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
强激光与粒子束
2023, 35(10): 104005
新疆大学 物理科学与技术学院, 乌鲁木齐 830046
研究了激光辐射压驱动的两级质子加速的相关问题。当超短超强激光脉冲与处在背景等离子体前方的薄固体平靶相互作用时, 在固体靶后部形成一个电子层-离子层组成的双层结构。在激光的不断推进下, 双层结构在背景等离子体里以一定速度传播, 可以看成运动在背景等离子体中的电场。这样, 在背景等离子体中的质子被这个运动电场捕获并能加速到很高的能量。通过二维PIC模拟方法和理论分析研究了质子加速的相关问题。研究结果表明, 被加速质子的最大能量达到20 GeV。
强激光 质子加速 辐射压加速 PIC模拟 高能质子束 intense laser proton acceleration radiation pressure acceleration particle-in-cell simulation scheme high-energy proton beam 强激光与粒子束
2016, 28(11): 112003
新疆大学物理科学与技术学院, 新疆 乌鲁木齐 830046
用二维相对论粒子模拟程序(2D-PIC)对强激光与高密度等离子体相互作用中产生的高能质子束及其传播特性进行数值模拟。数值模拟结果表明：密度梯度标长对质子能谱的影响至关重要，增大密度梯度标长厚度，靶后静电场增强，质子的最大能量显著增大；密度梯度标长对从薄靶出射的高能质子束有一定的约束作用，高能质子的加速、准直和发散强烈地依赖于强激光与等离子体之间的空间耦合。
激光光学 强激光与等离子体 高能质子束 密度梯度标长 粒子模拟方法 发散角 激光与光电子学进展
2015, 52(7): 071405
中国工程物理研究院 流体物理研究所， 四川 绵阳 621900
与X射线闪光照相相比，GeV级质子照相因质子的穿透能力更强而更能满足流体动力学最佳光程、更小不确定度的要求。质子照相用于提取阴影客体信息的过程比X射线闪光照相复杂。为了便于分析质子照相过程及其特性，以质子照相的输运过程为基础，逐步考虑了质子与物质相互作用的各种过程--核反应、多次库仑散射、准弹性散射和弹性散射，并获得含各种过程的质子照相理论计算表达式。在含准直的系统中，理论计算公式中包含了多次弹性散射和准弹性散射项。通过与QMCPrad计算结果的对比得知弹性散射高斯近似下的理论计算结果与蒙特卡罗方法(MC)计算结果一致，与更准确的“黑体”模型的相对误差为3%~5%。这意味着在某种程序上，当研究质子照相规律或设计系统时，高能质子照相的理论计算公式能够替代MC模拟。
高能质子照相 理论公式 弹性散射 高斯近似 high-energy proton radiography theory formula elastic scatter Gaussian approximation 强激光与粒子束
2014, 26(10): 104001
1 西北核技术研究所, 西安 710024
2 西安交通大学 电子与信息工程学院, 西安 710049
二次电子发射直接影响法拉第探测器测量质子束流的精度，减小或消除二次电子发射的影响是提高束流测量精度的关键。根据二次电子补偿原理设计了二次电子补偿型同轴法拉第探测器，实验发现探测器测量质子束流强度时不能完全实现二次电子补偿。为改进和完善探测器的设计，从理论上分析了补偿片未能完全消除二次电子对束流测量影响的原因，是由于补偿片前向发射二次电子数目大于收集极后向发射二次电子数目所致。为此设计了质子束穿过金属箔发射二次电子测量装置，测量得到能量为5~10 MeV质子穿过10 μm厚铜箔时前向与后向发射二次电子产额，验证了理论分析的正确性。
二次电子发射 二次电子产额 高能质子 铜箔 secondary electron emission secondary electron yields high energy proton Cu foil 强激光与粒子束
2014, 26(9): 094004
中国工程物理研究院 流体物理研究所， 四川 绵阳 621900
为了快速模拟高能质子照相过程，利用蒙特卡罗(MC)技术和技巧编写了程序QMCPrad，并开展了QMCPrad与MCNPX的对比计算以及实验E955的模拟验证工作。在模型选取中，修改核反应过程权重的隐式俘获模式和一次抽样模拟穿透客体的多次库仑散射的浓缩历史方式都节约了大量的计算时间。与MCNPX相比，QMCPrad具备模拟质子在磁透镜中输运过程的能力。QMCPrad与MCNPX、实验E955的对比及验证结果表明，QMCPrad能够准确定量地模拟高能质子照相，为质子照相实验设计提供工具。
高能质子照相 弹性散射 次级粒子 high-energy proton radiography QMCPrad QMCPrad elastic scatter secondary particle 强激光与粒子束
2012, 24(12): 2959
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
采用两步法制备了高能质子源靶用氢化铒薄膜。并研究了氢化时间、氢化速度等因素对氢化铒薄膜质量的影响。XRD结果显示,只有氢化时间超过24 h才能获得较纯净的氢化铒薄膜。将氢化反应温度和氢气压力控制在适当范围内，使得铒薄膜缓慢被氢化并使得氢化过程所产生的应力缓慢释放，可获得较完整的氢化铒薄膜。所获得的5~15 μm氢化铒薄膜已经应用于高能质子束的产生实验，取得了良好的实验结果。
高能质子束 氢化铒薄膜 影响因素 反应温度 氢气压力 high energy proton beams erbium hydride films influencing factors reaction temperature hydrogen pressure
新疆大学物理科学与技术学院， 新疆 乌鲁木齐 830046
超短超强激光与等离子体相互作用中产生的高能质子在激光惯性约束核聚变、新型台面质子加速器以及医学等研究领域已成为广泛关注的热点。超强激光与等离子体相互作用中密度标长对超热电子或高能质子加速影响很大，所以为了确定超热电子或高能质子的加速机制，需要确定等离子体的密度标长。利用粒子模型(PIC)法得到的模拟结果研究了超强激光与等离子体相互作用中高能质子产生的物理机制以及前表面等离子体密度标长对超热电子或高能质子加速的影响。
超快光学 超强激光 高能质子 粒子模型方法 等离子体密度标长 激光与光电子学进展
2011, 48(8): 083201
中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
用二维particle-in-cell (PIC)粒子模拟程序研究了等离子体初始温度对强激光与物质相互作用过程中高能质子产生的影响。观察到不同的等离子体初始温度会影响靶前激波的形成时间, 进而影响质子产额。数值模拟显示当等离子体初始温度适度增大时可以得到更高的质子产额。
激光等离子体 高能质子 粒子模拟 等离子体温度 激波
