60 Co γ辐射伏特/光伏双重效应多级同位素电池的优化设计与性能研究
发布时间：2021-04-24 05:56
同位素电池技术在航天航空、深空探索中具有重要的应用意义。然而目前的同位素电池输出功率较低、辐照损伤效应较为严重,严重制约了其实际应用与发展。本文针对以上问题,提出了一种新型可满足空间应用要求的基于60Co放射源的辐致伏特/光伏效应多级同位素电池,并围绕电池的材料参数、结构设计、样品制备以及γ辐照损伤效应展开了一系列的研究工作,具体研究内容如下:1)对双重效应多级同位素电池的材料与结构展开了优化设计。采用MCNP5、肖克莱方程、Kubelka-Munk理论进行了理论计算与分析,研究了辐致光伏、辐射伏特两种效应产生的电学输出贡献比重。探究了闪烁晶体厚度、伏特层串并联方式与电池性能的响应关系。研究了不同闪烁晶体和伏特层之间的耦合关系,获得了最优的“CsI闪烁晶体+GaAs伏特层”组合。采用PHITS蒙卡程序,确定了双重效应多级换能组件的整体尺度大约为20 cm,并在该尺度上实现了多级结构的优化设计。在10 Ci 60Co放射源照射下,当每一级CsI闪烁晶体厚度为2 cm且各级伏特层串联连接时,电池可获得理论最佳的最大输出功率为1.71 mW、内转换效率为4.31%。2)...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 同位素电池的分类
1.3 辐射伏特与辐致光伏效应同位素电池的研究现状
1.4 存在的问题与本文研究思路
1.5 本文的研究内容
第二章 辐射伏特/光伏双重效应同位素电池的工作原理
2.1 辐射伏特效应的原理与输出参数的计算
2.1.1 辐射伏特能量转换机制的原理
2.1.2 辐射伏特效应输出参数的计算
2.2 辐致光伏效应的原理与输出参数的计算
2.2.1 辐致光伏能量转换机制的原理
2.2.2 辐致光伏效应输出参数的计算
2.3 辐射伏特效应与辐致光伏效应的双重作用
2.4 本章小结
第三章 双重效应多级同位素电池的优化设计
3.1 双重效应多级同位素电池的可行性研究
3.1.1 能量转换材料的选择
3.1.2 双重效应同位素电池的电学输出特性分析
3.2 材料的优选与多级结构的优化设计
3.2.1 不同伏特层与闪烁晶体组合的性能对比
3.2.2 多级结构的优化设计
3.3 本章小结
第四章 双重效应多级同位素电池的制备与测试
4.1 GaAs基伏特层的制备与测试
4.1.1 GaAs基伏特层的设计与制备
4.1.2 GaAs基伏特层的性能测试
4.2 闪烁晶体光学性能的测试
4.2.1 闪烁晶体的透射率与发射光谱
4.2.2 闪烁晶体的相对出射光子产额
4.3 双重效应多级同位素电池的组装与测试
4.3.1 基于LYSO闪烁晶体和GaAs伏特层的双重效应同位素电池制备与测试
4.3.2 基于CsI闪烁晶体和GaAs伏特层的双重效应同位素电池制备与测试
4.4 本章小结
第五章 双重效应多级同位素电池的γ辐照损伤效应研究
5.1 GaAs伏特层的γ辐照损伤效应
5.1.1 GaAs伏特层辐照前后电学性能对比
5.1.2 GaAs伏特层辐照前后电致发光对比
5.1.3 GaAs伏特层辐照前后电容特性对比
5.2 闪烁晶体的γ辐照损伤效应
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 研究总结
6.2 研究创新点
6.3 研究展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]63Ni-Si辐射伏特电池镍薄膜源设计与制备[J]. 李浩,张高飞,尤政. 清华大学学报(自然科学版). 2017(08)
[2]放射性同位素电池的研究进展[J]. 周毅,张世旭,李公平. 科学通报. 2017(17)
[3]Vacuum degree effects on betavoltaics irradiated by 63Ni with differently apparent activity densities[J]. LIU YunPeng,XU ZhiHeng,WANG Hao,TANG XiaoBin. Science China（Technological Sciences）. 2017(02)
[4]稀土闪烁晶体研究进展[J]. 徐兰兰,孙丛婷,薛冬峰. 中国科学:技术科学. 2016(07)
[5]Si基（63）Ni辐射伏特效应同位素电池的优化设计与分析[J]. 汤晓斌,丁丁,刘云鹏,陈达. 中国科学:技术科学. 2012(06)
[6]直接充电式核电池能量转换效率提高研究[J]. 欧频,周剑良,左国平,郭鹏伟. 核技术. 2011(11)
[7]一种基于PIN结的硅基微型核电池研究[J]. 乔大勇,陈雪娇,任勇,藏博,苑伟政. 物理学报. 2011(02)
本文编号：3156810
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 同位素电池的分类
1.3 辐射伏特与辐致光伏效应同位素电池的研究现状
1.4 存在的问题与本文研究思路
1.5 本文的研究内容
第二章 辐射伏特/光伏双重效应同位素电池的工作原理
2.1 辐射伏特效应的原理与输出参数的计算
2.1.1 辐射伏特能量转换机制的原理
2.1.2 辐射伏特效应输出参数的计算
2.2 辐致光伏效应的原理与输出参数的计算
2.2.1 辐致光伏能量转换机制的原理
2.2.2 辐致光伏效应输出参数的计算
2.3 辐射伏特效应与辐致光伏效应的双重作用
2.4 本章小结
第三章 双重效应多级同位素电池的优化设计
3.1 双重效应多级同位素电池的可行性研究
3.1.1 能量转换材料的选择
3.1.2 双重效应同位素电池的电学输出特性分析
3.2 材料的优选与多级结构的优化设计
3.2.1 不同伏特层与闪烁晶体组合的性能对比
3.2.2 多级结构的优化设计
3.3 本章小结
第四章 双重效应多级同位素电池的制备与测试
4.1 GaAs基伏特层的制备与测试
4.1.1 GaAs基伏特层的设计与制备
4.1.2 GaAs基伏特层的性能测试
4.2 闪烁晶体光学性能的测试
4.2.1 闪烁晶体的透射率与发射光谱
4.2.2 闪烁晶体的相对出射光子产额
4.3 双重效应多级同位素电池的组装与测试
4.3.1 基于LYSO闪烁晶体和GaAs伏特层的双重效应同位素电池制备与测试
4.3.2 基于CsI闪烁晶体和GaAs伏特层的双重效应同位素电池制备与测试
4.4 本章小结
第五章 双重效应多级同位素电池的γ辐照损伤效应研究
5.1 GaAs伏特层的γ辐照损伤效应
5.1.1 GaAs伏特层辐照前后电学性能对比
5.1.2 GaAs伏特层辐照前后电致发光对比
5.1.3 GaAs伏特层辐照前后电容特性对比
5.2 闪烁晶体的γ辐照损伤效应
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 研究总结
6.2 研究创新点
6.3 研究展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]63Ni-Si辐射伏特电池镍薄膜源设计与制备[J]. 李浩,张高飞,尤政. 清华大学学报(自然科学版). 2017(08)
[2]放射性同位素电池的研究进展[J]. 周毅,张世旭,李公平. 科学通报. 2017(17)
[3]Vacuum degree effects on betavoltaics irradiated by 63Ni with differently apparent activity densities[J]. LIU YunPeng,XU ZhiHeng,WANG Hao,TANG XiaoBin. Science China（Technological Sciences）. 2017(02)
[4]稀土闪烁晶体研究进展[J]. 徐兰兰,孙丛婷,薛冬峰. 中国科学:技术科学. 2016(07)
[5]Si基（63）Ni辐射伏特效应同位素电池的优化设计与分析[J]. 汤晓斌,丁丁,刘云鹏,陈达. 中国科学:技术科学. 2012(06)
[6]直接充电式核电池能量转换效率提高研究[J]. 欧频,周剑良,左国平,郭鹏伟. 核技术. 2011(11)
[7]一种基于PIN结的硅基微型核电池研究[J]. 乔大勇,陈雪娇,任勇,藏博,苑伟政. 物理学报. 2011(02)
本文编号：3156810
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3156810.html
