中子单粒子效应数据获取系统设计与实现

单粒子效应是一种威胁航天器安全的空间环境效应,为了航天事业的发展,对该效应进行模拟实验尤为重要,中国散裂中子源(CSNS)建设的大气中子辐照谱仪(ANIS)为该实验提供了先进的中子单粒子效应测试与科研平台。基于Qt开发了中子单粒子效应测试系统的数据获取系统软件,应用于ANIS谱仪,通过该软件能够实现对测试系统的配置和监测、数据存储和显示等。通过在实验室和ANIS谱仪的实验结果表明,该数据获取系统软件稳定可靠,可以满足ANIS谱仪单粒子效应测试需求。

中子单粒子效应研究现状及进展

回顾了中子单粒子研究的国内外发展情况,介绍了近几年西北核技术研究所在西安脉冲堆开展的低能中子单粒子效应研究进展。比较了稳态与脉冲工况下中子单粒子效应的异同性;分析了含有SRAM结构器件随着特征尺寸的减小,中子单粒子效应敏感性加剧的物理机制。分析认为目前中子单粒子效应已成为小尺寸大规模互补金属氧化物半导体器件的主要中子效应表现;中子辐射效应研究中,除了位移损伤效应以外还必需重视由中子电离造成的中子单粒子效应。

应用中国散裂中子源9号束线端研究65 nm微控制器大气中子单粒子效应

采用设置和不设置镉中子吸收体两种方式,利用中国散裂中子源9号束线(CSNS-BL09)对65 nm微控制器进行了大气中子单粒子效应辐照测试.测试中探测到的效应主要为单位翻转.测试结果表明,对于该款微控制器,热中子引起的中子单粒子翻转占比约65%;进一步分析表明,热中子与10B反应产生的0.84 MeV7Li可能是诱发微控制器单粒子翻转的主要因素.

大气中子单粒子效应试验研究现状简介

高能宇宙射线与地球大气相互作用产生大量次级中子,形成大气中子谱。中子入射半导体器件会引发器件及系统发生故障或者使器件损坏,即发生单粒子效应。通过调研,简述了国内外大气中子单粒子地面模拟试验研究现状,主要包括大气中子单粒子效应的研究起源、大气中子辐射环境、国内外开展大气中子辐照试验装置等。

微处理器中子单粒子效应测试系统设计与试验研究

为开展微处理器的空间大气中子单粒子效应研究,以一款TI公司65 nm CMOS工艺的微处理器为研究对象,研制了一套微处理器中子单粒子效应测试系统。该测试系统可实现对被测微处理器的单粒子翻转、单粒子功能中断和单粒子闩锁效应的实时监测。利用加速器中子源,对该微处理器开展14 MeV中子辐照试验。试验结果表明,中子注量累积达3.5×10^(11)cm^(2)时,该器件未发生单粒子锁定效应。但总线通信、模数转换等功能模块发生了多次单粒子功能中断,其中集成总线通信接口模块为最敏感单位,试验获得的器件中子单粒子效应截面为6.6×10^(11)cm^(2)。

大气中子单粒子效应研究现状及进展

介绍了国内外大气中子单粒子效应的现状和最新研究进展,主要包括单粒子效应的物理机制研究、新型半导体器件的抗大气中子辐照研究及当前国内外仿真大气中子辐照实验装置等。对未来大气中子引起的单粒子效应研究趋势做了展望。

大气中子单粒子效应(NSEE)对机载电子设备影响的评估方法讨论

针对中子单粒子效应(NSEE)对机载电子设备的影响进行了深入研究,明确了对NSEE敏感的器件类型、失效模式以及典型机载电子设备受NSEE影响诱发的故障现象。在此基础上,初步提出NSEE影响评估方法及程序,进一步对NSEE影响评估的目的、评估过程中的内容及输入和输出信息进行深入探讨。

基于中国散裂中子源的商用静态随机存取存储器中子单粒子效应实验研究

利用中国散裂中子源反角白光中子束线开展13款商用静态随机存取存储器的中子单粒子效应实验.研究了测试图形、特征尺寸和版图工艺差异对单粒子效应的影响.结果表明测试图形对器件的单粒子翻转截面影响不大,但对部分器件的多单元翻转占比有较大的影响;特征尺寸对器件单粒子翻转截面的影响没有明显的规律,但对多单元翻转的影响规律明显,多单元翻转占比和最大位数都随着特征尺寸的降低而增大;器件版图工艺差异对器件的单粒子翻转截面和多单元翻转占比都有较大的影响.此外,通过与高原辐照实验结果对比,发现在反角白光中子源获得的多单元翻转占比小于高原辐照实验的结果,其原因是反角白光中子源实验中,中子的最高能量和高能成分占比偏小,且中子束流只有垂直入射.因此,利用反角白光中子源评估器件的大气中子单粒子效应时可能会低估多单元翻转情况.本文的结果可为研究者利用反角白光中子源开展相关研究提供参考.

航空电子设备大气中子单粒子效应辐射应力计算方法

本文提出了一套简易的航空电子设备大气中子单粒子效应辐射应力的计算方法。

航空电子设备大气中子单粒子效应故障率预计方法

本文分析了航空电子设备大气中子单粒子效应防护技术的国际系列标准现状,首次提出了一套航空电子设备大气中子单粒子效应故障率预计方法,阐述了其计算原理、计算程序与计算案例。验证案例表明,地面模拟试验值与三个不同数据来源的预计值在一定的误差范围以内,可以为在飞机全寿命周期过程中及时发现中子单粒子效应故障对设备的危害影响提供一个必要的定量计算工具。

SRAM白光中子单粒子翻转注量率(10^(7)量级)效应研究

中子诱发中子单粒子效应进而影响电子设备或系统的稳定性和可靠性,本文基于中国散裂中子源BL06测试束线,在20 kW、50 kW、70 kW、80 kW和100 kW束流条件下,对800 nm、500 nm、350 nm和130 nm工艺静态随机存储器开展了不同注量率下白光中子单粒子翻转研究.实验发现:在误差允许范围内,中子注量率为1.34×10^(7)~6.68×10^(7 )n/(cm^(2)·s)时,白光中子诱发的中子单粒子翻转平均位翻转截面无明显变化,即当前注量率范围内,中子单粒子翻转基本不考虑注量率效应.

基于改进FMECA与故障传播模型结合的中子单粒子故障源定位分析

随着器件加工工艺技术的不断发展,器件单元尺寸逐渐缩小,工作电压不断下降,使得器件抵挡单粒子效应的能力也在不断降低.针对某无人机用机载数据采集计算机,分析在大气中子辐射下数据采集计算机的故障传播机理.结合改进的FMECA方法,基于原因故障、结果故障以及原因故障对结果故障的贡献率,建立了计算机的故障传播图,通过逐层推理求得各底层故障模式发生概率,进而提出一种可能高风险源定位方法,定位到系统级可能的高风险故障源为数采计算机上两块单机板的核心器件FPGA.

仿真大气中子束流产生靶及引出方向的初步研究

利用FLUKA程序模拟计算了高能质子束打靶产生仿真大气中子束流时,靶材料、靶结构及入射质子能量对中子能谱的影响。结果表明,选择重金属铅或钨作为散裂靶材,不仅中子产额较大,而且当质子能量大于3GeV且在引出方向与质子入射方向夹角为30°时,中子能谱更接近标准大气中子能谱。对中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)第1靶站产生的白光中子束流能谱计算表明,该能谱适于开展仿真大气中子在半导体存储器件中引起的软错误试验研究;同时,就能谱形状而言,未来CSNS第2靶站在引出方向与质子入射方向夹角为30°和15°的两条白光中子束线,更适合开展与大气中子束流相关的存储芯片和高集成电路的单粒子效应研究。

高压倍加器14MeV的中子探测

基于中国原子能科学研究院高压倍加器开展中子单粒子效应模拟试验的中子探测研究。为了保证单粒子效应截面测量的准确性,需建立可靠的中子探测方法。对国际上开展中子单粒子效应试验研究的实验室所采用的中子注量探测方法进行了调研,比较了这些中子探测方法以及相应探测器的特点。学习BF3和3He正比计数器加慢化体探测中子的方法,验证了这种探测方法可以为100MeV质子回旋加速器的准单能中子注量测量系统的设计和研制提供参考。

航空电子设备NSEE试验评价方法

本文定义了航空电子设备大气中子单粒子效应(NSEE)硬失效、硬错误与软错误等大气中子辐射可靠性表征参数,提出了一套航空电子设备抗大气中子单粒子效应危害能力的试验评价方法,包括试验应力终止条件与起始条件的确定方法、MNSEE预估方法、试验程序、试验评价方法等,并通过某航空用卫星导航接收机试验案例证明了该方法在工程应用中的可操作性与有效性,通过掌握数字信号处理(DSP)、静态随机存储器(SRAM)、现场可编程门阵列(FPGA)的NSEE敏感特性,可为航空用卫星导航接收机NSEE危害防控提供针对性的技术支持.本文为我国航空电子产品大气中子单粒子效应试验评价奠定了理论与应用基础,同时也为其他电子信息产品在大气中子单粒子效应试验评价方面提供了重要依据和参考.

航空电子设备大气辐射环境的危害影响分析

目的调查航空电子设备在典型民用飞行高度(8 000~12 000 m)下大气辐射环境的危害影响。方法利用14 MeV高能中子源对航空电子设备用CPU、DSP、FPGA及存储器开展了辐照试验,获取了各试件的单粒子效应敏感特性,采用民航高度下大气中子注量率的典型值6000 n/(cm^2·s),预计典型航空电子设备在巡航高度下可能发生的软错误率。结果约900 h内,该航空电子设备会由于大气辐射单粒子效应诱发一次错误。结论在不采取针对性防护措施的前提下,大气中子诱发的单粒子效应将严重影响航空电子设备可靠性、维修性,甚至危及飞行安全。