基于兰州重离子微束装置的单粒子效应分析系统开发

发布时间：2020-04-10 13:28

【摘要】：航天器工作的近地轨道存在着复杂的空间辐射环境,这类辐射主要来自于银河宇宙射线、太阳粒子事件和地球俘获带离子地球俘获带离子。空间辐射环境对运行其中的航天器会造成极大的影响,表现在总剂量效应、位移损伤效应引起的电子器件性能老化,以及由单粒子效应引起的电子器件功能故障和损毁,其中由单粒子效应造成的航天器故障已是当前的热门话题之一。随着我国太空探索进程和航天事业的发展,对航天器性能稳定性和使用寿命等指标提出了更高的要求,开展航天器单粒子效应地面检验评估和针对性地抗辐射加固设计攸关我国航天器稳健运行和关键航天器件国产化,对于我国航天事业的长远健康发展具有重要的意义。微束技术具备极高的空间分辨和准确的辐射剂量控制能力,其在单粒子效应机理研究中有其独特的优势,国际上已在基于微束装置的单粒子效应研究方面开展了大量的工作,而我国由于微束技术起步较晚,同时受限于束流时间等因素,在单粒子效应微束研究方面的工作还有待开展。中国科学院近代物理研究所于2011年建成了国际上能力最高的微束装置,该微束是开展单粒子效应研究的良好实验平台。但鉴于该微束系统复杂,控制技术要求高,要在该实验平台上开展单粒子效应研究,需要有完善的实验分析系统支持。本论将文详细论述了作者基于LIHIM的单粒子效应分析技术的研究工作,作者通过搭建由受测器件定位、离子辐照、数据采集和在线分析四大功能单元组成的单粒子效应微束分析系统,在微束实验平台上实现了受测器件精确定位,束流指向性辐照、数据采集和信息交互,以及单粒子效应空间绘图分析等功能。在该过程主要解决了如何实现大气环境下电子器件精确定位辐照、如何实现单离子探测和控制技术、如何是实现系统间信号的快速通讯和传输和如何进行大吞吐量数据的计算机汇总分析。除此之外,作者还通过开展单粒子效应实验,检验了实验技术的可靠性,同时获得了大量有效的实验数据。总的来说该工作的开展将能服务于国内单粒子效应的研究,具有一定的科学价值。
【图文】：

近地空间辐射环境来源之一的太阳粒子事件通常与太阳耀斑爆发和日冕物质喷射有关，其辐射包括质子，alpha 离子，重离子和电子。主要成分是质子，alpha 所占比例在(5-10)%， 重离子相当少。太阳活动存在着 11 年的周期行为，太阳粒子事件随着太阳活动和太阳周期变化[2]。宇宙射线是近地空间辐射环境的又一组成部分，大部分的宇宙射线都有很高的能量，其中重离子占很大比重。但由于重离子会与地球大气层相互作用通过直接电离的方式损失大量的能量，能够到达地面的重离子微乎其微。同时由于太阳风对宇宙射线有抵制作用，，观察数据显示宇宙射线的丰度与太阳活动强度正好相反。除了上述两种因素以外，地球磁场的存在也会将宇宙射线中能量较低的成分偏转到地球之外的星际空间。具体来说宇宙射线的相对丰度谱主要存在两个峰位一个是质子峰，一个是铁离子峰。如图 2.2.1 所示：

图 2.2.2 地球俘获带三层结构[29]总的来说太阳粒子事件、银河宇宙射线、地球俘获带等共同构成了近地空间的辐射环境，图 2.2.3 给出辐射环境中各类粒子能量和注量率的分布。近地空间辐射环境中能够诱发单粒子效应的主要是载能重离子和中子。重离子与半导体材料作用以直接电离为主，能够在离子径迹周围产生大量的电子空穴对；质子也带
【学位授予单位】：西北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V520.6

【参考文献】

相关期刊论文 前4条

1 杜广华;;离子微束技术及其多学科应用[J];原子核物理评论;2012年04期

2 贺朝会;李永宏;杨海亮;;单粒子效应辐射模拟实验研究进展[J];核技术;2007年04期

3 侯明东,甄红楼,张庆祥,刘杰,马峰;重离子在半导体器件中引起的单粒子效应[J];原子核物理评论;2000年03期

4 王长河;单粒子效应对卫星空间运行可靠性影响[J];半导体情报;1998年01期

本文编号：2622284