CMOS 电路 X 射线辐射剂量增强效应

研究了ＣＭＯＳ电路在Ｘ射线辐射环境下性能的退化及剂量增强效应,测量了相对剂量增强系数。对不同工艺ＣＭＯＳ电路的剂量增强系数进行了比较,并对高原子序数材料的Ｘ射线剂量增强机理进行了讨论。     

CMOS图像传感器单粒子效应及加固技术研究进展

互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)图像传感器(CMOS Image Sensor,CIS)在空间应用时会受到单个粒子辐照影响,这通常会导致CIS采集图像出现异常,严重时会导致器件功能失效。本文从不同粒子的角度:重离子、质子、电子和中子,从CIS容易发生的单粒子效应类型:单粒子瞬态(Single Event Transient,SET)、单粒子翻转(Single Event Upset,SEU)、单粒子闩锁(Single Event Latchup,SEL)、单粒子功能中断(Single Event Functional Interrupt,SEFI)等方面综述了CIS单粒子效应研究进展。简要介绍了CIS单粒子效应加固技术研究进展。分析总结了目前CIS单粒子效应及加固技术中亟待解决的问题,为今后深入开展相关研究提供理论参考。     

X射线剂量增强环境下电子系统辐射效应和加固

本文研究在Ｘ射线剂量增强环境下电子系统的薄弱性及应采取的加固方法，给出了组成电子系统各类器件和集成电路剂量增强系数，从实验结果出发，指出最佳的屏蔽Ｘ射线的方法。     

CMOS器件X射线与γ射线辐照效应比较

介绍了低能X射线和γ射线的辐照剂量及器件阈电压漂移的测试方法。讨论了不同偏置条件和辐照方向对器件效应的影响。结果表明 ,对镀金Kovar合金封装的器件 ,在背向辐照的最劣辐照偏置下 ,X射线产生的阈电压漂移是60 Coγ射线的 13.4倍。     

γ射线辐照对数字型彩色CMOS图像传感器输出特性的影响

研究了数字型彩色CMOS图像传感器的γ射线辐照效应.采用不同γ射线注量进行积累辐照和单次辐照.积累辐照后捕获的图像在1.2 kGy时变得非常差,而单次辐照后图像在1.8 kGy时才变得非常差.积累辐照由于类似加电模式而比单次辐照时性能退化严重.     

脉冲X射线参考辐射场设计与研究

脉冲辐射在新型探测器研制、工业探伤、X射线诊断、核事故应急和科研等领域中已经得到了广泛应用,其辐射剂量(率)测试难度极大。为解决主动式辐射剂量仪的脉冲响应测试技术难题,基于多种X射线机建立了脉冲X射线参考辐射场,结合次级标准电离室及脉冲时间测量系统开展了脉冲辐射剂量(率)定值。实验结果表明,所建立的脉冲X射线参考辐射场的脉冲宽度在25 ns～10 s之间可调,瞬时剂量率范围为：5 mSv/h～6.7×10⁵ Sv/h,可广泛开展主动式辐射剂量仪的脉冲响应特性研究,对于解决脉冲辐射剂量监测仪器的校准难题具有重要意义。     

直流X射线模拟电缆X射线响应的可行性

本文对电缆X射线辐照响应的机理和模拟方法进行了研究,分析了电缆直流和脉冲X射线辐照响应的异同。建立了带状电缆X射线辐照响应一维计算模型,该模型包含电缆屏蔽层和介质层间隙、介质层瞬态辐射感应电导率等计算模型,模拟了带状电缆直流和脉冲X射线辐照电流响应。模拟结果表明,在X射线注量相同的条件下,电缆直流和方波脉冲X射线响应具有类似的波形特征及相同的间隙电压。因此,在该计算模型描述的电缆X射线辐照响应机制下,可利用直流X射线开展相应的脉冲X射线辐照响应机制模拟。     

0.4mm像素X射线阵列探测器的设计

描述了一种像素大小为0.4mm的X射线阵列探测器系统的设计,探测器以闪烁陶瓷材料Gd2 O2S:Tb耦合光电二极管阵列构成,可应用于几十到100keV的X射线数字辐射成像系统,可作为无损检测技术研究平台中的探测器系统.介绍了探测器的信号处理方法,给出了用该系统获取的实际图像.     

X射线对三株肿瘤细胞辐射敏感性比较

比较研究X射线对人子宫颈癌细胞（HeLa）、人肝癌细胞（HepG2）和人粘液表皮样癌细胞（MEC-1）的辐射敏感性。X射线照射三株细胞至吸收剂量2、4、6、8 Gy后0.5、4和24 h,用克隆形成实验测定细胞增殖,中性彗星电泳法检测DNA双链损伤（DNA double strand breaks,DSB）,免疫荧光染色法检测磷酸化组蛋白H2AX（γH2AX）焦点的形成。结果显示：2、4、6、8 Gy剂量组及照射后不同时间点均以Hela细胞的存活分数（Survival fraction,SF）最高;CASP软件分析显示,DSB增加呈现时间和剂量依赖关系,照射后4 h尾矩（Tail moment,TM）增加最为明显,其中以MEC-1细胞增加最为显著;照射后0.5和4 h,γH2AX阳性细胞率达到100%,照射后24 h逐渐下降,其中Hela细胞下降最为明显。结果提示,克隆形成实验、中性彗星电泳和γH2AX焦点检测法的联合使用能有效预测肿瘤细胞辐射敏感性。     

低能γ射线和X射线在几种金属薄膜中产生的次级辐射效应研究

对电子,低能γ射线和Ｘ射线穿透几种不同厚度的Ｆｅ,Ｃｕ和Ｔａ薄膜时所产生的次级电子及次级Ｘ射线进行了实验测量,并对影响次级电子和次级Ｘ射线强度的因素进行了分析。     

便携式微束X射线荧光谱仪的研发

研制了便携式微束X射线荧光谱仪,并对其硬件、软件和性能等特征进行了分析。该谱仪应用激光位移传感器实时检测样品测量点到透镜出端之间的距离并自动调节该距离的方法,来解决考古样品表面不平整或弧度而造成的照射样品X射线束斑变化的问题,从而保证X射线照射光斑大小不变。为验证谱仪的可靠性,采用该谱仪测量了表面高度差接近5 mm的古陶瓷样品微区的釉彩层元素的分布。分析结果表明,激光位移传感器能有效减少由于样品表面不平整或弧度带来的测量误差。此外,使用本谱仪分析了5角硬币表面4 mm×4 mm的区域,经过数据处理后得到Cu、Sn等元素的分布及其合金相的分布,表明该谱仪不仅可进行微区能量色散X射线荧光分析（μ-EDXRF）,同时还可进行微区能量色散X射线衍射分析（μ-EDXRD）。     

一种抗单粒子翻转容错异步收发器电路设计

为了改善星载粒子探测装置异步收发器的抗单粒子翻转性能,提出了一种基于Actel Flash FPGA的解决异步收发器抗单粒子翻转和传输过程中检错和纠错问题的高可靠设计方案。基于Actel公司的Pro ASIC Plus系列APA600 FPGA,采用汉明码(Hamming Code)和三模冗余(Triple Modular Redundancy,TMR)法相结合的方式对异步收发器进行容错设计,实现了一种新型的抗单粒子翻转电路。对于发送器模块,首先数据处理单元把发送的数据送到编码器中完成汉明码编码,之后将编码完成的数据分别发送给多数表决器中来表决得到数据送入串行发送器中,最后将并串转换的数据发送出去。对于接收器模块,通过串行接收器对接收数据进行串并转换,并将转换后的并行数据送入解码器,解码器对接收到码字进行译码,得到最终的信息数据。对设计进行误差注入仿真测试,结果表明所设计的容错异步串行收发器能够有效地容错,可以非常方便地应用到航空航天等辐射环境中,实现高可靠的系统设计。     

去除X线透射图像中重叠效应的算法研究

在X线透视成像安全检查过程中,经常遇到多种物体重叠在一起,很难判断物质的真实属性,这对危险品检测工作产生了很大影响。如何消除X线透射图像中的重叠效应,得到被覆盖物质的真实灰度以及属性信息一直是安检设备研发中的一个重要课题。目前的方法只能对灰度级较高,即穿透性很好的重叠区域有较好的效果。通过对重叠效应的深入分析和大量试验验证,对现有方法进行了改进。实验结果证明本方法不仅在灰度级较高的区域有较好的效果,在穿透性不强的区域也有较好的效果。     

中子与X射线图像的WBCT域局部自适应融合算法

提出了一种基于WBCT(wlavelet-Based Contourlet Transform)的中子与x射线图像融合方法.WBCT继承了小波分析的多尺度性,并且能更有效地表达图像的高维奇异,可将不同图像的信息有效地融合在一起.同时,为了弥补基于像素的图像融合方法的不足,该算法通过邻域一致性测度的计算,实现了变换系数的局部自适应融合.实验结果表明,该方法所得的融合结果保留了更多的细节信息,提供了更多的准确信息,为中子成像和X射线成像的优势互补,提供了一种全新的研究思路.     

核电厂事故工况下监控图像传感器可用性分析与加固

文章对核电厂事故工况下图像传感器可用性及辐射损伤效应进行了分析,并提出了图像传感器系统的加固方案。通过分析事故工况下可能存在的各类因素,研究各类恶劣因素对传感器可用性的影响,并针对核电厂事故中特有的放射性因素进行了图像传感器辐射损伤实验。对事故工况下存在的各类危害因素提出了对应的加固方法。     

双能量X射线荧光全息图重构算法消除孪生像的模拟研究

X射线荧光全息术以样品内部的发光原子作为相干光源进行全息成像,可以直接观测到晶体内部原子的三维排列结构。和传统的全息术一样,X射线荧光全息术也遇到了孪生像问题。本文以27个Fe原子成立方排列的结构为模型,采用双能量荧光全息图重构算法研究入射X射线能量的选取对消除孪生像效果的影响。结果表明:记录荧光全息图的两个X射线能量越接近（对于内探测器全息术而言,最小能量差取决于单色器和探测器的能量分辨率;对于内源全息术而言,最小的能量差取决于元素的两个紧邻荧光能量差和探测器的能量分辨率）,消除孪生像的效果越好;而入射X射线的能量越高,则原子像的分辨率越高。     

多类图像传感器模组电离辐射损伤对比研究

为选择能用于γ射线辐照环境且最具有加固潜力的图像传感器模组,对比分析了7类传感器模组辐照前后实时采集明、暗图像的参数,研究了不同类型的模拟图像传感器模组及数字图像传感器模组的抗辐射性能,并讨论了辐射损伤机理。实验结果表明：γ射线对图像传感器模组的损伤及干扰程度与模组类型、图像传感器制作工艺、辐照剂量率及总剂量相关;剂量率造成的干扰与剂量率并非呈单纯的线性关系;镜头透镜的透光率随累积剂量的增大而下降;入射γ射线对采集画面质量的干扰与环境光线强度相关,较弱的真实信号更易被入射光子引入的噪声淹没。以上结果提示,入射γ射线对图像传感器的损伤及干扰主要是由各像素单元内暗电流以及正向脉冲颗粒噪声引起的。经实验分析,采用互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺的数字摄像机更适用于γ射线辐射环境中的实时监测,但仍需通过加固手段提高其在辐射环境中工作的可靠性和使用寿命。     

新型低能辐射远程测量系统设计

为了实现低能辐射精确的远程测量,设计了一种基于ARM单片机和ZigBee无线传输的新型低能辐射远程测量系统,优化了前端算法,提出了精度更高的整体求和算法。系统可靠性利用ARM单片机发射数据与ZigBee接收数据的一致程度来测试,算法精确度利用MATLAB进行图像处理,再计算辐射亮点灰度值,并用插值拟合方法进行数据处理来测试。实验结果表明,整体求和算法的运用以及ARM和ZigBee的结合可实现低能辐射精确的远程测量。     

强辐射环境下CMOS图像传感器噪声对相机分辨率的影响

CMOS图像传感器（CIS, CMOS image sensor）相机是照相装置中常用的成像设备。在核工业环境下的监控过程中,CIS易受γ辐射影响产生噪声,影响图像的成像分辨率,有必要从系统角度评估CIS相机抗辐照能力。通过利用60Co?γ放射源对CIS相机进行辐照实验,分别得到了典型CIS相机的噪声与图像分辨率和辐射剂量的函数关系,进而求出满足相应分辨率条件下CIS相机的辐照剂量上限。研究结果显示,对于相机成像图片目标区域的最小灰度值区域噪声数量占比σ≤2%,CIS相机电离总剂量（total ionizing dose, TID）小于150 krad（Si）,相机分辨率没有明显降低。并且在通过ISO 12233: 2014 eSFR测试相机分辨率中发现,利用基于楔形图获取混淆的开始频率测试法评估辐照相机分辨率参数比SFR测试法更具合理性。