立为电离辐射诱导植物生物效应的机理研究和辐射诱变植物育种提供了理论依据和参考.     

~(60)Co辐照损伤对发光二极管性能影响的研究

通过引入散射理论建立了发光二极管模型,并考虑低计量率电离辐照损伤影响,建立了器件材料散射因子与辐照损伤的关系模型.在输入电流宽范围变化的条件下,测量了器件在不同辐照条件下的电学特性,实验结果与理论模型符合良好.通过对测量结果和以上模型的分析,深入研究低剂量电离辐照损伤和发光二极管性能衰减的关系.证实由于复合中心上的电子浓度增加,导致界面态浓度和散射几率的略微增大,从而造成其I-V和L-V特性的略微衰减.同时由于重离子辐照可直接产生位移效应,使界面态浓度明显上升,因此其对发光二极管的影响较电离辐照大很多.     

$lt;i$gt;γ$lt;/i$gt;射线总剂量辐照效应对应变Sip型金属氧化物半导体场效应晶体管阈值电压与跨导的影响研究

分析了双轴应变Si p型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)在γ射线辐照下载流子的微观输运过程, 揭示了γ射线的作用机理及器件电学特性随辐照总剂量的演化规律, 建立了总剂量辐照条件下的双轴应变Si PMOSFET 阈值电压与跨导等电学特性模型, 并对其进行了模拟仿真. 由仿真结果可知, 阈值电压的绝对值会随着辐照总剂量的积累而增加, 辐照总剂量较低时阈值电压的变化与总剂量基本呈线性关系, 高剂量时趋于饱和; 辐照产生的陷阱电荷增加了沟道区载流子之间的碰撞概率, 导致了沟道载流子迁移率的退化以及跨导的降低. 在此基础上, 进行实验验证, 测试结果表明实验数据与仿真结果基本相符, 为双轴应变Si PMOSFET辐照可靠性的研究和应变集成电路的应用与推广提供了理论依据和实践基础. 关键词： 应变Sip型金属氧化物半导体场效应晶体管 总剂量辐照 阈值电压 跨导     

蓝宝石中子辐照色心的研究

研究了中子辐照对蓝宝石(α-Al2O3)单晶体缺陷形成及光学性能的影响,对采用提拉法与温度梯度法生长的蓝宝石晶体进行中子辐照,通过对比辐照前后的吸收及荧光光谱变化,发现辐照使得蓝宝石晶体内形成F、F^ 和F2^ 色心缺陷,但不同方法生长的晶体样品中色心浓度差异明显。其中提拉法样品的F心浓度要高于温度梯度法样品,而温度梯度法样品中F^ 色心浓度要高于提拉法样品。分析表明,这与两种方法生长的晶体中杂质含量差异有关。通过研究辐照后晶体的热致发光谱发现提拉法与温度梯度法生长的蓝宝石晶体分别在145℃与150℃有明显的热致发光出现,采用初始上升法计算出两种方法生长的晶体的热致发光陷阱深度分别为1．15eV及1．05eV。     

电源电路抗γ总剂量辐射性能建模与裕量与不确定性量化评估

针对电源电路抗总剂量辐射性能评估问题,建立了元器件和电路的性能模型,并搭建测试电路对模型进行了测试。开展了辐照敏感关键元器件的总剂量辐照试验,获取了元器件关键参数随累积总剂量变化的实验数据,将参数变化规律注入模型,开展了电源电路抗辐射性能仿真,获得了电路关键特征参数输出电压随累积总剂量的变化规律。采用裕量与不确定性量化(QMU)方法对电源电路的抗辐射性能进行评估,并与电路实际辐照实验结果进行对比,结果表明,QMU评估结果与实际实验结果保持了较好的一致性。     

Fe-Cr合金辐照空洞微结构演化的相场法模拟

Fe-Cr合金作为包壳材料在高温高辐照强度等极端环境下服役,产生空位和间隙原子等辐照缺陷,辐照缺陷簇聚诱发空洞、位错环等缺陷团簇,引起辐照肿胀、晶格畸变,导致辐照硬化或软化致使材料失效.理解辐照缺陷簇聚和长大过程的组织演化,能更有效调控组织获得稳定服役性能.本文采用相场法研究Fe-Cr合金中空洞的演化,模型考虑了温度效应对点缺陷的影响以及空位和间隙的产生和复合.选择400—800 K温度区间、0—16 dpa辐照剂量范围的Fe-Cr体系为对象,研究在不同服役温度和辐照剂量下的空位扩散、复合和簇聚形成空洞的过程.在400—800 K温度区间,随着温度的升高,Fe-Cr合金空洞团簇形核率呈现出先升高后下降的趋势.考虑空位与间隙的重新组合受温度的影响可以很好地解释空洞率随温度变化时出现先升高后降低的现象.由于温度的变化将影响Fe-Cr合金中原子离位阀能,从而影响产生空位和间隙原子.同一温度下,空洞半径和空洞的体积分数随辐照剂量的增大而增大.辐照剂量的增大,级联碰撞反应加强,空位与间隙原子大量产生,高温下空位迅速的扩散聚集在Fe-Cr合金中将形成更多数量以及更大尺寸的空洞.