Pu在膨润土层中的反应性迁移模拟研究(1)——地下水-膨润土体系演化的地球化学模拟

在某区含Pu高放废物处置系统的性能评价中,需要分析水-岩相互作用下蒙脱石、孔隙度、pH值等演化过程对膨润土材料性能及Pu反应性迁移的影响,为此,本文以工程屏障系统中厚度为1 m的柯尔碱膨润土回填材料为研究对象,基于地下水入渗景象,采用TOUGHREACT模拟了地下水-膨润土体系的地球化学演化。结果表明:膨润土完全饱和约需20年;膨润土中蒙脱石的伊利石化作用很弱,而去白云石化过程(白云石溶解、方解石形成)相对明显,这使得水中Ca^(2+)浓度减小、Mg^(2+)和HCO_(3)^(-)浓度增大、pH值呈弱碱性且维持在8.1~10.3范围内;膨润土的孔隙度和渗透率变化不明显(变化量不到2%)。这些演化过程将有利于维持膨润土的膨胀性,阻滞核素向外迁移。

Pu在膨润土层中的反应性迁移模拟研究(2)——Pu的种态分布及反应性迁移分析

为评估柯尔碱膨润土工程屏障材料的安全性能,采用考虑渗流扩散、溶解-沉淀、表面配位吸附、放射性衰变等多过程动态耦合的反应性迁移模拟方法,综合运用TOUGHREACT等程序开展了Pu在柯尔碱膨润土层中反应迁移的数值模拟,结合地下水-膨润土体系演化模拟分析了Pu的种态分布特征,叠加表面配位模型预测分析了Pu的长期迁移规律。结果表明:地下水中Pu主要以难迁移的Pu(OH)_(4)(aq)形式存在;由于膨润土的低渗透性和强吸附性,正常情景下Pu的扩散范围很小而将长期滞留于1 m厚膨润土中;在忽略强吸附阻滞作用的保守情景下,Pu在渗流作用下可扩散迁移出膨润土层;考虑到长时间尺度下不可避免存在的不确定性,建议重视渗流扩散为主导的其他过程和情景研究。

电离辐射在半导体器件中引起的光电流的数值模拟

电离辐射在半导体中引起光电流问题是半导体器件辐照效应研究中一个带普遍性的课题，首先建立描述半导体中光电流过程的普遍性的物理模型，而后模拟一个实际ｐｎ结器件的光电流响应，给出模拟结果。

多晶硅发射极晶体管的低温频率特性研究

本文考虑低温下半导体中载流子冻析效应和浅能级杂质的陷阱效应等因素,分析了多晶硅发射极晶体管的低温频率特性。研究表明,受载流子冻析效应的影响,基区电阻在低温下随温度下降接近于指数上升,使晶体管的频率性能变环;而由于浅能级杂质的陷阱效应,低温下基区和发射区渡越时间变长,截止频率下降。这些因素在低温器件设计中应予重视。

低温多晶硅发射极晶体管电流增益模型和模拟

本文考虑禁带变窄效应、载流子冻析效应和多晶硅/单晶硅界面复合与氧化层隧穿效应,采用有效复合速度方法,建立了多晶硅发射极晶体管电流增益的温度关系模型。模拟计算结果与实验符合较好。

低温多晶硅发射极晶体管电流增益和截止频率的解析模型

本文综合考虑了多晶硅发射极的载流子输运障碍，界面氧化物遂穿、晶粒间界杂质分凝和界面能带弯曲等因素，以及禁带变窄效应、低温下的载流子冻析效应和浅能级补偿杂质陷阱效应，建立了低温多晶硅发射极晶体管电流增益和截止频率的解析模型，对电流增益和截止频率的温度关系进行了理论分析并与３００Ｋ和７７Ｋ下的实测结果进行了比较。

硅赝异质结双极晶体管的电学参数性能分析

具有重掺杂基区和中等掺杂发射区的硅赝异质结双极晶体管（ＰＨＢＴ），其能带结构类似于真实异质结双极晶体管（ＨＢＴ）的能带结构，本文研究了硅赝异质结双极晶体管的电流增益，截止频率和基区电阻等电学参数性能及其与温度的关系，并指出了硅赝异质结双极晶体管在低温下应用的潜力。

高性能硅双极器件的发展

以ECL电路为主,讨论了硅双极器件近期的发展。简述了VLSI中ECL电路结构和性能之后,着重讨论双极器件的按比例缩小、结构的改进以及相关的工艺技术的发展,最后分析了双极器件的低温工作性能。

低温硅双极晶体管基区优化设计

常规双极晶体管在７７Ｋ下电流增益和频率性能都严重退化。本文首先分析了低温双极晶体管基区Ｇｕｍｍｅｌ数，基区方块电阻，渡越时间和穿通电压等参数与温度及基区掺杂的关系，然后讨论了低温双极器件基区的优化设计问题。

气体和气溶胶在多孔介质中迁移的数值模拟

为了研究多孔介质对气体和气溶胶的封闭能力,用数值方法模拟了气体和气溶胶在多孔介质中的迁移.考虑了渗透、吸附过滤、扩散、热传导等因素,在柱对称坐标下用双孔双渗模型进行了数值模拟,并与实验结果进行了比较.计算结果显示,多孔介质对气溶胶有较强的阻挡作用,模拟实验结果也证明了这一点.

不同粒子在硅中能量沉积的计算及比较

在粒子与物理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 )以及电子和γ NIEL的 Monte Carlo计算程序 ,利用编写的程序以及 TRIM95和 SANDYL程序计算了 1Me V中子、2 0 Me V质子、1Me V以下电子和γ在硅中 IEL和 NIEL的大小和分布。

金属氧化物半导体场效应管长期辐射效应的数值模拟

将粒子输运的蒙特卡罗方法与器件数值模拟的有限体积法相耦合来模拟典型金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)的长期辐射效应。二氧化硅中的陷阱电荷及硅中的自由电子和空穴均使用漂移扩散模型来描述,入射粒子的能量沉积可作为源项耦合至漂移扩散模型方程,并根据有限体积法得到控制方程的离散格式,方程的数值解即为MOSFET的长期辐射响应结果。使用该方法模拟了MOSFET受射线粒子辐照后的阈值电压漂移与关态漏电流现象。结果表明,耦合方法适用于典型半导体器件长期辐射效应模拟,其阈值电压漂移及漏电流计算结果与文献符合较好。

γ射线在LSO晶体中的能量沉积

采用蒙特卡罗程序MCNP计算了γ射线在LSO晶体中的能量沉积分布并与相应的实验结果进行了对比,验证了该方法的正确性。在此基础上计算了不同能量的γ射线在LSO晶体中的能量沉积分布,分析了γ射线与物质的不同作用对晶体中能量沉积分布的影响,总结出在晶体轴向和径向的能量沉积分布规律。轴向上,不同能量γ射线在LSO晶体中的能量沉积近似为指数分布,在表面能量沉积密度较小;在径向方向,γ射线在入射轴线上能量沉积密度很高,在距入射轴较近的区域,主要是次级电子产生沉积能量,随着距离的增大,γ射线能量沉积逐渐减小;在距入射轴较远的区域,能量沉积主要是散射γ射线产生。

低能电子在固体表面背散射系数的直接Monte Carlo方法模拟

应用单次碰撞的直接Monte Carlo方法计算能量范围从100 eV^10 keV的电子在固体Al,Si,Au表面的背散射系数,其中低能电子在固体中的弹性散射和非弹性散射截面分别应用Mott散射截面和Born近似下的广义振子强度计算模型得到.通过与压缩历史Monte Carlo方法的模拟计算结果及实验值的比较,结果表明,对于100 eV^10 keV范围的低能区电子,采用直接方法计算得到的电子背散射系数与实验值符合较好,直接方法比压缩历史方法更适合于能量在10 keV以下的电子输运计算.

基于随机游走方法模拟计算脏弹袭击后的放射性剂量分布

为研究脏弹爆炸在下风方向造成的放射性辐射危害,基于随机游走方法建立了脏弹恐怖袭击后放射性烟团在大气中扩散的计算模型。结合烟云源项模型和剂量模型,计算研究了小风条件下137 Cs脏弹爆炸时,不同大气稳定度扩散等级时放射性烟团对下风方向公众的辐照剂量。结果表明,在其他条件相同的情况下,稳定度扩散等级对下风方向的辐照水平和分布有明显影响。大气越不稳定,放射性烟云横向扩散范围越广,同时剂量随下风方向距离降低得越快,超公众辐照限值的放射性污染面积也越小。稳定度扩散等级为F时,超公众剂量限值的污染区域面积和下风方向1km处的辐射剂量分别是等级为A时的4倍和10倍。

1MeV中子在Si和SiO_2中非电离能量损失和电离能量损失的蒙特卡罗计算

在现有实验数据的基础上结合多种理论 ,给出了计算中子在材料中非电离能量损失 ( NIEL )和电离能量损失 ( IEL)的蒙特卡罗 ( MC)计算方法 ,利用此方法编写的计算程序可以对任意材料、多层结构中中子产生的 NIEL和 IEL以及空位和声子分布等进行计算。对硅和二氧化硅材料 1Me V中子损伤进行的计算结果表明 。

^(60)Co和高能电子在硅中NIEL的Monte Carlo计算

本文提出了计算高能电子和 非电离能量损失 (NIEL)的 Monte Carlo方法 ,首次利用 Monte Carlo方法计算了高能电子和 6 0 Co 的 NIEL.给出了电子和 6 0 Co 在半导体硅材料中产生的 NIEL和缺陷分布 .计算结果与文献的比较表明模型是合理的 .

中子-光子输运程序TOPAN的开发与验证

开发的粒子输运蒙特卡罗通用程序TOPAN能模拟中子和光子的耦合输运,可给出中子和光子在介质中输运后的点通量、面通量、体通量、面流量等参数。该程序除具备常用的蒙特卡罗软件功能外,还增加了处理介质温度变化的等效质量热运动模型和非均匀介质中粒子输运模块,具备粒子标识功能,初步具备了进行一些复杂问题中粒子输运模拟的能力。结合具体算例对TOPAN程序的各功能模块进行了比对验证。

不同水温下的中子输运等效质量热运动模型

为了解决蒙特卡罗模拟S(α,β)模型只能求解特定温度条件下中子输运问题的局限性,建立了中子在不同温度液态水中输运的等效质量热运动模型。在分析自由气体热运动模型的基础上,采用不同的等效质量对中子与水中氢原子的弹性散射模拟过程进行改进,对中子穿过水层后的流量进行模拟计算,通过与S(α,β)模型的计算结果的比较,得到了5个不同的温度点水中氢原子的最佳等效质量。根据5个不同温度点的数据拟合给出了最佳等效质量和温度的函数关系。采用该模型计算得到的中子在不同温度条件下水中输运参数与S(α,β)模型相符。等效质量热运动模型突破了S(α,β)模型只能计算有限温度点的局限性,能有效处理300～800 K任意温度水中的中子输运问题。