强激光与粒子束
2024, 36(1): 101004
西安建筑科技大学材料科学与工程学院，西安 710055
Y掺杂的BaZrO3因其优异的化学稳定性而被广泛研究。然而，较高的烧结温度限制了其应用。为改善BaZrO3的烧结活性，对Y-BaZrO3采用Pr3+和Ni2+进行共掺杂，并对其微观形貌及电化学性能进行研究。Ni与材料形成固溶体，Pr3+的掺杂增大了晶粒尺寸，这对致密化过程极为重要。XPS、Raman和EPR结果表明，少量Pr3+掺杂可以增加材料的氧空位含量，并通过加速水的解离和吸附促进质子进入，从而促进质子传导。然而，过量Pr3+掺杂导致的高浓度氧空位会产生缺陷缔合反应，使低温下的电导率略有下降。随着温度的升高，氢分离膜的氢渗透性也增加。此外，BaZr0.66Y0.2Pr0.1Ni0.04O3-δ的氢渗透性高于BaZr0.71Y0.2Pr0.05Ni0.04O3-δ，在1 173 K时，氢渗透性达到2.60×10-8 mol·cm-2·s-1。
氧空位 质子电导率 氢分离膜 oxygen vacancy proton conductivity hydrogen separation membrane
1 南京大学 产业技术研究苏州总院, 江苏 苏州 215000
2 南京大学 金陵学院, 南京 210094
3 上海航天电子技术研究所, 上海 201109
4 上海航天控制技术研究所, 上海 201109
光敏晶体管是空间飞行器光电编码器中的重要组成部分, 对空间高能质子引起的位移损伤效应较为敏感。文章通过试验获得了光敏管的核心参数输出电流与质子能量、位移损伤剂量、工作状态、屏蔽材料的关系。在50、60、70、92 MeV四种能量的质子辐照下, 器件输出电流及光电转换效率最大下降80%。晶体管内部光敏二极管初始光电流的下降和晶体管电流增益的下降共同作用造成了输出电流随位移损伤剂量的增加不断衰减。不锈钢和三明治屏蔽结构对60 MeV能量质子几乎没有遮挡效果。通过提高输入光照强度, 增大初始光电流, 可以降低位移损伤效应的影响。另外, 采用PIN型光电二极管, 增大耗尽区面积, 也是可行的加固方法之一。
光敏晶体管 高能质子 位移损伤效应 非电离能损 phototransistor high energy proton displacement damage effect non-ionizing energy loss
1 中国科学院 高能物理研究所，北京 100049
2 散裂中子源科学中心，广东 东莞 523803
中国散裂中子源（CSNS）靶站质子束窗位于环到靶站输运线（RTBT）与靶站交接面，起到隔离加速器高真空和靶站氦气环境的作用。随着束流功率提高，目前质子束窗单层膜结构形式已无法满足CSNS-II 500 kW的高功率需求，因此开展CSNS-II质子束窗研制，设计出双层膜中间通水的冷却结构，完成质子束窗双层膜的薄膜半径、薄膜厚度、水冷槽长度与宽度、对流换热系数等各参数对质子束窗温升与热应力的影响分析。通过冷却水需求分析得出，冷却水流速需大于15 L/min。通过质子束窗主体的流固耦合分析，消除箱体内部死水区域。最终优化后质子束窗薄膜位置最高温度47.8 ℃，薄膜位置最高热应力30.758 MPa。通过FLUKA软件对质子束窗材料的辐照损伤性能进行分析，在每年5000 h工作时长、500 kW高功率束流的辐照下，辐照损伤DPA计算值为1.285 DPA，质子束窗的安全使用寿命在7年以上。
质子束窗 热分析 流固耦合分析 辐照损伤 proton beam window thermal analysis fluid structure coupling analysis irradiation damage 强激光与粒子束
2023, 35(12): 124005
1 中国科学院上海应用物理研究所上海 201800
2 中国科学院大学北京 100049
3 北京烁科中科信电子装备有限公司北京 101111
4 四川大学 华西医院医学装备创新研究中心成都 610041
5 湖南省肿瘤医院放射物理技术部长沙 410013
6 RaySearch中国上海 200120
为了系统研究FLASH效应的放射生物学机制，需要一个可以进行超高剂量率细胞辐照实验的平台，该实验平台应具有稳定、大小合适且大范围可调的剂量和平均剂量率。基于国产7 MeV医用质子直线注入器，使用蒙特卡罗程序FLUKA设计并优化了一个单散射照射头。该照射头的材料为40 μm厚度的钽箔，它既充当真空窗又充当散射体，源皮距为26 cm。经过模拟验证，该平台可提供直径为2 cm的照射野，剂量均匀度为4.9%。通过调整单质子脉冲的流强（0.1~1 mA）和脉宽（20~200 μs），该实验平台的平均剂量和平均剂量率可以在6~667 Gy和3.3×105~3.3×106 Gy·s-1之间调节。基于此，设计了使用单脉冲穿透模式辐照单层细胞的实验，剂量率为3.3×105 Gy·s-1，剂量在7~40 Gy范围内变化。该实验平台可以探究细胞FLASH效应的总剂量依赖关系，为揭示FLASH效应的机制提供支持。
FLASH 质子治疗 蒙特卡罗 实验平台设计 医用直线注入器 FLASH Proton therapy Monte Carlo Design of experimental platform Medical linear injector 强激光与粒子束
2023, 35(10): 104005
1 西安交通大学，电力设备电气绝缘国家重点实验室，西安 710049
2 北京怀柔实验室，北京 101400
3 中国科学院上海硅酸盐研究所，上海 201899
质子导体型可逆固体氧化物电池(P-RSOCs)具有质子传导活化能低、工作温度低和燃料灵活的特点，鉴于其在化学能和电能转化方面的效率与成本优势，被认为是一种极具发展潜力的能量转化和存储装置。本综述总结了P-RSOCs的研究进展，重点介绍了近5年的突破性工作，对电解质和电极的材料体系及制备技术进行了梳理与讨论，分析了P-RSOCs的应用前景和未来研究方向。钙钛矿氧化物多样化的组成与改性方式使其成为P-RSOCs的关键材料，多燃料特性、电解质与电极的界面性能和电池长期稳定性是当前面临的关键挑战。
质子导体型可逆固体氧化物电池 电解质材料 电极材料 钙钛矿氧化物 proton-conducting reversible solid oxide cells electrolyte materials electrode materials perovskite-based oxides
1 西南石油大学化学化工学院，成都 610500
2 天府永兴实验室，成都 610042
可逆质子导体陶瓷电化学电池(R-PCEC)是一种既能够将化学能转化为电能，又能将电能转化为化学能的新兴高效能源转换装置。R-PCEC在燃料电池和电解电池双重模式下的可逆操作具有高度灵活性，是能量高效转换和存储最有发展前途的方式之一。然而，对于R-PCEC而言，其在实际操作条件下，电解质电导率，阴阳极的催化活性、耐久性是制约其性能的主要因素。为了对目前国内外R-PCEC技术发展现状形成全面的认识，本文详细介绍了R-PCEC各组成部分的研发现状，包括电解质材料、氢电极和空气电极的研究进展，重点阐述了可逆电池空气电极的材料要求、电极性能和反应机理等最新进展，最后对R-PCEC的发展前景进行了分析和展望。
可再生资源 电化学储能 高温可逆电池 质子导体 空气电极 renewable resources electrochemical energy storage high-temperature reversible cells proton conductor air electrode
1 湘潭大学材料科学与工程学院，湖南 湘潭 411105
2 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室（西北核技术研究所），陕西 西安 710024
应用在空间辐射环境下的互补金属氧化物半导体图像传感器（CIS）会受到高能质子辐照损伤，导致性能退化，严重时甚至功能失效。为了分析CIS高能质子辐照损伤机理，本文以0.18 μm工艺CIS为研究对象，利用西安200 MeV质子应用装置开展了注量分别为1×1010、5×1010、1×1011 p/cm2的100 MeV质子辐照实验。获得了单粒子瞬态响应的典型特征和暗信号、暗信号分布、暗信号尖峰及随机电码信号（RTS）等敏感参数的退化规律，揭示了不同偏置条件和不同注量下CIS高能质子辐照损伤的物理机制。实验结果表明：对暗信号而言，加偏置条件比未加偏置条件变化显著；质子辐照诱发的位移损伤和电离损伤引起暗信号的增大；位移损伤诱发的体缺陷诱发暗信号尖峰的产生，且随着辐照注量的增大而增多；空间电荷区中不同类型的体缺陷导致两能级和多能级RTS的产生。
遥感与传感器 CMOS图像传感器 质子辐照 瞬态响应 暗信号 随机电码信号 光学学报
2023, 43(19): 1928001
哈尔滨工业大学(深圳)理学院，广东 深圳 518055
质子导体固体氧化物燃料电池中的电解质是影响其性能和稳定性的关键。通过固相反应法制备了B位阳离子掺杂的BaCe0.9M0.1O3-δ(BCM，M=Sc、Y、Zr、Nb)质子导体陶瓷，通过材料表征和纳米压痕测试探究了B位掺杂对烧结特性和力学特性的影响规律。结果表明，三价离子掺杂会促进BCM烧结过程中颗粒的生长而高价离子掺杂则会抑制颗粒生长。在力学特性上，掺杂后的BCM的弹性模量随着同稳定价态掺杂元素(Sc和Y)的离子半径的增大而减小，随着不同稳定价态掺杂元素(Y、Zr和Nb)的价态的增加而减小。
固体氧化物燃料电池 质子导体电解质 力学特性 烧结特性 铈酸钡 solid oxide fuel cell proton conducting electrolyte mechanical properties sintering characteristic barium ceriate
