GaN- 147 Pm型β辐射伏特效应核电池的粒子输运研究及优化设计

发布时间：2023-03-05 04:44

　　β辐射伏特效应同位素核电池是利用β放射源衰变产生的电子与半导体材料发生相互作用，形成电子-空穴对，在半导体自身内建电场下发生定向移动产生电流的能量转换装置。它具有寿命长、体积小、输出稳定、能量密度高、抗干扰性强等优点,逐渐成为微能源研究的热点。本文以半导体物理、核辐射物理为理论基础，采用第三代半导体材料(即宽禁带半导体)——氮化镓(GaN)为能量转换器件，选用¹⁴⁷Pm为β放射源，通过MCNP5蒙特卡罗程序模拟、研究了以¹⁴⁷Pm为β粒子放射源，在GaN基内的粒子输运特点、规律，并依此进行核电池的优化设计。 主要研究了如下几个方面： 1.单能电子在换能材料GaN，防护电极材料Al、Cu、Au中的1/10射程R1和1/100射程R2与入射电子能量的关系，并得到了经验公式。可为换能材料敏感区位置及防护材料厚度等参数的优化设计提供依据。 2.在GaN材料中，研究了能量反散射率η与电子入射角度θ、和电子入射能量之间的关系。其中非常成功的拟合出了入射电子能量为60keV，以准直方式入射时的η-θ关系式。发现θ在0—20°范围内，能量反散射系数增幅不大，...

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 同位素核电池分类及比较
    1.3 β辐射伏特核电池发展历史、进展
        1.3.1 国外的研究历史和进展
        1.3.2 国内研究的历史和进展
    1.4 本文的主要工作
第二章 辐射伏特核电池原理及结构
    2.1 β辐射伏特核电池原理
        2.1.1 电子与物质相互作用机制
        2.1.2 射线照射下的 PIN 结特性
    2.2 辐射伏特核电池基本结构
        2.2.1 换能器件材料的选取及性质
        2.2.2 放射源的选取和能谱电子化
第三章 β辐射伏特效应核电池的粒子输运研究及优化设计
    3.1 单能电子在材料中的射程
        3.1.1 引言：电子射程
        3.1.2 单能电子在材料中射程的模拟方案
        3.1.3 单能电子在材料中射程的数据结果及分析
        3.1.4 单能电子在材料中射程数据的可靠性分析
        3.1.5 本结小结
    3.2 单能电子在材料表面的能量反散射率
        3.2.1 引言：能量反散射率
        3.2.2 入射电子能量一定时，GaN 材料表面的能量反散射率η与入射角度θ的关系
        3.2.3 单能准直、4π电子在 GaN、Al、Cu、Au 材料表面的能量反散射率η与能量 E 的关系；
    3.3 ¹⁴⁷Pmβ放射源的自吸收
        3.3.1 引言：放射源自吸收理论基础
        3.3.2 放射源自吸收模拟方案
        3.3.3 放射源自吸收数据结果与数据分析
    3.4 单能电子、表面出射活度 3.19Ci¹⁴⁷Pm 放射源在换能材料 GaN 中的能量沉积规律
        3.4.1 单能准直或 4π入射电子在 GaN 换能材料中的能量沉积分布
        3.4.2 表面出射活度 3.19Ci¹⁴⁷Pm 放射源在 GaN 换能材料中的能量沉积分布
    3.5 参杂浓度优化设计
        3.5.1 引言：半导体参杂浓度与内建电势、耗尽层宽度的关系
        3.5.2 规律总结与数据分析
    3.6 GaN-¹⁴⁷Pm 型β辐射伏特效应核电池电学性质计算
    3.7 电池串并联和电极形状设计
        3.7.1 电池串并联设计
        3.7.2 电极形状设计
第四章 总结与展望
    4.1 总结
    4.2 展望
参考文献
致谢



本文编号：3755731