辐射环境下图像传感器外层屏蔽结构优化设计

发布时间：2017-09-13 10:07

  本文关键词：辐射环境下图像传感器外层屏蔽结构优化设计

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【摘要】：视频监控系统作为最直观的信息获取手段,能够实时获取辐射环境下核设施运行现场环境信息并记录。当不可预测因素引发核事故时,便能够为场外决策人员及时、有效的提供事故状态信息,以便快速、准确地制定急响应预案并有效地实施。并且,为日后核设施退役作业中部分环境数据缺失的退役场所进行信息获取提供,同时能够根据具体的环境条件,及时改善退役方案,使退役计划更安全、更有效的实施。图像传感器作为监控系统中最重要的组件之一,其是否能在核辐射环境中正常使用或在核事故工况下可用,是保证视频监控系统顺利、可靠地应用于核设施运行环境信息获取的首要条件。电子元器件受辐射剂量、剂量率等因素影响较大,在高辐射剂量、剂量率等环境下,电子元器件极易因损伤而失效,需进行加固。开展对图像传感器系统加装外层屏蔽结构设计,不仅能够有效的抑制强辐射环境中射线所造成电离辐射对器件的损伤,还能够降低其他环境因素(如压力、适度、温度等)对传感器系统的影响。主要研究内容有:(1)开展图像传感器模组进行辐照损伤实验,分析其在辐射环境下图像传感器辐射损伤效应,数字模组最先损坏,当模拟模组累计剂量达到1000Gy时,模拟模组才会失效。而图像传感器的光敏感应电路即使累计剂量达到1000Gy,仍可正常使用;(2)采用MACM软件和MCNP5程序相结合的方法,建立图像传感器外层屏蔽体实验模型,研究了不同源距(0.5m、0.75m、1m)、不同屏蔽材料(钨-镍合金,铅)外层屏蔽结构体屏蔽性能影响因素。并根据MCNP5程序在不同条件下的模拟结果,分析讨论图像传感器主板所受剂量率来评价外层屏蔽体的屏蔽效果;(3)根据MCNP5模拟计算结果以及对外层屏蔽结构屏蔽效果的分析,建立了图像传感器外层屏蔽结构优化屏蔽体设计方案,并进行了对比分析,提出了图像传感器所受剂量率低于阈值;(4)在上述研究的基础上,选取了钨-镍合金、ZF701玻璃以及铅作为屏蔽材料,对图像传感器外层屏蔽结构进行了优化设计。
【关键词】：屏蔽 图像传感器 结构设计
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TL752.3;TP212
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 研究背景与意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-16
• 1.2.1 耐辐射视频监控系统的研究现状13-14
• 1.2.2 图像传感器辐射损伤效应研究现状14-15
• 1.2.3 抗辐射材料研究现状15-16
• 1.2.4 MCNP辐射屏蔽模拟研究现状16
• 1.3 研究内容与技术路线16-18
• 1.3.1 研究内容16-17
• 1.3.2 技术路线17-18
• 1.4 本章小结18-20
• 第2章 图像传感器辐射屏蔽特性研究方法20-34
• 2.1 图像传感器辐射屏蔽分析方法简介20-22
• 2.1.1 MACM软件简介20
• 2.1.2 MCNP程序简介20-22
• 2.2 图像传感器辐射损伤阈值分析22-28
• 2.2.1 图像传感器辐射损伤效应22-23
• 2.2.2 图像传感器模组辐照实验23-28
• 2.3 图像传感器结构分析28-29
• 2.4 屏蔽体结构设计及屏蔽材料选型29-30
• 2.4.1 外层屏蔽体结构设计29-30
• 2.4.2 外层屏蔽结构材料选型30
• 2.5 外层屏蔽体屏蔽计算理论基础30-32
• 2.6 本章小结32-34
• 第3章 外层屏蔽体厚度计算及屏蔽性能影响因素分析34-49
• 3.1 外层屏蔽体剂量计算模型34-35
• 3.2 屏蔽体屏蔽效果验证35-42
• 3.3 外层屏蔽体屏蔽性能影响因素42-47
• 3.3.1 源-屏蔽体距离的影响43-44
• 3.3.2 屏蔽层厚度影响44-45
• 3.3.3 屏蔽材料影响45-47
• 3.4 本章小结47-49
• 第4章 屏蔽体结构优化49-59
• 4.1 外层屏蔽结构优化目标49-50
• 4.2 图像传感器外层屏蔽结构优化方案分析50-54
• 4.2.1 外层屏蔽体尺寸及屏蔽层厚度优化设计50-51
• 4.2.2 外层屏蔽体几何结构优化设计51-54
• 4.3 图像传感器外层屏蔽结构优化前后对比54-56
• 4.4 本章小结56-59
• 第5章 总结与展望59-62
• 5.1 本文总结59
• 5.2 未来展望59-62
• 参考文献62-68
• 致谢68

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本文编号：843065