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。     

氮化镓在不同中子辐照环境下的位移损伤模拟研究

电子器件中的半导体材料经过中子辐照后产生大量位移损伤,进而影响器件性能,氮化镓(GaN)材料是第三代宽禁带半导体, GaN基电子器件在国防、空间和航天等辐射服役环境中具有重要应用.本文利用蒙特卡罗软件Geant4模拟了中子在GaN材料中的输运过程,对在大气中子、压水堆、高温气冷堆和高通量同位素堆外围辐照区四种中子辐照环境下GaN中的初级反冲原子能谱及加权初级反冲原子能谱进行了分析.研究发现:在四种辐照环境下GaN中初级反冲原子能谱中,均在0.58 MeV附近处出现不常见的"尖峰",经分析该峰为核反应产生的H原子峰,由于低能中子(n, p)反应截面较大,该峰的强弱和低能中子占总能谱的比例有关;通过对比四种中子辐照环境下GaN中初级反冲原子能谱分布可知,大气中子能谱辐照产生的初级反冲原子能量更低、分布范围更广,裂变堆能谱下较高能量的初级反冲原子的比例较大,大气中子和高通量同位素堆辐照环境下的初级反冲原子能谱与加权初级反冲原子谱形状更相似,结合核反应产物对电学性能的影响,高通量同位素堆外围辐照区更适合用于模拟GaN在大气中子环境下的辐照实验.该结果对GaN基电子器件在辐射环境下长期服役评估研...     

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.     

塑料闪烁光纤在高能中子辐照下质子分布特性的数值模拟

 利用Geant4系统模拟了在高能中子照射下,塑料闪烁光纤中产生的反冲质子的分布特性,分析了入射中子能量分别为2,4,6,8 MeV时,产生的反冲质子能量和方向分布,给出了反冲质子在不同方向上的能量分布。结果表明:向前和向后出射的质子分布不对称;反冲质子的能量在零与入射中子能量之间连续地分布;接近垂直入射方向产生的质子数较多;入射中子能量越高,产生质子数越少;反冲质子的出射角度越小,其能量越大,即沿着入射中子方向的反冲质子能量较大,垂直入射方向的反冲质子能量较小。     

反冲质子磁分析技术用于氘氚中子能谱测量研究

介绍了一种基于反冲质子法和磁分析技术的氘氚聚变诊断方法, 适用于稳态及脉冲条件下的等离子体温度、燃料密度和中子产额的精确诊断. 设计了小型的原理性装置, 磁分析器使用高性能钕铁硼二极永磁铁, 焦平面上使用CR-39固体径迹探测器或PIN探测器测量质子位置分布. 使用²³⁹Pu α 源对磁分析器进行了实验标定, 建立了配套的模拟程序. 利用蒙特卡罗方法模拟分析了装置整体性能, 并在K-400加速器上进行了中子实验研究.     

D-T中子与平板型聚乙烯材料作用的次级中子角度谱实验研究

基于反冲质子法建立了一种测量D-T中子与平板型宏观样品作用的次级中子角度谱的实验方法.为保证探测器的能量线性并在较低的中子有效测量下阈(0.5 MeV)情况下获得好的中子-伽马射线甄别性能,采用高、低能段分别测量的方法.采用事件记录法,同时记录了次级中子和伴随伽马射线的脉冲形状甄别和脉冲幅度二维信息,利用基于ROOT数据分析平台编写的离线数据分析程序,完成了伴随伽马射线的挑选和扣除,以及高、低两能段反冲质子谱的拼接,并成功的将神经网络技术应用于中子能谱的解谱,获得了D-T中子与9和18 cm厚平板型聚乙烯材料作用的0.5-15 MeV的次级中子角度谱实验结果.实验模型的MC模拟由MCNP5完成,数据库采用ENDF-VI,实验结果和MC计算结果在实验不确定度范围内一致. 关键词： D-T中子 积分中子学 反冲质子法 次级中子能谱     

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.     

镁，镍同位素中高能中子-质子数据计算评价

工作采用核结构与核反应相结合的技术方法，在处理核子同原子核的碰撞过程时，仔细了考虑核的能级结构、集体运动和形变激发模式，把原子核的结构信息充分地考虑进去，可在统一的框架内同时自恰地解释集体能级结构和散射数据，以保证物理上更加自恰合理，并给出较高置信度的中子一质子数据。     

质子和1MeV中子在硅中能量沉积的模拟计算

在现有中子截面数据和粒子与物质相互作用的理论基础上,编写了计算中子非电离能量损失(NIEL)和电离能量损失(IEL)程序,利用该程序和引进的TRIM95程序计算了1MeV中子和质子在硅中IEL和NIEL的大小和分布等,并对计算结果进行了分析和比较.     

非对称核物质中质子和中子的1S0态超流性

利用Brueckner-Hartree-Fock和BCS理论方法,计算了非对称核物质中处于1S0态的质子和中子的对关联能隙,着重研究和讨论了能隙的同位旋依赖性和三体核力的影响.结果表明:随核物质的同位旋非对称度增大,中子1S0态超流相存在的密度范围逐渐缩小而且对关联能隙峰值稍有升高;质子1S0态超流相存在的密度范围迅速扩大而且对关联能隙峰值显著降低.三体核力对非对称核物质中1S0态中子超流性及其同位旋依赖性的影响相对较小,但对1S0态质子超流性具有重要影响,而且其效应随核子数密度增大而迅速增强.三体核力的主要作用是强烈地抑制了具有高非对称度的核物质中高密度区域的1S0态质子超流性,导致质子超流相存在的密度范围显著缩小.     

Potential reduction interior point algorithm unfolding of neutron energy spectrum measured by recoil proton method

A reconstruction algorithm for unfolding neutron energy spectra has been developed, based for the first time on the potential reduction interior point algorithm. This algorithm can be easily applied to neutron energy spectrum reconstruction in the recoil proton method. We transform the neutron energy spectrum unfolding problem into a typical nonnegative linear complementarity problem. The recoil proton energy spectrum and response matrix at angles of 0^o and 30^o are generated by the Geant4 simulation toolkit. Several different neutron energy test spectra are also employed. It is found that this unfolding algorithm is stable and provides efficient, accurate results.     

CCD质子辐照损伤效应的三维蒙特卡罗模拟

针对空间质子诱发CCD性能退化问题,开展了CCD质子辐照效应的三维蒙特卡罗模拟研究。采用三维蒙特卡罗软件Geant4模拟计算了不同能量质子在Si和SiO₂中的射程及Bragg峰,分析了不同能量质子在材料中能量沉积的过程,并将模拟结果与相关数据进行对比,模拟误差在5%以内。根据质子与材料相互作用的物理过程,选取了合适的Lindhard分离函数,添加合适的物理过程,模拟计算了不同能量质子在SiO₂中的电离能量损失和Si中的非电离能量损失,并将结果与国外相关数据进行对比。根据CCD的生产工艺参数,建立了单个像元的三维模拟模型,确定了质子辐照损伤的灵敏体积,模拟计算了不同能量质子在像元灵敏体积内的电离能量沉积与非电离能量沉积,分析了CCD不同能量质子的辐照损伤差异产生的机理。结合粒子输运计算结果与CCD质子辐照实验结果,分析了质子辐照诱发CCD辐射敏感参数退化的物理机制。     

磁质子反冲谱仪磁分析系统的设计

磁质子反冲谱仪(MPR)是测量惯性约束聚变(ICF)实验和高功率聚变装置中子能谱的一种新型高性能诊断仪器,磁分析系统是其核心部分。通过2维束流输运和3维粒子输运模拟完成了紧凑型MPR谱仪磁分析系统的设计,对系统参数及系统性能进行了分析,分别根据能量分辨力、探测效率和计数率优先原则提出3种系统设计方案。结果表明:磁分析系统在1.5%~3.0%的能量分辨力范围达到10-5~10-4量级的探测效率,结构紧凑,符合MPR谱仪的设计目标。     

ST-401薄塑料闪烁体中子能量响应测量技术研究

利用中国原子能科学研究院核工业放射性计量测试中心的5SDH-2串列加速器进行了ST-401薄塑料闪烁体的能量响应实验.选用T(p,n)³He反应和D(d,n)³He反应作为中子源，子源，中子束流采用复合屏蔽体进行准直，源强采用正比计数管和半导体望远镜进行监测，实验测量了厚度从0.16mm到2.00mm的八种规格薄闪烁体的能量响应曲线，对实验的结果的不确定度进行了分析.结果表明探测器的灵敏度随着晶体厚度的增加而增加，对于一定厚度的薄闪烁体，随着中子能量的增加，探测器的能量响应曲线坡度不大. 关键词： 塑料闪烁体 能量响应 正比计数器 半导体反冲质子望远镜     

第二讲 散裂中子源和高功率质子加速器

文章介绍了与散裂中子源相关的高功率（几十千瓦到几兆瓦）质子加速器的发展状况,比较了不同类型的加速器组合的优缺点和它们的应用范围,并着重介绍该类型加速器所研究的主要加速器物理和加速器技术问题,其中很多都是当今国际粒子加速器领域的前沿问题.文中还简单地介绍了中国散裂中子源（CSNS）计划的加速器概念设计方案.     

磁质子反冲谱仪磁分析系统的设计

磁质子反冲谱仪(MPR)是测量惯性约束聚变（ICF）实验和高功率聚变装置中子能谱的一种新型高性能诊断仪器,磁分析系统是其核心部分。通过2维束流输运和3维粒子输运模拟完成了紧凑型MPR谱仪磁分析系统的设计,对系统参数及系统性能进行了分析,分别根据能量分辨力、探测效率和计数率优先原则提出3种系统设计方案。结果表明:磁分析系统在1.5%～3.0%的能量分辨力范围达到10-5～10-4量级的探测效率,结构紧凑,符合MPR谱仪的设计目标。     

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...     

聚变中子能谱测量系统脉冲中子灵敏度的实验研究

为多种复杂环境下的稳态和脉冲DT聚变中子能谱测量建立了一种灵敏度优化反冲质子磁谱仪. 使用成像板和同位素α源测量了谱仪的反冲质子能量-位置投影关系. 利用稳态加速器中子源平台、通过单粒子计数方法结合三维带电粒子输运程序模拟,研究了谱仪脉冲中子灵敏度能量响应. 通过高探测效率参数设置使谱仪对DT中子的探测效率达到2×10^-5 cm²水平,从而在较弱中子源上获得了较高统计精度实验数据. 程序模拟结果与谱仪α粒子刻度和DT中子标定实验结果取得了良好的一致性,可由此发展精细解谱技术,以提高脉冲中子能谱测量的灵敏度和能量分辨. 关键词： 聚变中子能谱 磁反冲质子 脉冲中子灵敏度 粒子输运