高能中子诱发半导体器件产生单粒子翻转的模拟计算

随着半导体及电子工艺技术的迅速发展,器件向着小尺度、低电压、低电荷、高集成度迈进,大气中子对航空及地面的电子系统造成的单粒子效应越来越显著.本文采用PHITS2.24蒙特卡罗程序及其事件发生器功能,借助于核反应模型与截面数据,验算了描述器件发生单粒子翻转能力的MBGR参数,并采用大气高能中子能谱,对SRAM器件的单粒子翻转率进行了计算与分析.这为我们今后模拟大气中子产生的各类单粒子效应提供了基本方法,也为将来开展相应的辐照实验提供了理论基础.     

基于SiC材料的激光加速质子束辐照特性研究

通过辐照核能材料SiC, 表征激光加速质子束连续宽能谱、短脉冲和高瞬态流强的特点。将SiC样品放置在距离靶体4 cm处, 连续进行300发满足指数能谱分布的能量为1~4.5 MeV的激光加速宽能谱连续质子束辐照。表面和截面拉曼光谱显示辐照后的SiC散射峰强度减小, 且拉曼光谱截面测量的整体趋势可以与SRIM模拟的能谱加权后的深度能损分布对应, 从而通过实验对能量连续分布的激光加速质子束进行表征。此外, 实验结果显示, 激光加速质子束的短脉冲特性可在SiC表面产生相当高的瞬时束流密度。这种快速的宽能谱辐照为模拟反应堆中子辐照提供了可能性。     

高能质子核反应截面的Monte Carlo计算

根据高能质子核反应的核内级联模型,采用Monte Carlo方法对高能质子入射靶核的核反应过程进行了模拟计算。碰撞进入靶核内的质子初始位置由随机抽样得到,而初始的能量和动量通过守恒定律计算得出;靶核内的核子数密度采用均匀分布近似;被碰核子的初始动量从Fermi分布中随机抽样得到,被碰核子的初始运动方向从各向同性分布中抽样;核子-核子碰撞动力学采用相对论下的两体碰撞近似。编程计算了高能质子核反应截面、次级粒子能谱等数据,并与相关结果进行了对比分析。     

静态随机存储器单粒子翻转效应截面的蒙特卡罗模拟

单粒子翻转(SEU)效应是离子入射静态随机存储器(SRAM)使其逻辑状态发生改变的一种效应.依据地面单粒子翻转实验数据构建合适的模型可以对器件的在轨运行错误率进行预估.文章主要针对0.15μm工艺的SRAM,基于蒙特卡罗软件Geant4,构建经验模型,模拟其单粒子翻转效应截面,并将模拟结果与实验结果进行对比,结果表明该经验模型可以应用于亚微米器件单粒子翻转效应的模拟.     

基于TMR的FPGA单粒子加固试验探究

设计了一个可对基于静态随机存储器的现场可编程门阵列进行单粒子效应测试的系统.采用三模冗余和定时回读重配的方法对待测器件进行单粒子加固.测试电路为移位寄存器链,定时回读的间隔约为80 ms,测试时钟为10 MHz.在非辐照环境下先进行了单粒子翻转的仿真试验,获得系统基本参数后,在兰州中科院近代物理研究所进行了重离子单粒子效应辐照试验.试验芯片为商用FPGA,辐照试验增加单粒子闩锁监控,观察不同注量率下待测器件的加固效果.分析仿真试验与辐照试验结果,系统可正确实现加固与测试功能,也证明三模冗余技术结合回读重配方法能够提高FPGA芯片的单粒子加固能力.     

脉冲激光模拟单粒子效应的等效LET计算

在脉冲激光模拟单粒子效应实验中, 一个关键问题是计算激光脉冲的等效LET. 给出了在考虑非线性能量吸收机制、半导体器件表面反射和折射等关键因素下激光脉冲的等效LET计算方法和具体算例, 与离子探测的器件单粒子翻转阈值吻合得较好.     

多学科应用的散裂中子源

中子是构成物质的基本粒子，中子散射技术是用高能质子等快速粒子轰击重原子核，使其中部分中子“散裂”出来，然后用中子束流瞄准样品，探测、计算得到散射中子的能量、散射角度及位置，进而得到固体位置、运动、特性等信息。在国际上，中子散射技术都已经发展到了一个较好的阶段。中子散射技术已成为当前研究物质微观结构及其动力学过程最重要的工具之一，中子散射可帮助科学家了解从液态晶体到超导陶瓷、从蛋白质到塑料、从金属到胶粒等各种物质特性的详细情况，在诸如凝聚态物理、化学、生物工程等领域被广泛采用。     

国内期刊亮点

正暗物质粒子探测卫星中子探测器的GEANT4模拟近几十年暗物质研究已逐渐成为天文学研究的重要领域之一,相关理论研究和试验项目日新月异。由于暗物质粒子探测卫星的探测对象涉及高能电子,为了减少其他带电粒子(主要是质子)被误认为是电子的事件率,必须采用适当的方法区分质子和电子。中国科学院紫金山天文台、中国科学院暗物质与空间天文重点实验室与中国科学院大学的研究人员合作研究,实验表明高能质子在锗酸铋(BGO)量能器内     

高能质子-铅相互作用中的玻色-爱因斯坦关联研究

本文研究了在158GeV／c能量下，质子撞击固定铅靶的NA49实验组的结果，通过粒子中心度探测器，辨别出不同碰撞参量的粒子事件，分别给出了高能中心核碰撞，非中心核碰撞和最小无偏碰撞的实验结果，并分别给出了这三种碰撞的玻色-爱因斯坦关联半径的大小，并与相同能量铅-铅碰撞结果的比较，发现在高能核-核碰撞中存在很强的纵向集体流。     

用MCNPX计算ADS金属靶散裂中子产额及散裂源中子效率

为了分析加速器驱动系统（ADS）中质子束能量对金属靶散裂产生的中子产额及靶内中子能谱、靶表面的泄漏谱的影响,利用MCNPX对ADS的重金属铅靶、钨靶在不同能量的质子束轰击下的中子产额、中子能谱及靶表面的中子泄漏谱进行了模拟计算,与国际上其他研究机构的模拟结果进行了比较,结果相近.并对铅靶、钨靶的中子产额及泄漏谱进行比较,模拟结果是钨靶的中子产额较铅靶的中子产额大但中子泄漏谱计数较铅的小.结合MCNP5还对一个次临界基准体系中散裂源中子相对于裂变中子的效率进行了计算.     

对称能对Au+Au碰撞直接流消失的影响

利用最近更新的极端相对论量子分子动力学(UrQMD)模型研究了对称能对重离子碰撞中的直接流平衡能量(Ebal)的影响。以197Au+197Au半中心(约化碰撞参数为b0=0.15-0.4)碰撞为例,来研究不同密度依赖的对称势能对Ebal的影响。改进之后的模型给出的直接流斜率的激发函数能够很好的与最新的实验数据符合,通过50万次事件的模拟及利用三点直线拟合的方法,给出了非常精确的平衡能量。研究结果表明,直接流的Ebal依赖于粒子的种类,不同的密度依赖的对称能对质子直接流的Ebal影响很小(小于1 MeV),而对质子数为1的粒子(包括质子、氘核、氚核)及中子的直接流的Ebal影响较为明显,大约有几个MeV。     

Superallowed Gamow-Teller decay of the doubly magic nucleus 100Sn

The shell structure of atomic nuclei is associated with 'magic numbers' and originates in the nearly independent motion of neutrons and protons in a mean potential generated by all nucleons. During β(+)-decay, a proton transforms into a neutron in a previously not fully occupied orbital, emitting a positron-neutrino pair with either parallel or antiparallel spins, in a Gamow-Teller or Fermi transition, respectively. The transition probability, or strength, of a Gamow-Teller transition depends sensitively on the underlying shell structure and is usually distributed among many states in the neighbouring nucleus. Here we report measurements of the half-life and decay energy for the decay of (100)Sn, the heaviest doubly magic nucleus with equal numbers of protons and neutrons. In the β-decay of (100)Sn, a large fraction of the strength is observable because of the large decay energy. We determine the largest Gamow-Teller strength so far measured in allowed nuclear β-decay, establishing the 'superallowed' nature of this Gamow-Teller transition. The large strength and the low-energy states in the daughter nucleus, (100)In, are well reproduced by modern, large-scale shell model calculations.     

由光二极管读出的CsI(Tl)闪烁探测器对高能轻荷电粒子的能量响应

利用50MeV/u ~(12)C束轰击Au靶产生的高能P,d,t,~3He和α粒子研究了由光二极管读出的CsI(T1)闪烁探测器的能量响应。实验结果表明:对于~3He和α粒子,在能量小于100MeV区域,该探测器具有近似线性的能量响应,对于P,非线性能量响应最为严重。仅在低于10MeV能区,还具有线性的能量响应,随着粒子能量增高,非线性愈加严重。对于d和t,探测器有与P相类似的能量响应,只是近似线性的能区扩展至稍为更高的能量。     

MONTE-CARLO CALCULATIONS OF NUCLEON EMISSION AND ENERGY DEPOSITION OF SPALLATION NEUTRON SOURCES INDUCED BY INTERMEDIATE ENERGY PROTONS

ＭＯＮＴＥ┐ＣＡＲＬＯＣＡＬＣＵＬＡＴＩＯＮＳＯＦＮＵＣＬＥＯＮＥＭＩＳＳＩＯＮＡＮＤＥＮＥＲＧＹＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮＯＦＳＰＡＬＬＡＴＩＯＮＮＥＵＴＲＯＮＳＯＵＲＣＥＳＩＮＤＵＣＥＤＢＹＩＮＴＥＲＭＥＤＩＡＴＥＥＮＥＲＧＹＰＲＯＴＯＮＳＳｈｅｎＱｉ...     

太阳同步轨道电子与质子对卫星的电离和非电离能损

空间辐射环境是飞行器寿命的主要限制因素之一。由于空间辐射环境的复杂性,以及飞行器在空间活动的轨道和设计寿命的不同,飞行器需要的抗辐射屏蔽的要求也不同。针对太阳同步轨道所处的空间辐射环境(由AE8和AP8提供该轨道的电子和质子能谱),采用Monte Carlo方法的PENELOPE和SHIELD软件包进行了模拟计算,研究了卫星所需的辐射屏蔽。根据模拟结果分析发现:在空间环境研究中,除了电离能损引起的总剂量外,由质子的非电离能损引起的位移损伤的影响不可忽略。质子和二次质子对电离能损、中子对非电离能损的贡献最大。     

Microstructure simulation of rapidly solidified ASP30 high-speed steel particles by gas atomization

In this study, the microstructure evolution of rapidly solidified ASP30 high-speed steel particles was predicted using a simulation method based on the cellular automaton-finite element (CAFE) model. The dendritic growth kinetics, in view of the characteristics of ASP30 steel, were calculated and combined with macro heat transfer calculations by user-defined functions (UDFs) to simulate the microstructure of gas-atomized particles. The relationship among particle diameter, undercooling, and the convection heat transfer coefficient was also investigated to provide cooling conditions for simulations. The simulated results indicated that a columnar grain microstructure was observed in small particles, whereas an equiaxed microstructure was observed in large particles. In addition, the morphologies and microstructures of gas-atomized ASP30 steel particles were also investigated experimentally using scanning electron microscopy (SEM). The experimental results showed that four major types of microstructures were formed: dendritic, equiaxed, mixed, and multi-droplet microstructures. The simulated results and the available experimental data are in good agreement.     

7核素列的三角形与4线联系

在坐标单位是氘氚结团的正方形核素图中,描述一个线性7核素组成的三角形,其顶点与3边中点都是7核素列的端点;另外,说明开始点核素在坐标S轴上的4列偶奇相间的7核素列统一于关系式:S=a+n H(n=1,2,3,4).可以以上结论为突破点,探索核素体系的本质.     

A triplet of differently shaped spin-zero states in the atomic nucleus 186Pb

Understanding the fundamental excitations of many-fermion systems is of significant current interest. In atomic nuclei with even numbers of neutrons and protons, the low-lying excitation spectrum is generally formed by nucleon pair breaking and nuclear vibrations or rotations. However, for certain numbers of protons and neutrons, a subtle rearrangement of only a few nucleons among the orbitals at the Fermi surface can result in a different elementary mode: a macroscopic shape change. The first experimental evidence for this phenomenon came from the observation of shape coexistence in 16O (ref. 4). Other unexpected examples came with the discovery of fission isomers and super-deformed nuclei. Here we find experimentally that the lowest three states in the energy spectrum of the neutron deficient nucleus 186Pb are spherical, oblate and prolate. The states are populated by the alpha-decay of a parent nucleus; to identify them, we combine knowledge of the particular features of this decay with sensitive measurement techniques (a highly efficient velocity filters with strong background reduction, and an extremely selective recoil-alpha-electron coincidence tagging methods). The existence of this apparently unique shape triplet is permitted only by the specific conditions that are met around this particular nucleus.     

质子对碲锌镉辐照损伤的SRIM模拟

模拟计算质子对CdZnTe的辐照损伤. 先计算质子在CdZnTe中的电离损伤和位移损伤, 再计算不同能量和入射角的质子辐照CdZnTe产生的空位数, 最后计算不同能量和入射角的质子辐照不同厚度CdZnTe靶的溅射产额. 结果表明: 电离损伤远大于位移损伤; CdZnTe内因质子辐照产生的空位数随质子能量的增大而增加, 当质子入射角大于60°时, 产生的空位数明显减少; CdZnTe低于半导体硅和金刚石的抗辐照性能; 溅射产额与空位数相差较大, 溅射产额随质子能量的增大先增大后减小, 随质子入射角的增大而增大, 随CdZnTe靶厚度的增大整体趋于增大.