質(zhì)子是空間輻射環(huán)境的主要成分，其引發(fā)微電子器件產(chǎn)生的單粒子效應(yīng)(SEE)是造成航天器在軌故障乃至災(zāi)難性后果的主要因素之一。作為質(zhì)子SEE機(jī)理研究的核心內(nèi)容，質(zhì)子SEE截面預(yù)測(cè)模型對(duì)于評(píng)估器件在空間中的抗輻射性能，進(jìn)而保障航天器的可靠運(yùn)行具有重要意義。近日，原子能院核物理研究所輻射效應(yīng)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種新的質(zhì)子SEE截面預(yù)測(cè)模型，并通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了其可靠性。

在地面開展加速器模擬輻照試驗(yàn)，是研究質(zhì)子SEE最有效的技術(shù)手段，能夠?yàn)橘|(zhì)子SEE截面預(yù)測(cè)模型研究提供可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。原子能院基于100 MeV質(zhì)子回旋加速器開展了質(zhì)子SEE試驗(yàn)裝置建設(shè)，突破了其中的質(zhì)子降能和擴(kuò)束兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，通過提出一種簡(jiǎn)單有效的二進(jìn)制降能器設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了質(zhì)子能量的準(zhǔn)連續(xù)可調(diào)，有效提升了多能點(diǎn)質(zhì)子SEE試驗(yàn)的效率;針對(duì)100 MeV質(zhì)子進(jìn)行了雙環(huán)雙散射體擴(kuò)束方案設(shè)計(jì)，滿足了試驗(yàn)對(duì)大面積、均勻化質(zhì)子束流的需求。

質(zhì)子通過不同降能片組合之后的能量

質(zhì)子雙環(huán)雙散射體擴(kuò)束方案在不同位置實(shí)現(xiàn)的擴(kuò)束效果

在這兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)取得突破的基礎(chǔ)上，原子能院在SCI期刊《物理學(xué)報(bào)》上先后發(fā)表兩篇成果文章，并且開展了國(guó)內(nèi)首次中能質(zhì)子SEE地面模擬試驗(yàn)，為國(guó)內(nèi)宇航器件的質(zhì)子SEE考核試驗(yàn)提供了技術(shù)支撐。

在質(zhì)子SEE截面預(yù)測(cè)中，傳統(tǒng)的分析模型僅適用于由質(zhì)子與硅材料核反應(yīng)起主導(dǎo)作用的低LET閾值器件，且無法預(yù)測(cè)質(zhì)子的入射角度效應(yīng)。原子能院提出了新的理論假設(shè)，將質(zhì)子與器件不同材料核反應(yīng)的貢獻(xiàn)、質(zhì)子入射角度均考慮在內(nèi)，進(jìn)而發(fā)展了一種基于重離子SEE截面預(yù)測(cè)質(zhì)子SEE截面的分析模型，并在100 MeV質(zhì)子回旋加速器上開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了其可靠性。與傳統(tǒng)模型相比，新模型對(duì)于實(shí)驗(yàn)所用的兩款低LET(線性能量轉(zhuǎn)移)閾值器件的預(yù)測(cè)效果更好，同時(shí)適用于質(zhì)子與高Z(原子序數(shù))材料核反應(yīng)起主導(dǎo)作用的高LET閾值器件等一般情形，并能較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)角度效應(yīng)。

新模型對(duì)5款LET閾值由低到高的器件質(zhì)子SEE截面的預(yù)測(cè)

新模型對(duì)預(yù)估器件在空間中的質(zhì)子SEE錯(cuò)誤率方面具有重要應(yīng)用價(jià)值，相關(guān)研究成果于近日發(fā)表于《Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, B》(《物理研究中的核儀器和方法B》)期刊。

上述3篇論文的第一作者均為原子能院核物理所副研究員韓金華，通訊作者均為研究員郭剛。研究工作得到了國(guó)家自然基金青年基金、財(cái)政部穩(wěn)定支持等項(xiàng)目的資助。