卢瑟福散射虚拟仿真实验设计与教学实践

卢瑟福散射实验是核物理学发展史中的经典实验之一。基于实验放射源使用安全的考虑,国内外高校多以理论讲授为主,少有实验教学,限制了学生对原子核微观结构及射线与物质的微观相互作用的深入理解。针对以上问题,开发了基于Unity3D的卢瑟福散射虚拟仿真实验,真实再现实验场景,通过蒙特卡罗模拟保证了实验数据的真实可靠性。实验内容涵盖半导体α谱仪的使用、卢瑟福微分散射截面公式的验证、卢瑟福背散射在材料分析中的应用等内容。该虚拟仿真实验的开发为高校近代物理实验、核物理实验、材料表征等专业实验教学提供了参考,丰富了核物理实验教学的内容。

130 nm 7T SOI SRAM总剂量与单粒子协和效应研究

为进一步阐明SOI器件中总剂量效应(TID)与单粒子效应(SEE)间的协和效应,本文基于SOI工艺特征尺寸为130 nm的国产7T结构SRAM进行了相关研究。通过对4组SOI SRAM开展了不同TID辐照后的SEE实验,得到器件单粒子翻转(SEU)截面随TID的变化规律。SOI SRAM的SEU截面在TID辐照后呈现明显的降低,最大在750 krad(Si)剂量辐照后下降80.5%。器件的饱和截面呈现随剂量增加而下降的趋势,最大下降19.5%,研究中未发现SEU阈值的明显变化。分析认为,延迟晶体管N5的等效关态电阻因为TID辐照而增加,该现象会造成N5的延迟作用增强,是该款器件SEU截面下降的主要原因。采用这种7T结构的SOI SRAM的抗SEE性能会随其在轨累积剂量的增加而逐渐增强,这为今后电子器件的抗辐射加固提供了启示。

空间混合辐射环境器件单粒子在轨错误率预估及不确定度分析方法

针对空间混合辐射对器件单粒子在轨错误率的影响,基于典型静态随机存储器利用中国原子能科学研究院HI-13串列加速器以及钴源总剂量模拟辐照试验装置开展协合效应研究,发展了一种器件在混合辐射环境下的单粒子在轨错误率计算方法。并利用该方法计算了协合效应影响下的航天器典型任务周期器件的在轨错误率,同时分析了器件在轨错误率计算中的不确定度来源并计算了在轨错误率不确定度。结果表明,对于该类型器件,空间混合辐射场导致的协合效应将降低器件单粒子在轨错误率。

基于Pixie-Net数字化仪的β-γ符合测量实验

本实验尝试将Pixie-Net数字化仪用于β-γ符合测量实验,替代复杂的传统电子学仪器装置,简化实验操作.测量结果表明:使用Pixie-Net数字化仪测量得到的放射源活度与理论值误差小于5%,好于基于传统电子学的结果.在β-γ符合测量实验中使用Pixie-Net数字化仪替代传统电子学仪器装置的方案切实可行.

基于Pixie-Net数字化仪的γ-γ符合测量实验

随着核物理技术的发展,传统的电子学插件已经无法满足日益增长的核物理实验要求.数字化仪凭借其集成度高、数据处理灵活的优势,获得了广泛的应用.本实验尝试将Pixie-Net数字化仪用于NaI和CeBr_(3)探测器构成的γ-γ符合测量实验,简化电子学,提升教学效果.测量结果表明:根据探测器的信号特点优化了数字化仪的参数,以及修正了探测器和放射源尺寸带来的角关联系数差异后,γ-γ符合测量法测量得到的放射源活度与理论值误差小于基于传统电子学的β-γ符合法.

基于激光康普顿散射的电子束参数测量方法

加速器电子束参数的无损间接测量是一个难题,储存环上传统的X射线针孔成像(X-ray Pinhole Imaging)方法和直线加速器上的狭缝衍射法(Optical Diffraction Radiation,ODR)都存在不足之处。激光康普顿散射(Laser Compton Scattering,LCS)装置是利用相对论电子与低能光子相互碰撞产生高能γ束的新光源。本文提出了一种基于激光康普顿散射光源测量能谱提取电子束参数的方法,该研究旨在通过自主开发的基于Geant4的蒙特卡罗程序模拟重建出与实验测量能谱符合一致的模拟谱,从而获得电子束参数,包括水平方向束斑尺寸、电子能量和发射度。在对上海同步辐射装置(Shanghai Synchrotron Radiation Facility,SSRF)的激光γ光束线站(Shanghai Laser Electron Gamma Source,SLEGS)上的多碰撞角度γ测量能谱做了一致性的验证,结果表明:提取的上海光源储存环电子束参数与理论值符合得较好。这证明了激光康普顿散射是一个有效的电子束参数无损间接测量方法,为后续其他电子束的提取奠定基础。

数学计算法和软件拟合法在虚拟和真实alpha粒子能损测量Mylar膜厚度实验中的比较

根据中山大学物理与天文学院近代物理实验虚拟核实验连续三个年级的本科生实验报告,发现学生在用数学公式计算Mylar膜厚度时,与理论值出现较大误差,各年级的平均相对误差分别为445.02%、335.45%和519.92%。为了查找误差原因,做了真实核实验并依旧采用数学计算方法计算Mylar膜厚度,发现仍旧与理论值出现较大误差,相对误差值为207.72%。而采用Srim软件计算虚拟核实验Mylar膜厚度和真实核实验Mylar膜厚度时,相对误差很小,分别为7.47%和20.1%。从而判定,用数学组合公式在计算多原子化合物Mylar膜时,不准确度较高,误差较大。

不同入射角度下强流脉冲电子束能量沉积剖面和束流传输系数模拟计算

强流脉冲电子束在材料中的能量沉积剖面、能量沉积系数和束流传输系数受其入射角的影响很大 ,理论计算了 0 .5～ 2 .0MeV的电子束以不同的入射角在Al材料中的能量沉积剖面和能量沉积系数 ,并且还计算了 0 .4～ 1.4MeV电子束以不同入射角穿透不同厚度C靶的束流传输系数。计算结果表明 ,随着入射角的增大 ,靶材表面层单位质量中沉积的能量增大 ,电子在靶材料中穿透深度减小 ,能量沉积系数减小 ,相应的束流传输系数也减小 ;能量为 0 .5～ 2 .0MeV的电子束当入射角在 6 0°～

大体积氟化钡探测器的性能测试

中国原子能科学研究院正在研制建立的γ全吸收型探测装置(GTAF)由40个氟化钡(BaF2)探测器单元组成。对单个大体积氟化钡晶体探测器单元的主要相关性能,诸如单个探测器的组装、晶体封装条件和探测器能量分辨、时间分辨及其长期稳定性等进行测试。测试结果表明,40个氟化钡(BaF2)探测器单元的能量分辨和时间分辨符合基于γ全吸收型探测装置的中子辐射俘获核反应截面测量需求。

中国极化电子离子对撞机计划

轻子散射实验是探索核子与原子核结构的理想工具。中国电子离子对撞机(Electron Ion Collider in China,EicC)建议书设想在已开建的强流重离子加速器装置(High Intensity heavy ion Accelerator Facility,HIAF)的基础上,升级质子束流为20 GeV的极化束流,并建造2.8~5 GeV极化电子束流,从而实现质心系能量为15~20 GeV的双极化电子-离子对撞。EicC设计的亮度为(2~4)×10^33cm^-2·s^-1,质子束流极化率达到70%,电子束流极化率达到80%。该装置除了能提供极化轻离子束流(例如:氦-3)外,也可产生非极化重离子束流(碳-12~铀-238)。EicC将聚焦核子海夸克部分子结构、原子核物质结构与性质、奇特强子态三个方面的物理研究。高亮度、高精度的对撞机有助于精确地测量核子结构函数并对核子进行三维成像,揭示强相互作用的动力学规律;原子核部分子分布包括核子短程关联以及原子核介质效应同样是该提案的重要科学目标;EicC能区接近重味夸克产生阈值,在研究重味强子谱方面拥有低背景的独特优势,有助于发现研究新的奇特强子态。质子质量起源问题也可以通过重味矢量介子的产生来研究。为了完成上述物理目标,我们将利用最先进的探测器技术建造接近全立体角覆盖的EicC对撞机谱仪。在准备EicC白皮书的过程中,我们得到世界各国专家的支持。EicC的物理与已有的实验和美国即将建设的EIC中的物理项目相互补充。EicC的建成及运行有望引领前沿的中高能核物理研究,使我国在加速器和探测器先进技术等领域实现跨越式发展,为我国核物理与强子物理以及相关科学领域提供大型综合实验平台与人才培养基地。

气相色谱氩、氪、氙、氡分离度初步研究

核爆炸产生多种稀有气体核素,这些核素可作为核泄露监测对象。气相色谱是组分分离的重要手段,在核爆炸监测取样中有重要应用。本文以5分子筛作为固定相,高纯氮作为流动相,测量了氩、氪、氙、氡在气相色谱中的分离效果。结果表明,在相同色谱条件下,氩、氪分离度小于氪、氙分离度;在柱流量35.6mL/min、柱温353K条件下,气相色谱氩、氪,氪、氙,氙、氡分离度均大于2.25。

14MeV中子引发SRAM器件单粒子效应实验研究

在中国原子能科学研究院的高压倍加器装置上开展了SRAM器件的14 MeV中子单粒子效应实验研究。介绍了中子的产生、中子注量率的测量和调节以及中子单粒子效应的测试等的实验方法,获得了HM628512BLP型和R1LV1616HSA型SRAM器件的14 MeV中子单粒子效应截面。前者与文献的单粒子效应截面在误差范围内一致,验证了实验方法的科学性和可行性。后者与由效应机制出发获得的理论分析结果在量级上一致,对实验结果给出了定性的解释。

欧空局单粒子监督器在北京HI-13串列加速器上的单粒子效应校核实验

为检验北京HI-13串列加速器单粒子效应(SEE)实验能力与数据测量的可靠性,利用束流参数校核系统——欧空局单粒子监督器进行了单粒子效应校核实验。实验使用C、F、Cl、Cu 4种离子辐照单粒子监督器,通过改变入射角度获得了有效LET值在1.8~67.4 MeV·cm^2·mg^(-1)之间的单粒子翻转(SEU)截面数据。实验结果与比利时HIF、芬兰RADEF装置上测得的截面数据一致性较好,证实了北京HI-13串列加速器单粒子效应实验束流参数测量的准确性及截面数据测试的可靠性。

基于Gamma全吸收型BaF_2探测装置的数据获取系统

为精确测量keV能区的中子俘获反应截面,研制了一套基于Gamma全吸收型BaF_2探测装置的数据获取系统。数据获取系统工作在Linux环境下,应用FlashADC采集探测器的脉冲信号。程序控制、数据存储、在线监控与分析程序基于Root平台。通过测量60 Co和137 Cs源,得到了数据获取系统主要性能的测试结果,其满足GTAF装置精确测量中子俘获反应截面的要求。

基于用MCNP程序模拟的HPGeγ谱仪的屏蔽

采用蒙特卡罗程序MCNP模拟了实验室HPGeγ谱仪外层屏蔽物对本底γ射线的屏蔽计算,了解物质对γ射线的屏蔽效果,并在实验的基础上给出了模拟的基本数据。然后通过HPGeγ谱仪的实测谱与模拟结果相比较,以验证模拟计算的正确性。

脉冲中子法检测煤的全水分

给出了利用脉冲中子发生器产生的快中子的非弹性散射[n,n′γ]反应和热中子的俘获[n,γ]反应,对煤的全水分进行分析的原理和方法.采用BGO(锗酸铋)探头作为γ射线探测器,通过多元回归分析方法,较好地解决了元素间的干扰问题.用脉冲中子法测得的全水分分析值与化验值的偏差不超过0 5%.

SRAM单元中子单粒子翻转效应的Geant4模拟

应用Geant4工具,构造了不同特征尺寸的SRAM单元几何模型及单粒子翻转截面计算模型,分析了敏感体积和临界电荷对低能中子单粒子翻转效应的影响趋势,计算了反应堆裂变中子谱辐射环境下,不同特征尺寸SRAM的中子单粒子翻转截面,认为小尺寸SRAM器件的低能中子单粒子翻转效应更为严重。

国家同步辐射实验室储存环大厅内的瞬发辐射场

国家同步辐射实验室储存环大厅的辐射场不仅是一个变化的瞬发辐射场，而且还是一个由能谱很宽的轫致辐射与中子组成的混合辐射场。为更好地了解该辐射场的特性，我们主要采用连续监测方法，用充氩气的高压电离室测量轫致辐射，用带有聚乙烯慢化体的ＢＦ＿３计数管作中子探测器；由计算机系统采集并处理数据。在调机的初期，采用天然ＬｉＦ为元件的热释光剂量计（ＴＬＤ）对轫致辐射的剂量贡献进行积累测量。所得结果能清楚地表示出该瞬发辐射场的特点，反映了机器的状况，为调试机器和制订辐射防护方案提供有用信息。

3C-SiC辐照诱发缺陷演化及温度效应分子动力学模拟

运用分子动力学方法,采用LAMMPS程序模拟了3C-SiC中的级联碰撞过程。研究了不同初始运动方向、不同能量下的PKA级联碰撞产生点缺陷的演化,结果表明,级联碰撞产生的空位数与PKA初始运动方向无关而与PKA能量之间呈线性关系。通过对级联碰撞过程中热峰、损伤区域瞬态温度分布分析可看出,级联碰撞过程中会产生高温区域,且此区域大小随时间的变化与PKA能量无关。

HI-13串列加速器核物理应用研究发展现状和展望

HI-13串列加速器建设开始,核物理应用研究即为其一主要研究和发展方向。过去30多年,从设备和装置建设开始,核物理应用研究得到很大发展,取得了一批优秀的研究成果。本文主要介绍HI-13串列加速器的航天电子元器件抗辐射加固、辐射生物效应、加速器质谱、核孔膜和防伪标识、在线和离线核效应等核物理应用研究发展现状,展望了依托在建的预期2021年底投入运行的HI-13串列加速器-超导直线加速器和多粒子可变能量回旋加速器的创新性、前沿性和实用性的核物理应用研究。