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中子單粒子效應(精)/輻射環境模擬與效應叢書 版權信息
- ISBN：9787030710345
- 條形碼：9787030710345 ; 978-7-03-071034-5
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
中子單粒子效應(精)/輻射環境模擬與效應叢書 本書特色
該書匯集了團隊十多年創新性研究成果，是我國**部系統介紹中子單粒子效應理論、試驗和仿真的學術專著
中子單粒子效應(精)/輻射環境模擬與效應叢書 內容簡介
高能宇宙射線與大氣相互作用產生大量次級中子，在半導體器件中引起中子單粒子效應，可導致電子系統產生軟錯誤或者硬損傷，影響飛機或者臨近空間飛行器飛行的可靠性和安全性。本書主要介紹大氣中子輻射環境及建模、中子輻射模擬裝置和中子輻射環境測量技術、中子單粒子效應機理與數值模擬方法，以及實驗方法和數據處理方法，并給出單能中子源、散裂中子源、核反應堆、高山等典型環境的中子單粒子效應實驗結果。 本書可為輻射效應和抗輻射加固技術研究人員提供參考，也可作為輻射物理、微電子和抗輻射加固相關專業的研究生參考書。
中子單粒子效應(精)/輻射環境模擬與效應叢書 目錄
目錄
叢書序
前言
第1章 緒論 1
1.1 空間輻射環境 1
1.2 典型輻射效應 5
1.3 單粒子效應 8
1.4 本書主要內容 11
參考文獻 11
第2章 大氣中子輻射環境 14
2.1 大氣中子來源簡介 14
2.2 大氣中子輻射環境模型 16
2.2.1 初級宇宙射線模型 17
2.2.2 地磁截止剛度模型 20
2.2.3 大氣分層模型 23
2.2.4 粒子輸運模擬 24
2.3 大氣中子輻射環境模擬軟件 27
2.3.1 軟件簡介 27
2.3.2 軟件基本功能 29
2.4 典型大氣中子輻射環境計算結果 30
2.5 小結 34
參考文獻 34
第3章 中子輻射模擬裝置 36
3.1 單能中子源 38
3.1.1 產生單能中子的核反應 38
3.1.2 中子發生器 39
3.1.3 靜電加速器 42
3.1.4 可變能量中子源 46
3.2 準單能中子源 46
3.2.1 7Li（p，n）中子源典型布局及參數 47
3.2.2 準單能中子源舉例 49
3.2.3 國內的準單能中子源 54
3.3 白光中子源 55
3.3.1 白光中子源簡介 55
3.3.2 中國散裂中子源反角白光中子源 56
3.3.3 國外三個典型的白光中子源 61
3.4 反應堆中子源 65
3.4.1 西安脈沖反應堆主要特點 65
3.4.2 西安脈沖反應堆中子參數測試 67
3.5 小結 70
參考文獻 70
第4章 中子輻射環境測量技術 73
4.1 中子測量技術簡介 73
4.1.1 大氣中子探測技術 73
4.1.2 快中子能譜測量 77
4.2 大氣中子輻射探測器 78
4.2.1 雙層閃爍探測器 78
4.2.2 Bonner球探測器 90
4.2.3 粒子甄別與能譜采集 95
4.3 標定方法 104
4.3.1 雙層閃爍探測器 105
4.3.2 Bonner球探測器 109
4.4 雙層閃爍探測器中子、質子能譜解譜方法 111
4.4.1 探測器能量響應 111
4.4.2 解譜原理 111
4.4.3 解譜算法 112
4.4.4 能譜反演 115
4.5 小結 117
參考文獻 117
第5章 中子單粒子效應機理與數值模擬 121
5.1 中子單粒子效應物理過程 121
5.1.1 電荷沉積 121
5.1.2 電荷收集 122
5.1.3 電路響應 123
5.2 中子單粒子效應粒子輸運模型 124
5.2.1 器件幾何模型 125
5.2.2 截面計算模型 126
5.2.3 物理處理列表 127
5.3 典型存儲器中子單粒子效應模擬 128
5.3.1 大氣中子單粒子效應模擬 128
5.3.2 裂變中子單粒子效應模擬 136
5.4 小結 138
參考文獻 138
第6章 中子單粒子效應測量及數據處理方法 140
6.1 中子單粒子效應測量和判別 140
6.1.1 中子單粒子效應測量 140
6.1.2 中子單粒子效應判別 141
6.2 MCU提取方法 142
6.2.1 基于時間或空間的提取方法 142
6.2.2 基于統計學的提取方法 144
6.3 實驗結果不確定度分析 148
6.3.1 不確定度的基本概念 148
6.3.2 實驗不確定度的來源 149
6.3.3 實驗不確定度的評定 150
6.4 不同中子源的單粒子效應實驗方法 153
6.4.1 （準）單能中子實驗方法 153
6.4.2 散裂中子實驗方法 154
6.4.3 大氣中子實驗方法 155
6.4.4 器件單粒子效應率計算 156
6.5 單粒子效應測量系統 156
6.5.1 基本要求 156
6.5.2 典型測量系統 158
6.6 小結 162
參考文獻 162
第7章 中子單粒子效應實驗 165
7.1 單能中子單粒子效應實驗 165
7.1.1 SRAM單能中子實驗 166
7.1.2 數字信號處理器單能中子實驗 168
7.2 散裂中子單粒子效應實驗 170
7.2.1 實驗基本情況 171
7.2.2 影響因素分析 174
7.2.3 實驗結果討論 180
7.2.4 中國散裂中子源與大氣中子的等效性 181
7.3 反應堆中子單粒子效應實驗 183
7.3.1 典型實驗結果 183
7.3.2 影響因素分析 186
7.3.3 反應堆實驗結果討論 187
7.4 地面和高山大氣中子單粒子效應實驗 188
7.4.1 羊八井高山實驗 188
7.4.2 歐洲高原實驗 191
7.5 航空飛行中子單粒子效應實驗 192
7.5.1 Samsung SRAM芯片抗單粒子翻轉能力測試 193
7.5.2 NEC SRAM存儲芯片抗單粒子翻轉能力測試 193
7.5.3 IMS1601 SRAM芯片航空飛行抗單粒子翻轉能力測試 194
7.6 小結 195
參考文獻 195
附錄 198
叢書序
前言
第1章 緒論 1
1.1 空間輻射環境 1
1.2 典型輻射效應 5
1.3 單粒子效應 8
1.4 本書主要內容 11
參考文獻 11
第2章 大氣中子輻射環境 14
2.1 大氣中子來源簡介 14
2.2 大氣中子輻射環境模型 16
2.2.1 初級宇宙射線模型 17
2.2.2 地磁截止剛度模型 20
2.2.3 大氣分層模型 23
2.2.4 粒子輸運模擬 24
2.3 大氣中子輻射環境模擬軟件 27
2.3.1 軟件簡介 27
2.3.2 軟件基本功能 29
2.4 典型大氣中子輻射環境計算結果 30
2.5 小結 34
參考文獻 34
第3章 中子輻射模擬裝置 36
3.1 單能中子源 38
3.1.1 產生單能中子的核反應 38
3.1.2 中子發生器 39
3.1.3 靜電加速器 42
3.1.4 可變能量中子源 46
3.2 準單能中子源 46
3.2.1 7Li（p，n）中子源典型布局及參數 47
3.2.2 準單能中子源舉例 49
3.2.3 國內的準單能中子源 54
3.3 白光中子源 55
3.3.1 白光中子源簡介 55
3.3.2 中國散裂中子源反角白光中子源 56
3.3.3 國外三個典型的白光中子源 61
3.4 反應堆中子源 65
3.4.1 西安脈沖反應堆主要特點 65
3.4.2 西安脈沖反應堆中子參數測試 67
3.5 小結 70
參考文獻 70
第4章 中子輻射環境測量技術 73
4.1 中子測量技術簡介 73
4.1.1 大氣中子探測技術 73
4.1.2 快中子能譜測量 77
4.2 大氣中子輻射探測器 78
4.2.1 雙層閃爍探測器 78
4.2.2 Bonner球探測器 90
4.2.3 粒子甄別與能譜采集 95
4.3 標定方法 104
4.3.1 雙層閃爍探測器 105
4.3.2 Bonner球探測器 109
4.4 雙層閃爍探測器中子、質子能譜解譜方法 111
4.4.1 探測器能量響應 111
4.4.2 解譜原理 111
4.4.3 解譜算法 112
4.4.4 能譜反演 115
4.5 小結 117
參考文獻 117
第5章 中子單粒子效應機理與數值模擬 121
5.1 中子單粒子效應物理過程 121
5.1.1 電荷沉積 121
5.1.2 電荷收集 122
5.1.3 電路響應 123
5.2 中子單粒子效應粒子輸運模型 124
5.2.1 器件幾何模型 125
5.2.2 截面計算模型 126
5.2.3 物理處理列表 127
5.3 典型存儲器中子單粒子效應模擬 128
5.3.1 大氣中子單粒子效應模擬 128
5.3.2 裂變中子單粒子效應模擬 136
5.4 小結 138
參考文獻 138
第6章 中子單粒子效應測量及數據處理方法 140
6.1 中子單粒子效應測量和判別 140
6.1.1 中子單粒子效應測量 140
6.1.2 中子單粒子效應判別 141
6.2 MCU提取方法 142
6.2.1 基于時間或空間的提取方法 142
6.2.2 基于統計學的提取方法 144
6.3 實驗結果不確定度分析 148
6.3.1 不確定度的基本概念 148
6.3.2 實驗不確定度的來源 149
6.3.3 實驗不確定度的評定 150
6.4 不同中子源的單粒子效應實驗方法 153
6.4.1 （準）單能中子實驗方法 153
6.4.2 散裂中子實驗方法 154
6.4.3 大氣中子實驗方法 155
6.4.4 器件單粒子效應率計算 156
6.5 單粒子效應測量系統 156
6.5.1 基本要求 156
6.5.2 典型測量系統 158
6.6 小結 162
參考文獻 162
第7章 中子單粒子效應實驗 165
7.1 單能中子單粒子效應實驗 165
7.1.1 SRAM單能中子實驗 166
7.1.2 數字信號處理器單能中子實驗 168
7.2 散裂中子單粒子效應實驗 170
7.2.1 實驗基本情況 171
7.2.2 影響因素分析 174
7.2.3 實驗結果討論 180
7.2.4 中國散裂中子源與大氣中子的等效性 181
7.3 反應堆中子單粒子效應實驗 183
7.3.1 典型實驗結果 183
7.3.2 影響因素分析 186
7.3.3 反應堆實驗結果討論 187
7.4 地面和高山大氣中子單粒子效應實驗 188
7.4.1 羊八井高山實驗 188
7.4.2 歐洲高原實驗 191
7.5 航空飛行中子單粒子效應實驗 192
7.5.1 Samsung SRAM芯片抗單粒子翻轉能力測試 193
7.5.2 NEC SRAM存儲芯片抗單粒子翻轉能力測試 193
7.5.3 IMS1601 SRAM芯片航空飛行抗單粒子翻轉能力測試 194
7.6 小結 195
參考文獻 195
附錄 198
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中子單粒子效應(精)/輻射環境模擬與效應叢書 節選
第1章緒論 輻射效應是輻射與物質相互作用產生的物理、生物等現象。電子器件在輻射環境中因為輻射作用產生輻射效應，會導致材料、器件乃至系統等性能下降或失效。輻射效應和抗輻射加固技術研究領域主要考慮核爆輻射、空間天然輻射、激光和高功率微波等輻射環境。空間輻射效應主要有電離總劑量效應、位移損傷效應、單粒子效應、充放電效應。據統計，輻射效應造成的航天器在軌故障約占總故障的45%，如圖1.1所示[1-4]，其中單粒子效應占近86%。抗輻射加固技術是提高器件、系統在輻射環境中的抗輻射性能，確保完成規定任務的技術，涉及輻射環境、輻射測量、輻射效應機理、抗輻射加固、實驗與評估等內容，屬于核科學、電子科學、材料科學等的交叉學科，是航天器在軌長期可靠運行的關鍵技術，一直是世界航天大國研究的重點和熱點[5-6]。 1.1空間輻射環境 輻射環境包括人為輻射環境和天然輻射環境。人為輻射環境主要包括核爆炸、激光、微波等輻射環境，以及用于科研的實驗室輻射環境，如加速器、反應堆、放射源等。天然輻射環境包括大氣層外空間輻射環境、大氣層中子等。 空間輻射環境主要包括銀河宇宙射線（galaxy cosmic ray，GCR）、太陽宇宙射線（solar cosmic ray，SCR）和范艾倫輻射帶。圖1.2給出空間輻射環境示意圖。銀河宇宙射線是來自銀河深處的高能帶電粒子，其中85%是質子，14%是.粒子，重離子占1%，粒子能量范圍一般為102MeV～109GeV，通量密度一般為幾個粒子每平方厘米秒（cm.2 s.1）。太陽宇宙射線是在太陽耀斑爆發期間發射的大量高能質子、電子、重離子、.粒子，其中絕大部分是質子，因此又被稱為太陽質子事件。范艾倫輻射帶是1985年美國學者范艾倫首先發現的，是存在于地球周圍，被地磁場穩定捕獲的帶電粒子區域，又稱為地磁俘獲輻射帶，主要成分是電子和質子，分為內帶和外帶。內帶是距離地球昀近的捕獲帶電粒子區域，主要由捕獲質子（能量為0.1～400MeV）和捕獲電子（能量為0.04～7MeV）組成，還存在少量的重離子。內帶在赤道上空100～10000km的高度處，強度昀大的中心位置距地球3000km左右。范艾倫輻射帶內的粒子注量率隨歸一化海拔的變化如圖1.3所示。外帶的赤道高度為13000～60000km，中心位置在20000～25000km，主要是一個捕獲電子帶，由0.1～10MeV電子和少量質子組成。南美洲東側的南大西洋地磁異常區，其磁場強度比鄰近區域弱很多，是負磁異常區，導致空間高能帶電粒子分布發生改變，尤其是內帶高度明顯降低，導致低軌衛星輻射損傷嚴重[7-8]。 由于地球周圍存在濃密大氣層，初級宇宙射線中可以到達地球海平面的不到總量的1%，能量極高的宇宙射線與大氣層中的O原子和N原子相互作用引起級聯簇射反應，產生的高能次級粒子有介子、介子、光子、電子和由介子、介子衰變產生的中子（n）與質子（p）等，能量覆蓋了從兆電子伏到千兆電子伏的范圍。這些次級粒子中約有92%的中子、4%的介子、2%的質子、2%的介子和少量重離子。中子能量范圍從電子伏量級到1010eV量級，注量率為幾百個中子每平方厘米秒。銀河宇宙射線誘發的大氣中子通量峰值約為20km，太陽質子誘發的大氣中子通量峰值約為60km。對于超強的太陽質子事件，其誘發的大氣中子通量約為銀河宇宙射線的上千倍[11-13]。高能宇宙射線與大氣作用產生的次級粒子構成大氣輻射環境。其中，大氣中子是導致臨近空間、航空和地面電子系統產生輻射效應的主要因素。 影響大氣中子輻射環境的因素主要有三個方面[14-15]：①大氣氣壓，大氣密度影響中子通量；②地球磁場，地球磁場改變了太陽宇宙射線的路徑，在地球赤道上空影響較弱，在極地附近影響強烈；③太陽耀斑，太陽耀斑產生大量高能粒子，導致地球磁場減弱，使得更多的高能帶電粒子進入地球大氣層，影響大氣中子輻射環境。圖1.4為Gordon等[16]在紐約IBM研究中心樓頂測得的大氣中子能譜。 大氣中子輻射環境也可以采用大氣模型、宇宙射線模型、地磁截止剛度模型、核反應模型等，模擬宇宙射線與地球磁場、大氣相互作用過程，計算大氣中子輻射環境參數[14，17-18]，如圖1.5所示。 1.2典型輻射效應 空間輻射與電子器件相互作用，產生電離和位移損傷，包括電離總劑量效應、位移損傷效應、單粒子效應、充放電效應等空間輻射效應。這些效應可以分為硬損傷和軟錯誤。硬損傷指不可恢復的永久損傷，軟錯誤是可糾正或恢復的錯誤。表1.1和表1.2分別給出了典型電子器件的空間輻射效應及其在不同環境中的嚴重程度[19-20]。 電離輻射效應是指輻射與物質相互作用產生的電子-空穴對在器件內輸運導致的性能損傷現象。累積效應是輻射損傷隨輻照劑量的累積而變化的現象。位移損傷是器件材料原子被粒子碰撞而離開原來位置導致輻射損傷的現象。充放電效應是空間高能電子穿透衛星表面，在衛星內材料或懸浮導體中積累電荷產生空間靜電放電，導致衛星上電子設備工作異常的現象。當單個粒子穿過器件敏感區域時，電離產生的電子-空穴對被電場收集形成脈沖電流，導致器件輻射損傷的現象，稱為單粒子效應。
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