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第三十讲 单粒子效应与辐射测试 1

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抗辐射技术调研

抗辐射技术调研

单粒子效应
抗辐射单元结构：
单粒子效应
抗辐射单元结构：
单粒子效应
抗辐射单元结构：
测试方法
美国军标对CMOS电路的功能正常判据有以下6条，超 过这些标准则判定为失效:
(l)N沟道阈值电压最小为0.3V，即Vtn>0.3V; (2)P沟道阈值电压最大为2.8V，即Vtp<2.8V; (3)阈值电压漂移△Vth<=1.4V (4)功耗电流Iss<=100倍的最大规范值; (5)传输延迟时间:Tplh<=1.35倍最大规范值；Tphl<=1.35倍最 大规范值; (6)功能正常。
芯片设计： 1. 太敏SoC架构设计 2. 开源Leon处理器最小系统构建 3. 外围IP模块设计/获得与验证 4. SRAM及控制器设计 5. 阈值与质心计算信号处理算法IP核设计 6. JTAG、RS422 IP核设计 7. 关键模拟三模冗余设计 8. 太敏SoC系统集成与验证 9. FPGA原型验证与软件调试 10.抗辐射性能评估
单粒子效应
单粒子效应（SEE）：是指高能带电粒子在穿过微电子 器件的灵敏区时，沉积能量，产生足够数量的电荷， 这些电荷被器件电极收集后，造成器件逻辑状态的非 正常改变或器件损坏
单粒子翻转（SEU）、单粒子闩锁（SEL）、单粒子烧毁
（SEB）、单粒子瞬态脉冲（SET）、单粒子功能中断（SEFI）
单粒子效应
总剂量效应
TID加固设计技术：环形栅、加保护环和H结构、源／ 漏注入控制在薄氧区域、采用无边缘N型晶体管等
总剂量效应
国外文献报导： 1. 随着IC集成规模和加工精度的提高，栅氧的厚度逐渐减小， TID效应也在减小。当栅氧的厚度低于10nm时，栅氧的TID加 固就不存在了，主要的加固问题放在场氧的横向结构，用浅 槽隔离方法(STI)来解决。当CMOS沟道长度<100nm、栅氧 的厚度低于4nm时，TID效应引起的阈值电压漂移已不再是问 题 2. 基于薄SiO2的栅介质不再受标准辐射引起的影响（如在氧化 物层中堆集正电荷和形成界面态）的困扰，使得其在本质上 就能强力抗御总剂量损伤。 对于特征尺寸相当的极小尺寸器件（最大约几百纳米），重离子 在栅介质中诱发的离化损伤可能引起辐射致漏电流（RILC）、辐 射致软击穿（RSB）、单次栅断裂（SEGR）或潜在损伤的产生， 微剂量效应是重离子撞击产生的，较之TID损伤，它以更为局部 的方式引起充电和缺陷生成。

射线检测 第1章

射线检测 第1章

射线检测复习题第一章.问答题@. X射线和γ射线有何异同？答：X射线、γ射线都是电磁辐射，中性不带电。

两者最主要的不同点是：产生方式不同：X射线是高速最子撞击金属产生的，γ射线是放射性同位素从原子核中发出的。

线质不同：X射线是连续能谱，γ射线是线状能谱；X射线能量取决于加速电子的电压，γ射线能量取决于放射性同位素种类。

辐射强度的变化不同：X射线强度随管电压的平方和管电流而变，γ射线强度随时间的推移按指数规律减弱。

@.X射线管产生X射线的条件是什么？答：X射线管产生X射线应具备五个条件：（1）发射电子。

将灯丝通电加热到白炽状态，使其原子外围电子离开原子。

在灯丝周围产生小的“电子云”，这种用热电流分离电子的方法叫热电子发射。

（2）电子聚焦。

用钼圈中罩形阴极围绕灯丝，并将其与负电位接通。

由于电子带负电，会与它发生相互排斥作用，其结果是电子被除数聚成一束。

（3）加速电子。

在灯丝与阳极间加很高的电压，使电子在从阴极飞向阳极过程中获得很高整流速度。

（4）高真空度。

阴阳极之间必须保持高真空度，使电子不受气体分子阻挡而降低能量，同时保证灯丝不被除数氧化烧毁。

（5）高速电子被突然遏止。

采用金属作阳极靶，使电子与靶碰撞急剧减速，电子动能转换为热能和X射线。

@.试述连续X射线和标识X射线的不同点。

答：（1）产生机理不同，连续X射线是高速电子与靶原子核的库仑场作用产生的，标识X射线是高速电子把靶原子的内层轨道电子碰撞出轨道后，外层电子向内层跃迁时发出的。

（2）波长和能量不同，连续X射线具有混合波长，能谱为连续谱，最短波长取决于管电压；而标识X射线波长为特定值，能谱为线状谱，波长与靶材料元素有关而与管电压无关。

@.何谓光电效应？其发生条件是什么？答：当电子与物质原子中的束缚电子相互作用时，光子把全部能量转移给一个束缚电子，使之脱离轨道，发射出去而光子本身消失，这一过程称为光电效应。

光电效应发射出去的电子叫光电子。

发生光电效应的必要条件是光子能量大于电子结合能。

粒子加速器辐射剂量测量方法及应用

粒子加速器辐射剂量测量方法及应用

第28卷　第6期辐射防护V ol128　N o16 2008年　11月Radiation Protection N ov.　2008　粒子加速器辐射剂量测量方法及应用李建平Ξ(中国科学院高能物理研究所,北京,100049;哈尔滨工程大学核科学与技术学院,哈尔滨,150001)摘　要　本文简要概述了粒子加速器周围环境辐射场的特点,并且与反应堆核电站等核设施的辐射场作了比较。

针对辐射场的特点,建立了三种辐射剂量测量方法:(1)环境低辐射水平中子、γ剂量测量方法;(2)脉冲中子、γ辐射剂量测量方法;(3)宽能区(0.025eV～1000MeV以上)中子辐射剂量测量方法。

同时介绍了辐射监测数据的采集与处理系统。

最后说明了辐射监测系统的推广应用情况。

关键词　粒子加速器辐射场　剂量测量方法　低水平中子　脉冲辐射　宽能区中子1　引言随着核工业技术的发展,新型的辐射产生装置和核设施的研究建造,如大型粒子加速器、散裂中子源、核洁净能源以及轻核反应装置等。

在这些核装置周围环境中产生的瞬发中子和γ辐射与反应堆核电站的辐射场不同,具有一系列特点(见表1),对辐射剂量测量方法提出了一些新的要求。

本实验室利用国内外辐射装置完成了大量实验研究工作[1],建立了三种类型辐射剂量测量方法:(1)环境低辐射水平中子、γ剂量测量方法;(2)脉冲中子、γ辐射剂量测量方法;(3)宽能区(0.025eV～1000MeV以上)中子辐射剂量测量方法。

本文简要叙述这些测量方法,同时介绍了监测数据采集和处理系统,最后还介绍了这些辐射监测系统的推广应用情况。

表1　粒子加速器与反应堆核电站及其它辐射源辐射场比较T ab.1　C om paris on of radiation fields of particle accelerator,nuclear power plant and other radiation s ources辐射场反应堆与其他辐射源粒子加速器粒子加速器辐射场测量难点辐射类型中子、γ混合场中子、γ混合场时间特性连续辐射脉冲辐射脉冲辐射剂量测量能量范围热中子～20M eV中子热中子～20M eV以上中子20M eV以上中子剂量测量环境辐射主要监测γ射线主要监测中子低水平中子剂量测量电磁干扰强抗电磁干扰2　环境低水平中子、γ辐射剂量测量方法对于现有的辐射产生装置和核设施在环境中产生的辐射可分为两类:一类是在环境中产生的辐射主要是γ辐射,不监测中子辐射,如反应堆核电站等;另一类是在环境中产生的辐射主要是中子,其次是γ辐射,如高能粒子加速器等。

单粒子效应ppt

单粒子效应ppt
半导体器件建模分析
单粒子瞬变效应（SET）
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半导体器件建模分析
单粒子烧毁(SEB)与单粒子门断裂( SEGR)
• 在空间和地面加速器实验上都观察到了功率场效应管受重离子、高能 质子、中子照射后，会发生单粒子烧毁事件;在特殊偏压下，重离子撞 击器件灵敏区的某些特殊位置时，会发生单粒子门断裂事件。1994年 8月3日发射的APEX卫星上 (椭圆轨道，2544km、362km，70°倾角)， 研制了专门的装置，对两种不同额定电压的功率场效应管 (2N6796 、 2N6798 各12片)进行了单粒子烧毁事件实验。由监测和记录烧毁前产 生的尖脉冲，记录了由重离子和质子引起的烧毁事件。 • 功率场效应管发生 SEB 或SEGR是与它的工作模式 (偏压选择 )、人射粒 子的角度和能量、选用的漏一源电压及温度有关。对SEB，它是由离子 撞击一个 n-道功率场效应管产生能量沉积，使杂散双极节的晶体管导 通，负反馈作用使源 - 漏发生短路，导致器件烧毁。而SEGR ，则当功 率场效应管在适当的偏压下，重离子在器件硅一氧化物界面产生电荷， 使通过门氧化物的电压足够高，会使局部门断裂。
6
半导体器件建模分析
单粒子瞬变效应（SET）
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• 单粒子瞬变效应主要发生在线性电路（满足齐次性和叠加 性）中，如组合逻辑电路、I/O下此类器器件及空间应用的 光纤系统等。在高能粒子的作用件会输出足以影响下级电 路的瞬时脉冲。 • 使用加速器进行重离子、质子的照射后，记录到发生单粒 子瞬变的器件有比较器及光电耦合器等。这些器件的瞬时 变化导致其在不该有输出信号时却有了输出。 • 对比较器的实验是在 BNL 和 TAM 的回旋加速器（重离子） 和ICUF（质子）加速器上进行的。实验显示在高能重离子、 质子作用下，比较器的输出会产生栅栏效应，脉冲幅度高 达26 V，持续时间1~4 us。 • 光耦合器由发光二极、光电二极管及跟随电路组成。光耦 合器的SET效应在1997年2月14日SM-2对Hubble空间望远 镜上安装的新仪器作调试服务时发现的。

第二章 辐射剂量测量的基本原理

第二章 辐射剂量测量的基本原理

堆、加速器一类装置的地方，中能中子剂量也占相当 的比例。
一、中子吸收剂量的测量
和γ射线的情况一样，可以利用电离室、正比计数管等探测器
来测定中子在介质中的吸收剂量。室壁材料一般选用含氢物 质。快中子在壁上可打出反冲质子。当空腔足够小，反冲质 子穿过它仅有一小部分能量损失在其中时，那末在室壁材料 中的中子吸收剂量和空腔气体内的电离量仍满足布拉格-戈瑞 关系。
依据探测器的工作介质、作用机制以及输出信号等可将它们 分成许多类别。在电信号探测器中按工作介质及作用机制， 可区分为气体电离探测器、闪烁探测器以及半导体探测器。 气体电离探测器是历史最悠久的探测器。早在1898年居里夫
妇发现并提取放射性同位素钋及镭时，就用“电离室”来监
测化学分离过程中的各项产物。一百多年来，气体电离探测 器得到了蓬勃发展。
S=1/K
则有：
M u S Dm
若用两个对中子有不同响应的剂量计放入中子—γ 混 合场，则：
M M
1
Sn Dn Sr Dr
1 1
2
Sn Sr
2
2
Dn Sr M
1
1
2
Dr
2
Dn
Sr M Sr Sn
1
Sr
2
Sn
1
2
Dr
Sn M
1
中打出的次级电子所引起的脉冲，远小于由中子打出的反冲 质子所引起的脉冲，因而前者很容易用电子学线路甄别掉。
除非γ射线很强（如相应地达到0.1Gy/h，有数个次级电子的
脉冲同时发生，以致叠加的合成脉冲可以和反冲质子的脉冲 相比拟，才需要考虑γ射线的干扰。因此，正比计数管在快 中子剂量测量方面比电离室更经常使用。

模拟空间环境条件下的电子束引起的单粒子效应实验研究

模拟空间环境条件下的电子束引起的单粒子效应实验研究

模拟空间环境条件下的电子束引起的单粒子效应实验研究空间环境中的电子束引起的单粒子效应实验研究引言：近年来，随着空间技术的不断发展，人类在航天领域取得了许多重要的成果。

然而，空间中存在着各种高能粒子和辐射环境，这些因素对航天器的正常工作和飞行安全造成了很大影响。

其中，电子束引起的单粒子效应是空间工程中的一个重要问题。

针对这一问题，科学家们进行了大量的实验研究，以期能够提供有效的保护策略和解决方案。

一、电子束引起的单粒子效应概述在空间环境中，包括太阳辐射带电粒子、宇宙射线、地球辐射带电粒子等不同类型的辐射大量存在。

当航天器飞行在这些辐射环境中时，会受到电子束的辐射影响。

电子束是一种高能电子流，在物质中的能量沉积会引起电离、能损、能量转移等效应，对航天器内部的电子学元器件和敏感设备造成二次电子释放、能量损耗等问题。

二、单粒子效应的实验研究方法为了深入研究电子束引起的单粒子效应，科学家们进行了大量的实验研究，主要有以下几种方法：1. 加速器实验：利用加速器产生高能电子，模拟空间环境中的电子束辐射，对材料和器件进行加速器辐照实验，研究电子束引起的单粒子效应。

2. 单粒子试验：a) 单电子试验：利用电子枪发射高能电子，研究电子束在材料表面和器件中的相互作用，观察其引起的电离电流、次级电子释放等效应。

b) 单电子束注入试验：通过控制电子束注入的速率和能量，研究电子束引起的粒子效应对器件的损伤程度。

c) 单粒子闪烁计数试验：采用闪烁计数器、光电倍增管等装置，对电子束注入试验过程中的闪烁光进行计数和分析，以推断电子束的能量、径迹等参数。

三、实验研究结果及讨论通过加速器实验和单粒子试验，科学家们得到了一些重要的实验结果。

首先，在不同能量和注入速率条件下，电子束引起的单粒子效应对器件材料的损伤程度存在明显差异，高能电子束的损伤明显更为严重。

其次，电子束对材料和器件的作用方式主要表现为电子轰击和电荷收集，这些作用会引起器件的性能退化、电离电流增大、能量转移等效应。

有关α粒子散射试验PPT课件

有关α粒子散射试验PPT课件
知识的回顾 ……
1、谁发现了阴极射线？ 2、阴极射线是什么？ 3、电子是谁确认的？
第1页/共26页
原子复杂结构的发现过程
人类社会是在不断地发现、发 明和创造中前进的。直到19世纪末， 人们还认为原子是构成物质的最小 单位而不可再分，当汤姆生在1897 年发现电子后，人们才认识到原子 结构的复杂性。
第10页/共26页
α粒子散射实验
1909～1911年，英国物理学家卢
瑟福和他的助手们进行了 粒子散
射实验
著名的 粒子散射实验装置
真空
金箔
放射源
卢 瑟 福
可转动的带 有荧光屏的 显微镜
作用： 统计散射到各个方向的α粒子所占的比例， 可以推测原子中正负电荷的分布情况
第11页/共26页
α粒子散射实验
请预测α 粒子可能的运动情况？
第16页/共26页
汤姆孙的原子模型无法解释大角度散射的实验结果
卢瑟福分析实验数据认为：所有正电物质集中在很
小的空间范围
原子的核式结构模型
原子的中心有一个带正电的很小的原子核， 它集中了原子的全部正电荷和几乎全部质量， 带负电的电子在核外空间绕核旋转．
第17页/共26页
原子的核式结构的提出
• 原子核式结构模型的α粒子散射图景
由此可断定： 原子内还有带正电的且具有绝大部分原子质量的物质
问题： 这部分物质与电子在原子中是怎么分布的？
第4页/共26页
3-5 第三章 原子结构之谜
清远市一中
第5页/共26页
陈召平
科学靠两条腿走路，一个是理 论，一个是实验。有时一条腿走在 前面，有时另一条腿走在前面。但 只有使用两条腿，才能前进。
第18页/共26页

核技术利用辐射安全与防护考核知识点提炼--电离辐射安全与防护基础2020.1.10

核技术利用辐射安全与防护考核知识点提炼--电离辐射安全与防护基础2020.1.10

第一章：原子与辐射 第四节 放射性与辐射
知识点1：核素与同位素
Ø同位素实际上就是Z相同而A不同的各核素的总称。同位素是指元素周期
表中处于同一个位置，它们具有相同的化学性质。例如
1 1
H
（氕）、
2 1
H
（氘）、
3 1H（氚）。来自同位素--相同位置的元素。
位置--元素周期表当中的位置。
同位素的化学，生物性质不变。 Ø核素：具有一定数目的中子和质子以及 特定能态的一种原子核或原子。
也是所有核技术利用的源泉。我觉得是必考知识点。
第一章：原子与辐射
第二节 电离辐射与非电离辐射
知识点2：电离辐射,这是本学科领域最最基本，也是所有核 技术利用的源泉。 电离辐射概念：凡是波或者粒子能量大于12.4eV的都是电 离辐射，这个能量阈值足以使物质原子或分子中的电子成为 自由电子，从而使这些原子或分子发生电离现象的辐射。
原子的质量应当等于原子核和核外电子质量的总和，电子很轻，质量主 要集中在质子和中子上。 4、原子为什么不带电？
质子带正电，电子带负点，质子数等于电子数，±电量相等抵消了。 5、什么是结合能。
原子核质量总是小于构成它的核子质量之和，物体质量改变了△m，那 么它的能量也必然产生相应的变化，即：△E=△m c2△E 称作原子核的结合 能。
例如：131I 的半衰期为 8 天，137Cs 为 30 年，14C 为 5720 年，239Pu 为 24000 年，238U则为 44.7 亿年。在接连的几 个半衰期中，放射性核素的活度会因衰变而减至初始活度的 1 ／2，1／4，1／8 等等，
第一章：原子与辐射
第四节 放射性与辐射 知识点6：辐射的类型和特点 大多数辐射是由放射性物质产生的，某些是通过射线装置产 生的--特别强调我们的CT，DR，安检仪，加速器都是通过 高速电子轰击高原子序数靶头（一般是钨靶），韧致辐射产 生X射线。 X射线还有一个来源是放射性核素特定情况下核外电子跃迁 会发出特征X射线。

星载电子设备抗辐照分析及元器件选用

星载电子设备抗辐照分析及元器件选用

星载电子设备抗辐照分析及元器件选用自1971年至1986年期间,国外发射的39颗同步卫星因各种原因造成的故障共计1589次,其中与空间辐射有关的故障有1129次,占故障总数的71%,由此可见卫星和航天器的故障主要来源于空间辐射。

1、抗辐照分析空间辐照环境中的带电粒子会导致星载电子设备工作异常和器件的失效,严重影响航天器的可靠性和寿命。

星载电子设备在工作期间所遇到的辐照问题主要是受到空间高能粒子(重离子和质子)的影响。

1.1 总剂量效应总剂量效应指在电子器件的特性(电流、电压门限值、转换时间)发生重大变化前,器件所能承受的总吸收能量级,超过这个能量级后器件就不能正常工作(出现永久故障)。

该剂量用Rad(Si)即存积在1gSi中的能量来度量。

典型轨道预计辐射量见表1。

总剂量效应会引起星上电子器件的物理效应和电器效应如产生电子空穴对、影响载流子的流动、对双极型器件会降低其增益,对CMOS器件会使其阈值电压漂移、降低转换速率等。

另外在对某星载雷达所用CMOS器件进行总剂量实验时发现,总剂量效应在器件断电后会有一定的退火现象,但如果再加大辐射剂量,退火后的器件很快就不能工作。

所以对长寿命、高可靠的星载电子设备,必须考虑元器件的在轨期间的总剂量问题。

对于总剂量效应的防护可采用如下2种方法。

(1)选择半导体工艺:选择对宇宙射线不敏感的材料,CMOS蓝宝石硅片(SOS)工艺是目前最合适的工艺,但其成本高于其工艺。

(2)辐射屏蔽:卫星的结构框架以及电子设备的外壳的屏蔽作用可减轻辐射的影响,一般可减少2krad～3krad。

因为屏蔽材料本身有2次辐射,所以它并不能有效地防护高能粒子(宇宙射线)产生的影响。

2、单粒子效应空间辐照环境使星载电子器件产生单粒子现象(SEP)。

随着电子器件集成度不断提高,器件尺寸不断减小,星载电子设备也变得更加复杂,电子系统更易受到瞬态干扰,因此在星载电子系统的设计过程中不仅要考虑辐射总剂量的影响同时也要研究高能粒子引起的单粒子现象。

航天空间环境单粒子效应研究

航天空间环境单粒子效应研究
＊ [8]F.A.Cucinotta,J.W.Wilson,et al. Track Structure and Radiati on Transport Model for Space Radiobiology Studies[J].Advanc es in Space Research,1996,18(12):183-194.
抗翻转的实时嵌入式操作系统，当发生故障后回到初始运行 态，不过尚未完全可靠。 ■■2.2 国内研究现状
国内相较于国外研究相对滞后，同时也受限于实验条 件，国内能够进行单粒子效应模拟试验的单位有北京空间飞 行器总体设计部、北京卫星环境工程研究所、中国科学院、 中国空间技术研究院、中科院近代物理研究所、高能物理研 究所、工程物理研究所、原子能科学研究院、西北核技术研 究所等。
李国政等人 [19] 利用 252Cf 源和重离子加速器开展了存储 型器件的单粒子效应辐照实验。曹洲等人 [20]~[22] 研究了单粒 子闭锁机理，并对单粒子烧毁 (SEB) 和单粒子栅穿 (SEGR) 效应进行了实验模拟分析。贺朝会等人 [23] 对单粒子翻转效 应进行了解析分析模拟，识别到部分参数和因素。张庆祥等 人 [24] 进一步对多位翻转进行了探索性研究。
生各种单粒子效应，如图 1 所示。
1 基本故障类型机理
■■1.1 单粒子效应分类 单 粒 子 效应 分 类 如 表 1 所 示。 单 粒 子 烧 毁（Single
Event Burn out） 和 单 粒 子 栅 击 穿 (Single Event Gate Rupture) 造成的危害性极大，会使被粒子辐射的器件造 成 永 久 性 损 坏， 这 两 种 主 要 发 生 在 大 功 率 或 者 高 电 压 器 件当中。单粒子翻转 (Single Event Upset)、单粒子闭锁 (Single Event Latchup)、 单 粒 子 瞬 态 脉 冲 (Single Event Transient) 和 单 粒 子 功 能 中 断 (Single Event Functional Interrupt)，不会使器件本身发生损坏，但会造成有效存储 信息的暂时性翻转或者扰动，是可逆的，能够通过掉电复位 恢复的。几种效应形式特点如下：

电离辐射吸收剂量的测量 ppt课件

电离辐射吸收剂量的测量 ppt课件
ppt课件 20
照射量
W KX e
Da X .
W e
电子平衡
吸收 剂量
次级电子的 韧致辐射可 以忽略
D＝K
ppt课件
比释 动能
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小结： 基本概念 照射量、吸收剂量、比释动能 （定义、单位） 电子平衡及其成立的条件 照射量、吸收剂量、比释动能的关联和区别
ppt课件
22
§2 电离室测量吸收剂量的原理
ppt课件 12
（二）电子平衡 电子平衡或广义的带电粒子平衡是利用比释动 能计算吸收剂量必须附加的最重要条件之一。 “电子平衡”： 在O点处，所 有离开小体积 Δ V的次级电子 带走的能量， 恰好等于进入 小体积Δ V的次 级电子带入的 能量。
ppt课件 13
（三）照射量和比释动能 在电子平衡条件下，并且由次级电子产生的轫致 辐射可以忽略时，两者的关系为 ：
E 为同一位置粒子
4 ppt课件
非单能 0
E EdE
注量的能谱分布
三、照射量（exposure） X（γ）辐射在质量为dm的空气中释放的全部次级 电子（正负电子）完全被空气阻止时，在空气中 形成的同一种符号的离子总电荷的绝对值（不包 括因吸收次级电子发射的轫致辐射而产生的电离） dQ与dm的比值，即
ppt课件 28
（二）指形电离室（thimble chamber）
图（c）：指形 电离室的剖面图。 壁材料一般选石 墨，内表面涂有 导电材料，形成 一个电极。中心 收集极由原子序 数较低的材料制 成。室壁与空气 外壳等效。
ppt课件 29
（二）指形电离室（thimble chamber）
Farmer型电离室
ppt课件
31
ppt课件

生物粒子射线实验报告(3篇)

生物粒子射线实验报告(3篇)

第1篇一、实验目的本次实验旨在探究生物粒子射线在生物体内的传播规律，通过模拟实验了解射线对生物细胞和组织的影响，以及射线在生物体内的衰减情况。

通过实验，掌握射线检测的基本原理和方法，为生物医学领域的研究提供实验依据。

二、实验原理生物粒子射线是一种穿透力较强的电磁辐射，其传播过程中会受到生物组织的影响，导致射线强度逐渐减弱。

本实验采用模拟实验方法，通过测量不同厚度生物组织对射线强度的影响，分析射线在生物体内的衰减规律。

三、实验材料与仪器1. 实验材料：- 生物细胞模型- 生物组织模型- 射线源（如伽马射线源）- 射线探测器- 计时器2. 实验仪器：- 射线防护罩- 射线衰减仪- 数据记录仪四、实验方法1. 将生物细胞模型和生物组织模型分别放置在实验台上，确保射线源和探测器与模型平行。

2. 将射线源和探测器分别固定在实验台上，调整位置和距离，确保射线能够垂直照射到生物模型上。

3. 开启射线源，记录探测器接收到的射线强度。

4. 逐步增加生物组织模型的厚度，重复步骤3，记录不同厚度下的射线强度。

5. 对比不同厚度生物组织对射线强度的影响，分析射线在生物体内的衰减规律。

6. 记录实验数据，进行数据分析。

五、实验步骤1. 准备实验材料与仪器，确保实验环境安全。

2. 将生物细胞模型和生物组织模型放置在实验台上，调整位置和距离。

3. 将射线源和探测器分别固定在实验台上，调整位置和距离，确保射线能够垂直照射到生物模型上。

4. 开启射线源，记录探测器接收到的射线强度。

5. 逐步增加生物组织模型的厚度，重复步骤4，记录不同厚度下的射线强度。

6. 对比不同厚度生物组织对射线强度的影响，分析射线在生物体内的衰减规律。

7. 关闭射线源，整理实验器材。

六、实验结果与分析1. 实验结果：- 不同厚度生物组织对射线强度的影响呈负相关，即随着生物组织厚度的增加，射线强度逐渐减弱。

- 射线在生物体内的衰减规律符合指数衰减规律。

2. 分析：- 射线在生物体内的衰减主要受生物组织密度、厚度等因素的影响。

粒子物理与核物理实验1-3粒子探测的基本原理

粒子物理与核物理实验1-3粒子探测的基本原理
6
3. 电离能量损失的涨落和分布


在厚度为 x 的介质层中，入射 粒子的平均电离能损为 dE/dx x ，但只有在厚介 质层时，实际电离能损的分布才 接近高斯分布。一般为朗道分布， 在能量损失分布中有一不对称的 尾巴——landau尾巴。 平均沉积和最可几不一致。
对于朗道分布，可以用下式拟合：
＝
1

＝
1
1－
2

辐射的光子能量在2eV-20eV的软X射线能区。
18
五、 同步辐射（Syncrotron Radiation）

电子在磁场中偏转时相当于受到加速而发出的辐射称为 同步辐射。 电子在磁场中偏转的轨道曲率半径为，则一个相对性单 能电子每转一圈辐射的能量
E 4 e E 2 3 mec



契仑柯夫辐射：当入射带电粒子速度超过光在介质中的相速度时， 粒子会辐射出可见光。
穿越辐射：当高速带电粒子穿过两种折射系数不同的界面时，辐射 出X光。


同步辐射：当电子在磁场中偏转时，相当于受到加速而产生辐射。
2
一、电离能损
1. 电离和激发

入射带电粒子与物质原子的轨道电子发生库仑相互作用而损失能量， 轨道电子获得能量。当电子获得能量足以克服原子核的束缚，则电子 就脱离原子成为自由电子。这就是电离。电离的结果形成一对正离子 和自由电子。若内壳层电子被电离后，该壳层留下空穴，外层电子跃 迁来填补，同时放出特征x射线或俄歇电子。 当电子获得能量较少，不足以克服原子核的束缚成为自由电子，将跃 迁到较高的能级。这就是原子的激发。处于激发态的原子不稳定，作 短暂停留后，将从激发态跃迁回到基态，这就是退激。退激时，释放 的能量以荧光的形式发射出来。

重离子单粒子效应试验辐照注量误差分析

重离子单粒子效应试验辐照注量误差分析
科技创新导报 2019 NO.21 Science and Technology Innovation Herald
DOI：10.16660/ki.1674-098X.2019.21.112
工业技术
重离子单粒子效应试验辐照注量误差分析①
沈东军 陈泉 郭刚 韩金华 孔福全 (中国原子能科学研究院 北京 102413)
选择了探测器，探测器工作点也都正确，由探测器系统而 引起的系统误差是可以忽略的。所以同常规核物理实验一 样，探测器计数误差按高斯分布取其计数的平方根。由于 计数一般都很大，所以相对误差都很小。无论是单次测量 或多次测量，相对误差通常应是1%~2%。
结合北京HI-13串列加速器开展的宇航微电子器件重 离子单 粒子 效 应试 验 [1，2]，在计数 测量 误 差 分析中尚需关 注两个可能的误差来源。
注 量 误 差常常仅由探 测器 计数 误 差给出，一 般在百分 之几。但实际多轮次测量的结果有可能远超出这个范围。 因此分析 这 种 误 差 成因是 必 要的。另外，为了能 够定 量分 析注量误差，对于这些误差的性质也应加以分析与研究。
1 注量测量方法简介 在 注 量 测量中，通常 在 束流 抵 达 样品前的上、下、左、
右位 置，放 置有四 个 探 测器，在 样品处 放 置一 个 探 测器， 如图1所示。在注量测量中首先获得五个探测器计数，计算 比例系数K。
K= N中/［（N上+N下+N左+N右）/4］ (1) 式中N上、N下、N左、N右是四个探测器的计数，N中是样品 处探测器的计数。然后移走样品处的探测器，此处放置样 品，进行辐照试验。则样品上的注量 为：
以用于试验注量误差的定量计算与分析。
关键词：单粒子效应 注量 误差分析

单粒子效应辐照实验50~500_MeV准单能中子源模拟研究

单粒子效应辐照实验50~500_MeV准单能中子源模拟研究
收 稿 日 期 THTTC*TCHR+修 回 日 期 THT+CH+CH+ # 通 信 作 者 郭 ! 刚
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原 子 能 科 学 技 术 ! ! 第U%卷
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放射物理与辐射防护智慧树知到答案章节测试2023年山东第一医科大学

放射物理与辐射防护智慧树知到答案章节测试2023年山东第一医科大学

第一章测试1.原子中的某个电子处在主量子数n＝3，角量子数l＝0的量子态上，通常称这种状态为：A:3sB:4dC:3dD:4s答案:A2.卢瑟福α粒子散射实验说明：A:揭示了原子的存在B:电子是带负电的颗粒C:原子核的存在D:电子运动的轨道是分离的答案:C3.氢原子波普指赖曼系光线的表达式是：A:CB:AC:BD:D答案:B4.原子中的某个电子处在主量子数n＝4，角量子数l＝1的量子态上，通常称这种状态为：A:4sB:4fC:3dD:4pE:3s答案:D5.原子中能级值低而结合能量大的是：A:M壳层B:O壳层C:L壳层D:N壳层E:K壳层答案:E6.电子质量是氢原子质量的约：A:1/5000B:1/10000C:1/1000D:1/2000E:1/3000答案:D7.α粒子是：A:氧核B:氦核C:氢原子D:氢核E:氦原子答案:B8.根据α粒子散射实验卢瑟福推算出原子核的半径量级为：A:10-15mB:10-10mC:10-12mD:0.1nmE:1nm答案:A9.关于波数描述正确的是：A:是频率的倒数B:是普朗克常量乘以波长C:是频率与波长的乘积D:是波长的倒数E:是能量的倒数答案:D10.原子的M壳层上最多容纳多少个电子：A:18B:32C:64D:2E:8答案:A11.旋核在磁场中拉莫尔旋进的角频率为：A:与磁感应强度成反比B:与磁感应强度无关C:与磁感应强度成正比D:与磁感应强度的梯度成正比答案:C12.偶偶核是稳定核子其自旋量子数是：A:2B:1/2C:0D:3/2E:1答案:C第二章测试1.爱因斯坦相对论中，质量与能量的关系是：A:E=M/cB:E= c^2/MC:E=M/c^2D:E=Mc^2E:E=Mc答案:D2.下列哪种情况可以达到长期的衰变平衡：A:母核半衰期等于子核半衰期B:母核半衰期只比子核半衰期大几倍C:母核半衰期小于子核半衰期D:母核半衰期远大于子核半衰期答案:D3.原子核的能级是量子化的，当核从高能级向低能级跃迁时，所发出的光子一般是：A:紫外光子B:X线光子C:红外光子D:γ 光子E:可见光光子答案:D4.放射性核素经过多少个半衰期后衰变为原来的1/16：A:5个B:2个C:1个D:4个E:3个答案:D5.放射性活度的单位是：A:次/秒B:居里C:伦琴D:贝克勒尔E:次/克答案:ABD6.原子核的α衰变中，说法正确的是：A:衰变核素的质量数增加4B:衰变核素的原子序数减小2C:衰变核素的原子序数增加2D:衰变核素的质量数减小4答案:BD7.原子核的电子俘获衰变中，说法正确的是：A:衰变核素的质量数增加1B:衰变核素的原子序数减小1C:衰变核素的质量数减小1D:衰变核素的原子序数增加1答案:B8.下列哪种射线不是放射性核素发出的：A:中子束B:α射线C:X射线D:β射线E:γ射线答案:C9.目前常用放射性核素的生产方法有：A:回旋加速器轰击B:矿物中提取C:核反应堆中子照射生产D:从裂变产物中提取E:核素发生器生产答案:ACDE10.贝塔衰变中还伴有中微子或反中微子的产生。

辐射探测与测量-要求及答案四川大学版

辐射探测与测量-要求及答案四川大学版

辐射探测与测量-要求及答案四川大学版《辐射探测与测量》第一章掌握内容：1. 放射性的衰变规律、表达式、换算关系；2. 放射性活度的定义、单位；3. 比放射性活度；对于固体:比放射性活度为单位质量某种物质的放射性活度。

Bq/kg对于气体、液体:为单位体积内放射性活度。

Bq/m^3第二章掌握内容：1. α、β、γ与物质相互作用的规律（与入射粒子、靶物质的关系）、主要作用形式；α粒子的电离能力强，与物质相互作用时，轨迹基本成直线，路程和射程可以认为基本相等，穿透能力弱β射线与物质相互作用时，主要引起电离能量损失、辐射能量损失和多次散射，其穿透能力较α射线强。

γ射线与物质相互作用主要有光电效应、电子对效应、康普顿效应，γ射线的穿透本领强。

2. 歧离现象产生的原因及表现形式：能量损失的随机性引起某一物理量的涨落。

能量岐离、射程岐离、角度岐离3.相同：都是带电粒子，在与物质相互作用时，仍然主要是与物质中的原子核外电子发生电离相互作用。

不同：β粒子的质量是α粒子质量的1/7300，它与物质作用的主要形式有：电离能量损失、辐射能量损失和多次散射，它的运动轨迹不再成直线，而是变得十分曲折。

4.γ射线与物质相互作用方式：光电效应、康普顿效应、电子对效应、除上述三种主要相互作用外，还有相干散射、光致核反应、核共振反应5.6. 几个概念：电离损失：带电粒子与靶物质中的原子的原子核外的电子发生非弹性碰撞，导致原子电离或激发，因而损失其能量。

辐射损失：入射带电粒子与物质原子核发生非弹性碰撞时，以辐射光子的形式损失能量。

散射：β粒子与靶物质原子核库仑场作用时，只改变运动方向，而不辐射能量，这种过程称为弹性散射。

轫致辐射：带电粒子与物质原子核发生非弹性碰撞时，带电粒子接近原子核时，速度迅速降低，会发出电磁波，产生轫致辐射。

射程：入射粒子在吸收物质中，沿入射点到它终点之间的直线距离。

比电离：单位路程上的离子对数目。

歧离现象：光电效应：γ光子与靶物质相互作用，γ光子的全部能量转移给原子中的束缚电子，使这些电子从原子中发射出来，γ光子本身消失。

第三十讲单粒子效应与辐射测试

第三十讲单粒子效应与辐射测试
一旦锁定发生，对系统危害是很大的。因为在几十毫秒时 间内，过芯片电流会骤增到正常工作电流的几十倍甚至于 上百倍，在没有采取适当保护措施条件下，很容易烧毁芯 片和系统。
Kolasinski等人在1979年的地面测试中首次发现单粒子锁 定现象。
单粒子烧毁(SEB)与单粒子门断裂( SEGR)
在空间和地面加速器实验上都观察到了功率场效应管受重离子、高能 质子、中子照射后，会发生单粒子烧毁事件;在特殊偏压下，重离子撞 击器件灵敏区的某些特殊位置时，会发生单粒子门断裂事件。1994年 8月3日发射的APEX卫星上(椭圆轨道，2544km、362km，70°倾角) ，研制了专门的装置，对两种不同额定电压的功率场效应管(2N6796 、2N6798各12片)进行了单粒子烧毁事件实验。由监测和记录烧毁前 产生的尖脉冲，记录了由重离子和质子引起的烧毁事件。
高能中子对于N-MOS动态RAM的损伤几率与质子相似。
高能中子引起的单粒子效应
引起16k动态RAM产生一个软错误的平均中子流(/cm2)
单粒子翻转的Critical Charge
SEU was first observed in bipolar flip-flops in 1979. Original work in this area was treated with skepticism. SEU has emerged as one of the major issues for application of microelectronics in space. SEU effects have become worse as devices have evolved because of lower Critical charge due to small device dimensions, and large numbers of transistors per chip and overall complexity. Nichols ranks the susceptibility of current technologies to SEUs:
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-- 单粒子翻转（SEU: Single Event Upsets ） -- 单粒子瞬变效应（SET: Single Event Transient）

灾难性单粒子效应 (Hard Failure)
-- 单粒子锁定（SEL: Single Event Latchup） -- 单粒子烧毁（SEB: Single Event Burnout） -- 单粒子门断裂（SEGR: Single Event Gate Rupture）
近代信息处理 课件
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单粒子烧毁(SEB)与单粒子门断裂( SEGR)

在空间和地面加速器实验上都观察到了功率场效应管受重离子、高能 质子、中子照射后，会发生单粒子烧毁事件;在特殊偏压下，重离子撞 击器件灵敏区的某些特殊位置时，会发生单粒子门断裂事件。1994年 8月3日发射的APEX卫星上(椭圆轨道，2544km、362km，70°倾角)， 研制了专门的装置，对两种不同额定电压的功率场效应管 (2N6796、 2N6798各12片)进行了单粒子烧毁事件实验。由监测和记录烧毁前产 生的尖脉冲，记录了由重离子和质子引起的烧毁事件。 功率场效应管发生 SEB 或SEGR 是与它的工作模式 ( 偏压选择)、人射 粒子的角度和能量、选用的漏一源电压及温度有关。对SEB，它是由 离子撞击一个n-道功率场效应管产生能量沉积，使杂散双极节的晶体 管导通，负反馈作用使源-漏发生短路，导致器件烧毁。而SEGR，则 当功率场效应管在适当的偏压下，重离子在器件硅一氧化物界面产生 电荷，使通过门氧化物的电压足够高，会使局部门断裂。

CMOS/SOS (least susceptible) CMOS Standard bipolar Low power Schottky bipolar NMOS DRAMs (most susceptible)
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单粒子瞬变效应（SET）
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单粒子锁定(SEL: Single Event Latchup)



单粒子引起的锁定是由高能带电粒子穿过芯片灵敏区的一 些特殊路径时，会在P阱衬底结中沉积大量电荷，瞬时电 荷流动形成的电流，在P阱电阻上产生压降，使寄生n-p-n 晶体管的基--射极正偏而导通，当电流存在的时间足够长， 最终导致锁定发生。 一旦锁定发生，对系统危害是很大的。因为在几十毫秒时 间内，过芯片电流会骤增到正常工作电流的几十倍甚至于 上百倍，在没有采取适当保护措施条件下，很容易烧毁芯 片和系统。 Kolasinski等人在1979年的地面测试中首次发现单粒子锁 定现象。
近代信息处理ngle Event Effect）





单粒子效应（ SEE, single event effect ）产生自单个高能粒子 （single, energetic particle）。 单粒子翻转（SEU, single event upset)产生的可能性由Wallmark and Marcus在1962年首次提出。 1975 年美国发现通信卫星的数字电路JK 触发器由于单个重核粒子 的作用被触发。 陆续发现陶瓷管壳所含的微量放射性同位素铀和钍放出的α粒子以 及宇宙射线中的高能中子、质子、电子等, 都能使集成电路产生单 粒子效应。 进一步的模拟试验和在轨卫星的测试证实: 几乎所有的集成电路都 能产生这种效应。

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重核粒子引起的单粒子效应
部分器件重粒子效应的试验结果
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高能质子引起的单粒子效应



宇宙射线中存在大量的高能质子，例如，地球 的内辐射带，其通量可达2×104/cm2· s以上。 质子由于阻塞能力很小，要在硅片中直接电离 的几率很低。质子主要是通过与硅原子反应来 沉积能量，引起单粒子效应。 质子与硅原子的核反应过程及其复杂，且随质 子的能量增加而增加，同样，产生软错误的截 面也增加。
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高能质子引起的单粒子效应
反应产生的 7 MeV 质子， 能够穿透约 400 um的硅片； 约 5.3 MeV 的 α 粒子能穿透 27 um的硅片；1 MeV的反 冲原子能穿透不到1 um。
整个核反应过程能够在硅 片中沉积约10 MeV的能量， 其中α粒子沉积能量最多， 产生约 2.8×106 个电子 —空 穴对，是高能质子产生单 粒子效应的主要原因。

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单粒子瞬变效应（SET）




单粒子瞬变效应主要发生在线性电路中，如组合逻辑电路、 I/O 器件及空间应用的光纤系统等。在高能粒子的作用下 此类器件会输出足以影响下级电路的瞬时脉冲。 使用加速器进行重离子、质子的照射后，记录到发生单粒 子瞬变的器件有比较器及光电耦合器等。这些器件的瞬时 变化导致其在不该有输出信号时却有了输出。 对比较器的实验是在BNL和TAM的回旋加速器（重离子） 和 ICUF （质子）加速器上进行的。实验显示在高能重离 子、质子作用下，比较器的输出会产生栅栏效应，脉冲幅 度高达26 V，持续时间1~4 us。 光耦合器由发光二极、光电二极管及跟随电路组成。光耦 合器的 SET 效应在 1997 年 2 月 14 日 SM-2 对 Hubble 空间望 远镜上安装的新仪器作调试服务时发现的。
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重核粒子引起的单粒子效应

在宇宙射线中，虽然重核粒子的数量及其有限，其强度约 为5×10-4/cm2· s，但由于具有很大的阻塞功，仍对宇航和 卫星中的LSI（Large Scale Integrated Circuits）电子系统 构成很大的威胁。
重核粒子以直线穿入硅片，由于库仑力的相互作用结果， 把能量传递给电子，带有不同能量的二次电子向不同方向 发射，经过几微米的距离后，形成电离区，如果此电离区 位于电子器件的灵敏区，就会产生单粒子扰动。
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半导体元件的辐照效应
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TID (总离子剂量效应)

TID是通过累积剂量引起器件参数的逐渐变化。 对于CMOS器件，TID效应会引起阈值电压的漂移、转换速率降低， 对于双极型器件，TID效应主要是降低元件的增益(晶体管的放大倍数)。 每一个半导体器件都有它的TID指标，即在它的特性显著变坏前所能 够承受的总吸收剂量，当辐照超过这个指标后，元件将出现永久性故 障。该指标用Rad (1克Si中吸收的辐照能量)来表示。 卫星电子学应用对电子设备的TID指标要求一般在10K Rad(Si)量级以 上，对于一般的元件(尤其是军工级或宇航级)这个指标通常都可以达 到，例如Xilinx 给出的Virtex-II QPro FPGA (航天级器件)的TID指标在 200 K Rad(Si), NS公司提供一个报告表明, 它的COTS系列产品TID 指标都在10K Rad(Si)以上。
30 MeV质子与硅原子发生的核反应过程
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高能中子引起的单粒子效应


核爆炸产生的聚变中子的能量达 14 MeV，可以引起单粒 子效应。 高能中子只有通过与硅原子的核反应产生沉积能量。主要 包括下列4中主要的核反应：

高能中子对于N-MOS动态RAM的损伤几率与质子相似。
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单粒子翻转（SEU）

单粒子翻转事件是指高能粒子撞击大规模集成电路的灵敏区，发生电 离反应或核反应，产生电荷沉积，当沉积的电荷足以改变储存单元的 逻辑状态时，就发生了单粒子翻转事件。这种改变一般不损坏器件， 只是储存单元的信息改变，仍可完成读写操作，称为软误差。

单粒子翻转主要发生在静、动态存储器(SRAM、DRAM)和CPU芯片 内的各类功能寄存器、存储器中。它使储存的信息改变了，这些改变 如发生在一些控制过程的中间运算时，可以导致控制失误，有时结果 是灾难性的。

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单粒子效应介绍



半导体元件的辐照效应 单粒子效应的概念 单粒子效应产生的机制 MOS器件的单粒子效应
-- MOSFET的结构 -- MOS存储器的结构 -- CMOS器件的单粒子效应产生的机理

单粒子效应的加固
近代信息处理 课件 15
单粒子效应产生的机制

SEU主要由两种不同的空间辐射源导致： 1) 高能质子； 2) 宇宙射线，特别是太阳风和银河宇宙射线中重离子成分。
Schematic showing how galactic cosmic rays deposit energy in an electronic device
近代信息处理 课件 16
空间粒子辐射环境





空间粒子辐射环境主要由三部分组成：银河宇宙射线、太阳宇宙射线 及地磁捕获粒子。粒子能量从几百keV到1010GeV。 银河宇宙射线是来自太阳系外的高能粒子，其主要成分是质子，还有 少量的He，Fe等重离子。 太阳宇宙射线是太阳耀斑爆发时释放的高能粒子流，其中绝大部分是 质子，也有少量重核，而不同时间其成分和强度都不同。 地 磁 捕 获 带 分 内 带 和 外 带 ， 其 高 度 分 别 为 500~10000km 和 13000~64000km 。其主要成分是质子，捕获的质子的通量随轨道高 度和倾角而变化。 在空间粒子环境的三种成分中，银河宇宙射线因其能量高、难以屏蔽 而成为引起单粒子效应最重要的离子源，其100MeV的Fe核被认为代 表了空间环境中最恶劣的情况。
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高能中子引起的单粒子效应
引起16k动态RAM产生一个软错误的平均中子流(/cm2)
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单粒子翻转的Critical Charge

SEU was first observed in bipolar flip-flops in 1979. Original work in this area was treated with skepticism. SEU has emerged as one of the major issues for application of microelectronics in space. SEU effects have become worse as devices have evolved because of lower Critical charge due to small device dimensions, and large numbers of transistors per chip and overall complexity. Nichols ranks the susceptibility of current technologies to SEUs: