几种不同材料降能器对200 MeV质子放疗特性的蒙特卡罗模拟

能量选择系统是医用质子回旋加速器放疗系统中极其重要的部件,主要用来调节质子束能量,使得从加速器出来的质子束能量满足临床治疗计划的要求。能量选择系统的核心部件是降能器,目前降能器大多采用石墨作为降能材料。近些年提出用铍或者碳化硼替代石墨作为降能器材料的设想,以期望提高质子束流的传输效率。利用蒙特卡罗软件TOPAS模拟200 MeV质子在石墨、铍和碳化硼三种不同材料多楔形结构降能器中的输运过程,统计了穿过降能器后质子以及产生的次级中子的能量通量,并计算了质子束流在穿过不同降能器后的能量分散,据此得到了三种材料降能器厚度与质子能量之间的关系曲线,同时也分析了不同降能器对质子束传输效率的影响以及次级中子产额的情况。通过对比发现,三种材料降能器对束流的能量发散效果相当,而使用铍或者碳化硼都能提高束流传输效率,尤其铍降能器的性能较优。但铍和碳化硼与质子相互作用会产生更多的次级中子,因此在实际应用时需要更多地考虑次级中子对设备的辐射防护。Energy selection system (ESS) is an important component for medical proton cyclotron system. It has been widely used to modulate the proton energy in accordance with treatment requirements. ESS consists of the energy degrader which was mostly made of graphite. Recent years, to improve the transmission efficiency of the proton beams, beryllium and boron carbide have been proposed to substitute the graphite. In this work, the Monte Carlo code, TOPAS, was used to simulate the transport process of 200 MeV proton beams traversing the multi-wedge energy degrader made of graphite, beryllium and boron carbide, respectively. Energy fluxes of the protons and secondary neutrons after degrader, as well as the energy dispersion of the degraded proton beams, were calculated. It is found that the energy dissipation effect is nearly identical for all three kinds of degrader material, but using the beryllium or even boron carbide can improve the proton transmission efficiency. However, more secondary neutrons would be produced when proton beams interact with the beryllium and boron carbide, suggesting the need of additional consideration for radiation shielding to devices.     

BESⅢCsI晶体量能器设计中的优化

在BESⅢ晶体量能器的设计、研制过程中,对其性能进行蒙特卡罗研究,从而优化设计方案.     

BESⅢ晶体量能器设计中的蒙特卡罗研究

在BESⅢ晶体量能器的设计、研制过程中,利用7×7CsI晶体探测单元的模拟程序,对其性能做了精细的蒙特卡罗研究.给出了与非相干噪声、能量线性、晶体光输出均匀性、位置依赖等相关的模拟结果.     

L3量能器束流测试中的e/π分辨研究

本文分析了L3实验的量能器束流测试数据,提出了用"key cut"和"Δ cut"作为e/π分辨的手段.结果表明,在4—20GeV能量区域内,e/π分辨均高于93.7%.     

AMS02电磁量能器三维重建

研究了AMS02电磁量能器簇射三维重建, 发展出一个新的三维重建程序, 并用 蒙特卡罗模拟以及2002年束流测试数据对其进行了检验．该程序应用两次方向 重建、结合光纤衰减修正、横向以及纵向能量泄漏补偿, 完整地对事例进行了 重建, 得到了较为理想的能量分辨率和角度分辨率．     

一种实验确定微电子器件灵敏体积的方法

介绍一种实验确定微电子器件单粒子翻转(SEU)灵敏体积(S_V)厚度d的方法.用从低到高不同能量的重离子辐照微电子器件, 测量其SEU截面随离子射程的变化曲线σ_seu(r), 用数学计算从σ_seu(r)和LET(r)函数提取d. 利用测得的d和σ_seu(LET), 经过模型计算可得到更精确的空间SEU率的预言值.     

均匀取样电磁量能器能量纵向泄漏的修正

研究对铅-闪烁光纤夹层电磁量能器能量纵向泄漏的纠正.对AMS02电磁量能器2002年束流测试的数据进行了分析,用Γ函数拟合的方法和末层沉积能量法对量能器的能量纵向泄漏进行了修正.经过修正后的能量线性变好,能量分辨率显著提高.末层沉积能量法对于能量分辨率的提高效果更为明显.     

一种通用的辐射聚焦器设计方法

本文把辐射聚焦器设计当作逆衍射问题求解，在吸收“模拟退火”思想的基础上，提出了一种通用性强、抗局部极值性好的优化算法──Ｉｍｐｒｏｖｅｄ－ＡＬＯＰＥＸ法，并就如何控制优化过程中的温度与步长两参量，进行了详细的讨论，剔除了ＡＬＯＰＥＸ法中存在的一些问题，最后比较了Ｅｒｒｏｒ－Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ法和本方法的设计结果。     

用最小电离的质子刻度铅–闪烁光纤夹层电磁量能器

研究利用最小电离的质子和已知能量的电子来刻度铅–闪烁光纤夹层电磁量能器.对最小电离粒子输出响应进行光纤衰减修正后,利用最小电离质子的输出响应对量能器测量单元进行标定,然后对不同入射能量的电子事例进行能量重建,重建能量与入射能量有很好的线性关系.本文还对最小电离的质子与μ子对量能器测量单元的输出响应进行了比较,发现二者在误差范围内是一致的.     

光电色度计校正滤色器的一种设计方法

介绍了光电色度计的测色原理，给出了依卢瑟条件设计校正滤色器计算光谱透射比的基本计算式，以滤色片厚度为自变量采用总误差面积最小，误差平方和最小，色差最小三种评价函数对滤色器进行优化设计，最后得到较为满意的结果。     

空间高能离子在纳米级SOI SRAM中引起的单粒子翻转特性及物理机理研究

基于蒙特卡罗方法研究空间高能离子在65—32 nm绝缘体上硅静态随机存取存储器(SOI SRAM)中产生的灵敏区沉积能量谱、单粒子翻转截面和空间错误率特性及内在的物理机理.结果表明:单核能为200 MeV/n的空间离子在60—40 nm厚的灵敏区中产生的能损歧离导致纳米级SOI SRAM在亚线性能量转移阈值区域出现单粒子翻转;宽的二次电子分布导致灵敏区仅能部分收集单个高能离子径迹中的电子-空穴对,致使灵敏区最大和平均沉积能量各下降25%和33.3%,进而引起单粒子翻转概率降低,以及在轨错误率下降约80%.发现俘获带质子直接电离作用导致65 nm SOI SRAM的在轨错误率增大一到两个数量级.     

Large energy-loss straggling of swift heavy ions in ultra-thin active silicon layers

Monte Carlo simulations reveal considerable straggling of energy loss by the same ions with the same energy in fully-depleted silicon-on-insulator (FDSOI) devices with ultra-thin sensitive silicon layers down to 2.5 nm. The absolute straggling of deposited energy decreases with decreasing thickness of the active silicon layer. While the relative straggling increases gradually with decreasing thickness of silicon films and exhibits a sharp rise as the thickness of the silicon film descends below a threshold value of 50 nm, with the dispersion of deposited energy ascending above ±10%. Ion species and energy dependence of the energy-loss straggling are also investigated. For a given beam, the dispersion of deposited energy results in large uncertainty on the actual linear energy transfer (LET) of incident ions, and thus single event effect (SEE) responses, which pose great challenges for traditional error rate prediction methods.     

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。     

100MeV质子双环双散射体扩束方案设计

为满足质子单粒子效应实验对大面积、均匀化质子束流的需求,针对中国原子能科学研究院100 MeV质子回旋加速器提供的100 MeV质子进行了双环双散射体扩束方案设计.Geant4模拟表明该方案可在2.4 m位置产生一个均匀性为±1.89%、半径为8 cm的照射野,在5 m位置产生一个均匀性为±5.32%、半径为20 cm的照射野.此外,利用Geant4对双环双散射体扩束方法的基本原理进行了进一步探索,并对第二散射体后加速器管道、初始束斑尺寸、照射野形成距离、改变入射质子能量等实际中各种可能因素对该方案扩束效果的影响进行了讨论.     

Impact of energy straggle on proton-induced single event upset test in a 65-nm SRAM cell

This paper presents a simulation study of the impact of energy straggle on a proton-induced single event upset(SEU)test in a commercial 65-nm static random access memory cell. The simulation results indicate that the SEU cross sections for low energy protons are significantly underestimated due to the use of degraders in the SEU test. In contrast, using degraders in a high energy proton test may cause the overestimation of the SEU cross sections. The results are confirmed by the experimental data and the impact of energy straggle on the SEU cross section needs to be taken into account when conducting a proton-induced SEU test in a nanodevice using degraders.     

静态随机存储器单粒子效应的角度影响研究

利用兰州重离子加速器加速的高能离子研究了入射角度对IDT71256的单粒子翻转截面和多位翻转比例的影响.研究表明：在大角度掠射轰击下单粒子翻转截面的增大包括了多位翻转的贡献；离子在器件敏感层中沉积的能量及其横向分布是影响多位翻转的两个重要参数，IDT71256发生三位以上多位翻转的比例随着离子入射角度的增大而增加. 关键词： 静态存储器 单粒子翻转 多位翻转 沉积能量 横向分布     

单粒子翻转脉冲激光模拟的能量阈值的计算

根据光的吸收机理,分析了单粒子效应脉冲激光模拟实验中所需用的脉冲激光的特点,探讨了脉冲激光单粒子效应的Monte Carlo计算模拟途径。在只考虑光电效应的简化下,得到存储器硅片单粒子翻转时入射脉冲激光能量阈值与临界电荷的计算关系式,进而给出该硅片的翻转截面的计算公式。在给定了存储器硅片的临界电荷的情况下,对入射脉冲激光能量阈值和单粒子翻转截面进行了计算。     

临近空间大气中子环境的仿真研究

以大气模型、宇宙线模型和地磁截止刚度模型为基础,利用蒙特卡罗方法在国内首次建立了临近空间大气中子环境的计算机仿真模型,分别研究了银河宇宙线、太阳宇宙线诱发的大气中子环境分布规律以及地磁场屏蔽作用对大气中子环境的影响.通过与国外相关模型对比,证明本仿真模型是准确、可靠的,对太阳质子事件的详细分析,弥补了国外已有模型中的不足.该模型可用于临近空间大气中子诱发的元器件单粒子效应评估,以及航空机组人员飞行期间所接受的辐射剂量分析. 关键词： 临近空间 大气中子 单粒子效应 蒙特卡罗     

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.     

单粒子翻转脉冲激光模拟的能量阈值的计算

 根据光的吸收机理,分析了单粒子效应脉冲激光模拟实验中所需用的脉冲激光的特点,探讨了脉冲激光单粒子效应的Monte Carlo计算模拟途径。在只考虑光电效应的简化下,得到存储器硅片单粒子翻转时入射脉冲激光能量阈值与临界电荷的计算关系式,进而给出该硅片的翻转截面的计算公式。在给定了存储器硅片的临界电荷的情况下,对入射脉冲激光能量阈值和单粒子翻转截面进行了计算。