第31卷第3期 1997年5月
原 子 能 科 学 技 术
A tom ic Energy Science and T echno logy
. V o l 31, N o. 3 M ay 1997
从单粒子效应的地面模拟评价 兰州重离子加速器
侯明东 刘 杰 马 峰 程 松
( 中国科学院近代物理研究所, 兰州, 730000)
宇航器件的单粒子效应是威胁航天器安全的重要因素之一, 利用加速器的地面模拟是研究单 粒子效应的主要手段. 从单粒子效应模拟研究对加速器的基本要求出发, 论证了兰州重离子加速 器在单粒子效应研究中的重要地位. 关键词 单粒子效应 重离子加速器 重离子模拟
单粒子效应是威胁航天器安全的重要因素之一[ 1- 3 ]. 随着航天器体积的增大, 在空间工作 时间的增长, 单粒子效应的发生几率随之增加. 此外集成电路的包装密度增大, 使得单粒子现 象出现的阈值降低. 惨痛的教训和沉重的代价, 使人们认识到单粒子效应研究的重要性和迫切 性. 我国在单粒子效应方面已开展了广泛的研究工作, 并取得了一定的成果. 中国原子能科学 研究院的串列加速器和兰州重离子加速器是我国可以开展单粒子效应研究的主要设备. 本文 将从单粒子效应模拟研究对加速器的基本要求出发, 进一步论证兰州重离子加速器在单粒子 效应研究中所起的重要作用.
1 单粒子效应模拟研究及所用加速器概况
高能质子, Α粒子和重离子均能引起单粒子效应, 但重离子引起单粒子效应是最基本的过 程 . 根据所使用的射线来源的不同, 单粒子效应的实验研究可以采取空间研究和地面模拟 2
[4]
种途径. 1 ) 利用天然宇宙射线 宇宙射线含有大量的高能质子和重离子, 用它研究单粒子效应, 环境真实结果可信. 但必须把所研究的器件送到一定高度, 即采用卫星搭载的方法, 因此实验 费用高, 周期长, 实验参数不易控制. 2 ) 利用地面重离子源 地面的重离子源主要有 2 种: 自发裂变源 ( 典型的是 252Cf 源) 和 由加速器产生的重离子. 在单粒子效应研究中, 252Cf 源已被广泛地使用, 特别是在没有加速器的地方. 它具有使用 方便, 经济快速等优点, 但有许多不可克服的弱点: 即它的质量和能量都不是单一的, 有一个双 峰分布, 因而粒子的线性能量转移 L ET 值也是一个平均量; 它的射程有限, 轻, 重碎片在 Si 中
收稿日期: 1996206204 收到修改稿日期: 1996211213
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的平均射程分别为 1715 和 1316 ∧ , 极大地限制了252Cf 源的使用. 而加速器所产生的重离子 m 种类和能量可以人为地选择, 从而能获得所需要的 L ET 值; 辐照剂量和辐照条件可以人为地 控制和设置, 有利于机理研究和器件的筛选; 实验周期短, 费用低, 允许反复多次测试. 因此, 重 离子加速器在单粒子效应研究中占有重要的位置, 成为不可替代的地面模拟手段[ 5 ]. 常用的加速器有 2 种类型: 串列静电加速器和回旋加速器. 回旋加速器的基本原理是磁 磁场参数, 高频参数等. 1给出了世界上开展单粒子效应研究的回旋加速器的概况. 1中 K 表 表 为加速器能量常数.
表1 世界上开展单粒子效应研究的回旋加速器概况
Table 1 Cyclotron s in the world em ployed to perform single even t effect tests
K
场通过劳伦兹力使加速的离子作回旋运动, 而通过高频腔体使离子在回旋的过程中得到加速. 所能加速的离子种类取决于离子源. 所能获得的离子能量取决于加速器的参数, 如回旋半径,
国别与单位
离子源
ECR ECR ECR ECR P IG
国别与单位
K
离子源
ECR ECR A rc A rc P IG
美国 伯克利88in 法国 GAN I (Caen ) L ISN ( Grenob le ) ISN ( Grenob le ) IPN (O rsay ) 德国 HM I (Berlin ) KFA (J ü ) lich
70- 160 300 90 75 160 130 180
静电 P IG
ECR
日本 R IKEN ( Saitaw a ) JA ER I ( T akasak i) 前苏联 J I R (D ubna ) N J I R (D ubna ) N J I R (D ubna ) N 中国 SFC (L anzhou ) SSC (L anzhou )

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