基于Back-n白光中子实验装置的SRAM翻转截面测量

本文主要研究静态随机存取存储器(static random-access memory,SRAM)的单粒子效应翻转截面的测量方法。基于宽能谱白光中子束流,采用了一种操作更方便的SRAM翻转截面测量方法。在SRAM前面放置聚乙烯中子慢化材料改变入射到SRAM表面上的中子能谱,利用模拟计算得到改变后的中子能谱。利用奇异值分解法求解翻转率的矩阵方程得到SRAM的翻转截面。结果表明在4~15 MeV的能量范围内,使用反角白光中子源测试的SRAM翻转截面信息和参考文献中使用单能中子源测试拟合的SRAM翻转截面信息基本吻合。

Al在不同类型Si基中的扩散深度差异及其温度相关性研究

金属原子在半导体材料中的扩散对半导体器件的电阻率、传导率和光电学性能有直接影响。采用飞行时间二次离子质谱分析技术,结合分子动力学模拟方法研究了常用金属原子Al在不同Si基中的扩散深度差异及其温度相关性。实验结果表明,Al在本征、N型以及P型Si基中的扩散深度随温度的升高而增加,其中,Al在P型Si基中的扩散深度大于本征和N型Si基。模拟结果表明,Al在Si基中的扩散深度和扩散系数随温度的升高而增加,温度增高至625 K后其扩散行为更为显著,与实验结果相符。研究表明Al在Si中的扩散行为与Si基的性质及环境温度密切相关。相关研究为深入了解Al在Si基中的扩散及其温度相关性提供了重要基础,同时也为探索其他金属在Si基中的扩散行为以及半导体器件加工工艺的优化提供了新的思路和参考依据。

基于直线返波型加速管的大功率辐照加速器研制

针对产业的快速发展及用户端对辐照加速器提高单位产能、节约成本、丰富功能性等方面的迫切需求,研制一款新型高功率、高效率且电子束可调的电子辐照加速器系统。首先引入了等梯度返波管的设计概念,对缩短建场时间、降低功率反射和提升加速结构分流阻抗以及解决束流崩溃问题进行了探索和研究,采用了HFSS对返波加速管进行了3维电磁场仿真,并制造了加速管实物。大功率固态调制器采用Marx发生器形式,采用零电流开关(zero current switch,ZCS)充电,结合FPGA控制绝缘栅双极晶体管(insulate-gate bipolar transistor,IGBT)形成脉冲高压。最终以返波加速管为核心,匹配微波系统、扫描系统、固态脉冲调制器系统等,完成了辐照加速器系统的研制。测试结果表明,系统能量为10.28 MeV,一般工况的功率为24.672 kW,最大功率为28.4 kW,满足设计要求。直线返波加速管配合大功率固态调制器研制的辐照加速器系统技术方案可行,形成的产品实现应用,为电子束辐照技术的发展提供了有力的支撑。

模拟燃料组件水力特性分析

模拟燃料组件是反应堆整体水力模拟实验中一个重要实验部件,带有特制涡轮流量计的模拟燃料组件能在整体水力模拟实验中测量到堆芯入口流量分配特性。为确保实验数据的可靠性,须保证模拟燃料组件的水力特性与原型燃料组件一致。针对一致性要求,设计了一种基于特制涡轮流量计的闭式结构模拟燃料组件,并采用数值模拟与实验研究相结合的方法对组件的水力特性开展了研究,获得了阻力系数随雷诺数的变化规律及特制涡轮流量计的仪表系数,阻力系数计算值与实验值的相对偏差小于8%,特制涡轮流量计的仪表系数计算值与实验值的相对偏差小于1%。结果表明,计算与实验结果相符,模拟燃料组件结构设计合理可靠,同时验证了数值模拟方法在模拟燃料组件设计过程中的准确性。实验研究结果还表明,模拟燃料组件额定工况下的阻力系数为5.589,与原型阻力系数相比,相对偏差小于0.5%,满足整体水力模拟实验研究的需求,同时也验证了本文所设计阻力调节装置的可靠性及精细性。

耐事故燃料控制棒备选材料的燃耗分析

为从中子学角度对耐事故燃料控制棒备选材料进行评价,本文将稀土元素的倍半氧化物(Eu_(2)O_(3),Gd_(2)O_(3),Sm_(2)O_(3),Dy_(2)O_(3),Er_(2)O_(3))、Hf及HfO 2等材料的控制棒分别置于相同的全陶瓷微胶囊封装燃料组件中,使控制棒所处组件的累积燃耗达到200 GW·d·t^(-1),采用可执行精细燃耗计算的蒙特卡罗程序RMC,计算了燃耗过程中控制棒价值的变化情况,并与传统的控制棒材料Ag-In-Cd的燃耗行为进行了对比分析。结果表明,Eu_(2)O_(3),Dy_(2)O_(3),Sm_(2)O_(3)和Hf的初始反应性均不低于Ag-In-Cd的反应性,且随着燃耗加深,控制棒价值的衰减相对缓慢,尤其是Eu_(2)O_(3)和Dy_(2)O_(3)的控制棒价值随燃耗加深几乎无衰减,有利于堆芯反应性控制,是优良的控制棒材料。

辐照条件下ZrO2中点缺陷时空演化的分子动力学模拟

基于分子动力学方法,利用Buckingham势描述原子间的相互作用,使用Ziegler-Biersack-Littmark(ZBL)库仑屏蔽势修正近程力,积分过程中采用自适应步长,使用Wigner-Seitz方法判别缺陷,研究了不同种类、方向、能量的初始撞出原子(primary knock-on atom,PKA)作用下,ZrO2中点缺陷的时空演化特性。结果表明,在弹道阶段、离位峰阶段和稳定阶段中,O缺陷数始终大于Zr缺陷数。与Zr-PKA作用相比,原子序数较小的O-PKA作用下缺陷产生速率较小,缺陷数峰值较小,空间分布不集中;PKA以不同方向入射时,在ZrO2中产生的缺陷数峰值不同,损伤呈现出各向异性,但缺陷数稳态值相差不大;PKA能量增大,级联碰撞时间增长,缺陷数增多。在级联碰撞作用下,ZrO2的晶体结构没有改变,仅产生了孤立的点缺陷及尺寸较小的点缺陷簇,表现出优异的抗辐照性能。

小药量内爆情况下双壳体碎片飞散速度的理论分析

柔爆索是航天运载器爆炸分离装置的能量来源,分离过程涉及小装药比情况下爆炸驱动外围壳体的飞散问题。一般认为,Gurney公式不适用于计算小装药比情况下壳体的飞散速度。为了分析分离碎片的飞散特性,基于柔爆索爆炸做功的三阶段分析,提出了计算壳体碎片飞散速度的理论方法,并通过与实验结果和数值模拟结果的对比,分析讨论了理论方法的适用性。结果表明,装药质量比是影响柔爆索爆炸驱动壳体碎片飞散速度的主要因素,装药质量比越大,最终碎片飞散速度越大;同时,双层壳体的存在使得碎片驱动初期的两段效应凸显出来,说明提出的分析模型与实际结果比较接近。Gurney公式不适用计算装药比小于0.01的碎片飞散速度。

基于计数截断方法的低入侵性核部件成像认证技术

利用MATLAB软件模拟了核裁军核查领域中用于核部件认证的中子计数截断成像方法的处理流程,研究了该方法的有效性和入侵性。通过引入截断矩阵,使该方法具备了通过调节截断参数改变入侵性的能力。数值模拟结果表明,通过限制探测器计数方式,可以在满足认证结果有效的同时,降低主动中子成像技术的入侵性。

系统电磁脉冲模拟中的发射电子参数计算

为深入研究系统电磁脉冲(SGEMP)特性,通过蒙特卡罗程序MCNP计算并总结了发射电子能谱、θ方向角分布以及光电产额等发射电子参数的变化规律,给出了不同X射线黑体温度下表征射线能量的能谱参数E_1。利用3维全电磁PIC程序对SGEMP进行模拟,并将模拟结果与用X射线黑体温度T近似代替能谱参数E_1取值方式下的模拟结果进行了对比。结果表明,低能射线的能谱参数与黑体温度近似相等;而高能射线的能谱参数与黑体温度存在偏差,会导致SGEMP模拟计算的电磁场峰值产生偏差。

发射度效应占主导线性电子注的临界半径研究

基于考虑发射度效应的线性电子注边缘电子受力平衡方程,获得了约束电子注所需磁感应强度,通过对比约束不同效应所需磁感应强度的大小,推导了发射度效应占主导电子注的临界半径公式。利用该公式分析了典型电子注的临界半径,分析表明在导流系数小于0.1μA·V^(-3/2)时,电子注发射度效应对电子注的影响随电子注半径减小到亚毫米量级后迅速增大。通过理论推导获得了热阴极发射的线性电子注临界半径下限公式,分析表明采用较大负载的阴极有利于获得较高质量的电子注,且在电子注半径小于0.05mm后,常规热阴极的发射能力已不足以保证电子注工作于空间电荷限制状态。此外,在用缩尺法设计电子枪时,若缩尺后的电子注半径小于临界半径,则缩尺法将失效。

脉冲晶闸管热网络模型及运行状态评估方法

针对脉冲晶闸管承受强流脉冲导致的瞬态电磁热力联合冲击产生的热疲劳累积突发性失效问题,提出了在脉冲晶闸管内布置温度传感器的状态监测方法,建立了脉冲晶闸管的高阶瞬态热阻抗网络模型,分析了强流脉冲作用下脉冲晶闸管内部不同层的温度分布规律,并通过理论计算验证了分析方法的有效性。计算结果表明,热网络模型计算相对偏差小于5%。可为脉冲晶闸管型强流开关的状态评估提供理论指导。

经典梁理论对氮化硼纳米管弯曲变形的精确解

本文利用连续介质理论中的欧拉梁理论和铁木辛柯梁理论对单壁氮化硼纳米管在横向荷载作用下的剪切弯曲变形进行预测。理论中所用的氮化硼纳米管厚度分别选择层间距0.333 nm和本征厚度0.090 6 nm,并与分子动力学模拟的结果进行比较。结果表明:采用单原子材料厚度为0.090 6nm进行计算得到的结果与利用分子动力学模拟结果吻合较好;而采用层间距厚度的连续梁理论计算结果与分子动力学结果有很大偏差且明显低于分子动力学结果。这表明:经典连续介质理论适用于纳米材料领域,引入尺度参数的广义连续介质理论实质上修正了材料的弯曲刚度,使其与分子模拟结果相吻合。

微秒电脉冲驱动电爆炸等离子体光辐射特性研究进展

电爆炸等离子体的光辐射特性对探究非理想等离子体性质及含能材料点火技术具有重要意义。在过去几十年,国内外学者对电爆炸物理与效应开展了广泛研究,明确了等离子体及可见光辐射效应的典型特征规律。近年来,随着电爆炸技术在国防、能源和材料领域的逐步应用,人们开始关注电爆炸等离子体光辐射现象中更多的物理细节,以期实现电爆炸负载光辐射效应的有效调控。本文简要回顾了电爆炸负载及其光辐射效应的研究历程,并介绍了相关实验手段及技术原理。从动力学角度系统介绍了电爆炸等离子体及光辐射的时空演化行为,从光谱学角度分析了放电不同阶段的辐射光谱特性,建立了电爆炸关键过程和光辐射物理机制的对应性,归纳了放电模式、金属材质、介质类型对负载光辐射特性的影响。最后,探讨了基于强光辐射效应的电爆炸技术的发展趋势。

铀颗粒物中^(230)Th与^(234)U物质的量比值分析及生产年龄诊断

铀颗粒物中^(230)Th与^(234)U物质的量比值n(^(230)Th)/n(^(234)U)可用于诊断铀材料的生产年龄。转移并消解多个不同铀丰度的CRM124-4,GBW04234和GBW04238铀颗粒物制备最初溶液,分样后在各溶样瓶中分别加入定量的^(233)U稀释剂和^(229)Th稀释剂。其中,加入^(229)Th稀释剂的^(230)Th定量样品进一步分离纯化去铀,采用多接收电感耦合等离子体质谱仪(multiple colletor inductively coupled plasma mass spectrometry,MC-ICP-MS)分别测定n(^(238)U)/n(^(233)U)和n(^(230)Th)/n(^(229)Th),由同位素稀释质谱法得到最初溶液中^(238)U的质量分数w(^(238)U)和^(230)Th的质量分数w(^(230)Th)。待测铀颗粒物中n(^(238)U)/n(^(234)U)已知,计算出最初溶液中w(^(234)U)及n(^(230)Th)/n(^(234)U),最后诊断出颗粒物的生产年龄。研究结果表明:6.1×10^(-5)~3.8×10^(-4) g量级CRM124-4,GBW04234和GBW04238铀颗粒物中n(^(230)Th)/n(^(234)U)测量值的相对偏差分别为2.7%、6.1%和1.8%;CRM124-4,GBW04234和GBW04238所对应铀材料的生产年龄诊断结果分别为57.81±1.55 a,23.32±1.42 a和22.99±0.40 a(2σ),诊断精度达到国际同等先进水平。

《现代应用物理》投稿须知

《现代应用物理》是由西北核技术研究所创办,西北核技术研究所和国防工业出版社联合主办的物理类综合中文学术期刊,报道国内外应用物理学领域未曾公开发表的原创性研究论文和前沿研究综述;季刊,国内外公开发行。感谢您对本刊的关注和投稿。

数字信号处理器单粒子功能性瞬态故障预估方法研究

结合特定应用下数字信号处理器单粒子功能故障的产生机理和表征模式,定义了单粒子功能性瞬态故障的概念,提出了利用数字信号处理器内部存储区数据位翻转截面和数据位缓存时间有效占比预估功能性瞬态故障截面的方法。在西安200 MeV质子应用装置上开展了TMS320C6455型数字信号处理器质子辐照实验,对预估方法的有效性进行了验证。实验得到了被测器件的功能性瞬态故障截面和内部存储区数据位翻转截面,并利用预估方法计算得到被测器件功能性瞬态故障截面预估值,实验结果与预估值相对偏差小于5%。

临近空间核爆炸X射线能注量空间分布的模拟计算

计算了不同爆高下临近空间核爆炸的裸核区半径和裸核区内的能量沉积份额,分析了裸核区对X射线能注量空间分布的影响。结果表明,当量一定时,裸核区半径随爆高增大而增大,但在爆高达到一定高度后,裸核区半径不再随爆高有明显变化;爆高一定时,裸核区半径随当量增加而增大。将裸核区半径作为新的球形源半径,将核爆炸X射线总能量减去裸核区中沉积的能量作为新的球形源总能量,利用蒙特卡罗方法计算得到了临近空间核爆炸X射线能注量的空间分布。结果表明,在爆高小于60 km时,爆心周围3 km内核爆炸X射线能注量在爆心上下的分布明显不对称;爆高一定时,随着爆心距的增加,测点处X射线的能谱变硬。

辐射陷阱电荷对0.18μm N-MOSFET转移特性影响的TCAD仿真

利用TCAD仿真技术,研究了电离总剂量辐射陷阱电荷对0.18μm N沟道MOSFET转移特性的影响。构建了0.18μm N沟道MOSFET的三维仿真结构,获得了在电离总剂量(total ionizing dose,TID)效应影响下,负栅压偏置时器件中电流密度的分布情况。分析了器件浅槽隔离层(shallow trench isolation,STI)中氧化物陷阱电荷和界面态陷阱电荷对器件泄漏电流的影响。仿真计算了N-MOSFET的转移特性,仿真结果与辐照试验结果受辐照影响的趋势基本一致,为深亚微米MOS器件的总剂量辐射效应的损伤机制提供了一种分析手段。

Bi_4Ti_3O_(12)铁电薄膜飞秒三阶非线性光学性能研究

采用sol-gel方法在石英玻璃衬底上制备出α轴取向的多晶Bi_4Ti_3O_(12)(BIT)薄膜,根据透射谱曲线得到薄膜样品的线性折射率为2.35,线性吸收系数为9.81×10~3cm^(-1),光学带隙宽度为3.60 eV。以脉宽300 fs,波长800 nm的钛蓝宝石脉冲激光为光源,利用单光束Z-scan技术测得薄膜样品的双光子吸收系数为100.31GW·cm^(-2),三阶非线性折射率为-1.02×10^(-2)GW·cm^(-2)。实验结果表明,所制备的BIT铁电薄膜具有大的非线性光学系数,适合应用于光子器件的制备。

一种带双预调制腔的速调型相对论返波管

在外加注入信号的速调型相对论返波管的基础上,通过在注入腔和谐振反射器之间插入两个预调制腔,提出了一种带双预调制腔的速调型相对论返波管.双预调制腔实现了对电子束的预调制,增加了电子束在双间隙提取腔内的一次谐波电流幅度.与外加注入信号的速调型相对论返波管相比,功率转换效率从48％提高到57％,控制10 GW输出微波相位所需的注入信号功率从10 MW减少到0.8 MW,注入口的泄露功率从120 MW缩小到35 MW.