C276合金质子辐照损伤模拟及活化分析

C276合金是先进核电站燃料元件包壳的候选材料之一。本工作采用TRIM程序分别计算10和20MeV质子辐照C276所产生的辐照损伤,比较分析能损、离位原子、DPA等参数分布。同时使用FISPACT-2007程序进行活化计算,对放射性活度、衰变余热及接触剂量率等参数进行了详细分析。结果表明：辐照损伤主要来自电子能损的贡献,高能质子与靶原子发生碰撞的几率较低。C276经同种能量质子辐照后,活化特性随着辐照时间的增长而增加。辐照时间相同时,高能质子会对材料产生更大的影响。本工作为后续的辐照损伤分子动力学模拟及计划开展的质子辐照实验提供支持。     

不同能量和注量电子辐照对InP HEMT材料电学特性影响

本文采用气态源分子束外延法(GSMBE)制备了匹配型InGaAs/InAlAs磷化铟基高电子迁移率器件(InP HEMT)外延结构材料。针对该外延结构材料开展了不同能量和注量电子束辐照试验,测试了InP HEMT外延结构材料二维电子气（2DEG）辐照前后的电学特性,获得了辐照前后InP HEMT外延材料二维电子气浓度和迁移率归一化退化规律,分析了不同能量和注量电子束辐照对外延材料电学特性的影响。结果发现：在相同辐照注量2×1015 cm-2条件下,电子束辐照能量越高,InP HEMT外延材料电学特性退化越严重;15 MeV电子束辐照时,当辐照注量超过4×1014 cm-2后,外延材料电学特性开始明显退化,当电子辐照注量达到3×1015 cm-2后,外延材料电学特性退化趋势减弱趋于饱和。产生上述现象原因如下：电子束与材料晶格发生能量传递,产生非电离能损(NIEL),破坏晶格完整性,高能量电子束具有较高的非电离能损,会产生更多的位移损伤缺陷,导致InP HEMT外延材料电学特性更严重退化;InP HEMT外延材料电学特性主要受沟道InGaAs/InAlAs异质界面能带结构和各种散射过程影响,随着电子辐照注量的增加,位移损伤剂量增大,辐射损伤诱导缺陷会在沟道异质界面处集聚直至饱和。     

α粒子和Kr~+对CaCeTi_2O_7的辐照损伤的Monte Carlo模拟

为研究高能粒子辐照条件下CaCeTi_2O_7基体的微观损伤机制,利用蒙特卡罗软件包SRIM模拟α粒子和Kr~+在0.1~10.0 MeV入射能量范围内,CaCeTi_2O_7的阻止本领、能量损失、平均投影射程和空位分布。结果表明,当不同能量的α粒子入射时,平均投影射程为0.43~40.32μm,平均一个α粒子在单位纳米深度产生的空位数约为10~23个,CaCeTi_2O_7以电子阻止本领为主,能量主要以电离能损的方式损耗;当不同能量的Kr~+入射时,平均投影射程为0.04~2.76μm,平均一个Kr~+在单位纳米深度产生的空位数约为106~2 488个,随着入射粒子能量的增加核阻止本领逐渐减小,电子阻止本领逐渐增加,能量损失方式由声子能损向电离能损方式转变。入射角度由0°增加至75°时,α粒子入射造成的损伤区深度由14.5μm减小至4.0μm,Kr~+入射造成的损伤区深度由1.57μm减小至0.2μm。     

BEPCII-LINAC试验束第二靶室混合辐射测量探测器的研制

BEPCII-LINAC试验束(Test Beam)第二靶室内,1.89 GeV脉冲电子束轰击目标靶产生的次级粒子(主要为质子、中子、伽玛、正负pion和正负电子)形成了能量连续的混合粒子辐射场,该辐射场是材料或生物样品(如农作物种子)辐照损伤效应试验的理想场所.这些试验都迫切需要给出各种样品对不同粒子的受照剂量,因此...     

介质材料内部充电特性模拟仿真与试验研究

针对星用介质材料的深层充电效应问题,基于高能电子在介质材料中的传输模型,仿真分析了介质材料在不同深度处的电荷沉积,分析了介质中叠合的金属层厚度和层数对电荷沉积的影响。基于仿真结果设计了平板型多层结构的测试系统,利用加速器辐照试验,分析了电子辐照后的电荷沉积情况,并与仿真结果进行了对比分析。结果表明,8层叠加的多层结构能有效地得到介质深层的电荷沉积分布特性。本文研究结果可直接应用于空间辐射效应监测载荷中。     

中子辐照SiCf/SiC复合材料的反冲能谱及空间分布

分析了中子与靶原子的相互作用过程,提出了结合中子输运和核反应耦合模型,采用由蒙特卡罗方法编写的RDSNC程序计算了聚变堆第一壁候选材料SiCf/SiC在14 MeV和1 MeV中子辐照后的反冲核(初级离位原子)、碎片(核反应发射粒子)、嬗变产物和它们的能谱.表明两者具有完全不同的反冲核、碎片和嬗变产物的能谱,14 MeV中子产生的辐照损伤远远大于1 MeV中子的辐照损伤,并具有大量的嬗变产物.     

中国低活化马氏体钢在电子辐照下产生位错环的原位观察

高流强的中子辐照在结构材料内部产生严重的级联离位损伤,使得材料性能下降,而辐照缺陷是聚变堆材料性能下降的根本原因.为了研究结构材料在高辐照剂量下的损伤机理,针对中国低活化马氏体钢(CLAM钢),通过使用高能电子辐照来模拟中子对材料造成的高剂量辐照损伤,并对微观结构进行原位观察.进行了辐照下产生的位错环随辐照剂量的演化过程的观察,并分析了位错环浓度和尺寸随辐照剂量和温度的变化规律.     

高能136Xe离子辐照聚酰亚胺化学改性的电子能损效应

用1．755GeV^136Xe离子在真空室温环境下辐照叠层聚酰亚胺薄膜,通过红外和紫外光谱测量研究了高电子能损离子辐照引起的化学降解及炔基产生效应。红外测量结果表明,典型官能团随辐照注量的增加指数降解,且径迹芯中所有官能团均遭到破坏;对应8．8(最小能损,第一层)和11．5keV／nm(最大能损,第五层)电子能损,^136Xe辐照聚酰亚胺的平均降解半径分别为3．6和4．1nm。而相应能损条件下炔基的生成截面分别为5．6和5．9nm大于官能团的降解截面。紫外结果表明辐照引起的吸光度的改变随辐照注量线性增加,发色团的产生效率随电子能损的增大而增加。     

10MeV高能大功率电子辐照加速器研制

辐照杀菌是基于电离辐射在物质内经过直接和间接作用引起生物体内DNA失活的一种生物效应。辐照灭菌使用的射线可以是放射性同位素源产生的γ射线、加速器产生的高能电子束或电子束打靶而产生的X射线。目前，以电子加速器产生的高能电子束灭菌方法正在成为发展趋势。因此，核技术所电子直线加速器研究室和原子高科股份有限公司开展了10MeV、15kW电子辐照加速器装置的研制工作。     

聚变堆中第一壁材料钨的紧束缚理论研究

为研究辐照时处于电子激发态下第一壁材料钨（W）的结构演化规律和热力学性质,采用紧束缚方法对聚变堆中W的物理性质进行理论研究。结果表明,体系在高能粒子辐照下诱导的电子激发导致了体系中被辐照的区域自发出现微孔、晶格急剧膨胀、熔点下降等现象。具体地,在中等电子温度（~5 000 K）以下,W的晶格膨胀主要由晶格温度驱动,但在电子温度较高时电子温度导致被辐照区域的晶格膨胀效应不可被忽略。特别是当电子温度很高（>10 000 K）时,即便晶格温度不高,电子温度也会导致很大程度晶格膨胀。这对认识聚变堆中第一壁材料W在服役过程中的物理状态十分重要。     

聚变堆中第一壁材料钨的紧束缚理论研究

为研究辐照时处于电子激发态下第一壁材料钨(W)的结构演化规律和热力学性质,采用紧束缚方法对聚变堆中W的物理性质进行理论研究。结果表明,体系在高能粒子辐照下诱导的电子激发导致了体系中被辐照的区域自发出现微孔、晶格急剧膨胀、熔点下降等现象。具体地,在中等电子温度(～5 000 K)以下,W的晶格膨胀主要由晶格温度驱动,但在电子温度较高时电子温度导致被辐照区域的晶格膨胀效应不可被忽略。特别是当电子温度很高(10 000 K)时,即便晶格温度不高,电子温度也会导致很大程度晶格膨胀。这对认识聚变堆中第一壁材料W在服役过程中的物理状态十分重要。     

1MeV中子辐照SiGe HBT器件的数值模拟

分析了SiGe HBT器件中子辐照效应损伤机理。运用MEDICI软件,对SiGe HBT器件中子辐照效应的数值模拟进行了探索性研究。计算了1MeV中子在不同辐照注量下对SiGe HBT器件交直流特征参数的影响规律;中子辐照损伤与SiGe HBT器件中Ge组分含量关系;以及不同缺陷类型对SiGe HBT器件交直流特征参数的影响规律。通过对SiGe HBT器件辐照效应的数值模拟计算,验证了相关辐照实验得出的规律。     

电荷耦合器件的~(60)Coγ射线和电子辐射损伤效应

对东芝公司生产的TCD1209D线阵电荷耦合器件(CCDs)进行了60Coγ和1 MeV电子辐照实验,获得了CCDs的像元信号输出波形、像元光强量化值及器件功耗电流随辐照剂量的变化规律。比较了两种射线产生的CCDs辐射损伤。结果显示,60Coγ和1 MeV电子导致的CCDs辐射损伤不仅在程序上存在差异,而且二者的表现形式也有所不同。分析了电离辐射和位移损伤对CCDs内部不同单元的影响,表明了电子辐照产生的位移损伤是造成上述差别的重要原因。     

北京正负电子对撞机次级束模拟质子单粒子效应分析

首次从利用高能电子打靶产生的质子进行半导体器件的单粒子效应实验研究的角度分析了北京正负电子对撞机次级束中的质子的能量范围和产额,计算了３种途径下高能电子拓靶产生的质子的能量范围,估算反应截面。     

电子能损引起的潜径迹

潜径迹是电子能损在凝聚态物质中引起重要效应之一,给出了一个关于引起潜径迹电子能损阈值,损伤截面以及径迹形貌的综合评述。     

CCD在不同注量率电子辐照下的辐射效应研究

对TCD1209线阵CCD进行能量为11MeV的电子辐照试验,采用两种不同的注量率辐照后,对器件进行常温退火试验,在辐照与退火过程中考察CCD的光响应灵敏度、暗电流、参考电平、功耗电流等特性参数的变化规律。结果表明,CCD受电子辐照后主要产生电离总剂量损伤,在不同注量率电子辐照下的辐射损伤效应类似于MOS器件的时间相关效应。     

高能~(56)Fe离子入射屏蔽材料的次级粒子模拟分析

空间辐射环境下的高能重离子入射屏蔽材料会产生大量次级粒子,为研究屏蔽材料产生的次级粒子对太空舱内辐射环境的影响,本文使用基于蒙特卡罗方法的Geant4软件模拟空间高能~(56)Fe离子入射铝、碳、聚乙烯、水4种屏蔽材料,分析透射屏蔽体的初级粒子及由屏蔽材料产生的次级电子、次级中子、次级质子和次级γ的能谱以及水吸收体中的能量沉积和深度剂量分布。分析产生的次级重粒子类型和能量,比较4种屏蔽材料对高能Fe离子的屏蔽性能。结果表明,聚乙烯材料对高能重离子的屏蔽性能最好,但同时产生的次级重粒子的能量最大,约为铝材料产生次级重粒子能量的4倍。屏蔽体产生所有次级粒子中,次级质子和原子序数为22-26的次级重粒子贡献最大。     

1.23 GeV Fe离子在C60薄膜中形成潜径迹的Raman谱分析

用能量为1.23GeV的快Fe离子辐照了多层堆叠的C60薄膜。用Raman散射技术分析了快Fe离子在C60薄膜中由强电子激发引起的效应，主要包括辐照引起C60分子的聚合及其高温、高压相（HTHP）的形成，和在高电子能损下C60晶体点阵位置上的C60分子向非晶碳的转变。由此演绎出了快Fe离子在C60薄膜中的损伤截面或潜径迹截面σ和潜径迹的半径心，及其随沉积在电子系统中的能量密度的变化而变化的规律。     

高能重离子辐照制备SiOC复合材料的研究

用120 kev碳离子注入非晶SiO2薄膜,再用高能Xe、Pb和U离子辐照.注碳剂量范围为2.0×1017-8.6×1017 cm-2,高能离子辐照剂量1.0×1010-3.8×1012 cm-2.辐照后的样品用傅里叶变换红外光谱仪进行系统分析.实验结果显示,高能离子辐照在注碳非晶SiO2薄膜中形成了大量的Si-O-C键和Si-C键.这些Si-O-C结构具有环链、开链和笼链等多种结构形式.随电子能损、辐照剂量或者沉积能量密度的增加,SiOC结构由类笼向环/开链结构演化.对高能重离子驱动产生SiOC结构的机理进行了简单的讨论.     

7 W辐照效应随剂量变化研究

加速器驱动洁净能源系统（ADS）是核能可持续发展的一种创新的技术路线。散裂中子源是ADS的三个主要组成部分之一，产生强度约为10^18s^-1的中子，驱动临界堆。作为ADS系统的窗和靶材料，受高剂量的质子和中子辐照，其累积剂量率每年可以达到约200dpa。如此高的剂量，会产生严重的辐照损伤，导致ADS系统的故障或造成不堪设想的事故。钨用作ADS系统散裂中子源的窗和靶材料，需要对辐照损伤效应进行研究。本工作研究钨辐照损伤随辐照剂量的变化。现有中子和质子源强度低，不能直接用于ADS所遇到的高剂量的辐照效应研究，采用重离子辐照模拟方法研究高剂量中子或质子辐照在钨中产生的辐照损伤。