GaN器件辐伏同位素电池的电输出性能研究

利用⁶³Ni和3H源分别辐照两种可作为辐伏电池换能单元的GaN基PiN结型器件,其输出短路电流（I_sc）和开路电压（V_oc）分别为：对于⁶³Ni源,I_sc＝5.4 nA,V_oc＝771 mV;对于3H源,I_sc＝10.8 nA,V_oc＝839 mV。其开路电压显著优于单晶硅基器件辐伏电池的输出结果,但与理论值有一定的差距。可能是GaN材料生长过程中产生的缺陷、电极欧姆接触不良以及器件结构等原因,导致短路电流和开路电压未能达到期望值。这些是提升GaN换能单元辐伏电池的电输出性能应解决的重要技术问题。     

辐射伏特效应同位素电池换能单元设计及其性能测试

以单晶硅基结型器件为基础,探讨其结构与辐射作用下电输出性能的关系,为辐射伏特效应同位素电池换能单元(PN结)设计提供依据。设计制作了两种可作为同位素电池换能单元用的单晶硅半导体PN结型器件,使用63Ni源辐照这些器件并测量其电输出性能。结果表明,新设计的器件具有比原器件更大的开路电压、输出功率和能量转换效率。     

GaN与Si器件作为辐伏电池换能单元性能比较

利用63Ni和3H源等分别辐照两种可作为辐伏电池换能单元的GaN基和Si基PiN结型器件,比较了他们的输出电性能结果,以及两种器件的温度、辐照性能等。结果表明,GaN器件开路电压Voc比Si基器件有非常明显的提高,而短路电流Isc有较大下降;GaN基结型器件在高温和高能辐照条件下的性能比Si基结型器件有较大优势。     

63Ni辐射伏特同位素电池原型的研制

利用理论研究获得的换能单元参数制备了单晶硅基换能单元,确定了⁶³Ni的加载工艺和原型电池的封装材料配方与技术,通过加速热老化和温度交变考核了原型电池的性能。结果表明：所制备的⁶³Ni辐射伏特效应微型同位素原型电池的短路电流I_sc、开路电压V_oc、最大输出功率P_max和衰变能-电能转换效率η分别为5.97 nA、88.0 mV、0.255 nW和0.561%;原理样机稳定输出超过220 d。     

GaAs基β辐射伏特效应微电池的参量优化设计研究

考虑放射性同位素源自吸收效应,提出基于半导体材料GaAs和同位素源⁶³Ni的微电池最优化设计方案,并通过蒙特卡罗程序MCNP模拟计算β粒子在半导体材料中的输运过程,对同位素源与半导体材料的厚度,换能单元PN结结深、耗尽区宽度、掺杂浓度、少子扩散长度,及电子空穴对的产生及收集情况等进行了研究和分析,给出了不同结深下,各物理参量的最佳设计值。在源活度为3.7×10⁷ Bq,PN结表面积为0.01 cm²时,提出的辐射伏特效应微电池最优化设计方案可实现：短路电流密度为379.68 nA/cm²,开路电压为1.375 V,填充因子为84.39%, 最大输出功率为440.4 nW/cm²,能量转化率为4.34%。     

半导体器件在辐射作用下的电学输出性能研究

半导体结型器件是决定辐射伏特效应同位素电池能量转换效率的核心部件。采用加速器产生的不同能量电子束和63Ni源的β射线对硅基PIN结型器件进行辐照,在线测量了其电学输出性能。当电子束能量为18 keV,可得到大于4%的能量转换效率;电子束能量为6 keV,能量转换效率在0.16%～0.33%之间; 活度2.96×108 Bq的63Ni源片辐照的能量转换效率为0.1%左右。     

基于63Ni辐伏同位素电池原型封装可靠性研究

以加载有63Ni源片的GD3217Y型探测器为处理件，在完成对封装材料的配方选择、灌注工艺、流程的制定并得到具有较好工艺性的灌注条件的基础上，分别对原件、加载不锈钢圆片器件、加载电镀814×107Bq63Ni不锈钢圆片器件进行非放、放射灌注封装。在对灌件可靠性进行检测的基础上，着重考察了原件、无/加载不锈钢圆片灌件、加载电镀814×107Bq63Ni不锈钢圆片灌件封装前后、自然老化及人工加速老化后电学输出特性，即考察在63Ni源持续辐照下，灌料、63Ni源、不锈钢片、芯片以及其他部件构成的体系内部之间相互作用关系，即封装件特殊要求——屏蔽性、时效性。研究结果表明，对以上结构的GD3217Y型探测器组件采用该种封装方式后除改善探测器组件的环境适应性，特别是在保证放射源使用安全性的基础上具有较为稳定的电学输出性能，这为辐伏效应同位素电池封装提供了参考。     

柔性倒置赝型三结太阳电池高能质子辐射效应研究

为考察柔性薄膜GaInP/GaAs/InGaAs倒赝型三结（IMM3J）太阳电池的抗辐照性能,本文对其进行了1、3、5 MeV高能质子辐照。SRIM模拟结果表明,1、3、5 MeV质子辐照在IMM3J电池中造成均匀的位移损伤。光特性(LIV)结果表明,开路电压(Voc)、短路电流(Isc)和最大输出功率(Pmax)与质子注量呈对数退化规律。通过非电离能量损失（NIEL）将不同能量质子的注量转化为位移损伤剂量（DDD）,结果显示,Voc和Pmax与DDD呈对数退化规律,而Isc遵循两种不同的退化规律。光谱响应测试证明,GaInP子电池具有优异的抗辐照性能,3个子电池中InGaAs(10 eV)子电池的抗辐照性能最差。     

HFETR辐照生产放射性63Ni材料能力研究

为实现放射性同位素63Ni的自主化生产，利用反应堆物理计算程序建立符合高通量工程试验堆（HFETR）实际运行的平衡堆芯物理模型，模拟在HFETR内4个典型位置处辐照天然镍靶和高纯62Ni靶生产放射性同位素63Ni的过程。结果表明，高纯62Ni为最合适的靶材，元件层铍中孔（K14）是最佳辐照位置；高纯62Ni靶生产高比活度的63Ni材料（≥5.55×1011 Bq/g）所需最短辐照时间为60炉段；辐照产生的放射性同位素63Ni中杂质核素含量低；辐照过程中K14位置的靶件芯体释热率最大，达到9.73 W/g。最后，本文提出了分段装载分段出堆的连续批量化生产方案设想，可为后续工程化生产线设计提供技术支撑。      

典型光电子器件辐射效应数值分析与试验模拟方法研究

选取Si太阳电池与线阵CCD器件，进行了光电器件辐射效应的数值分析与模拟试验方法研究。分析了光电器件电离效应和位移损伤机理，利用二维器件模拟软件MEDICI，模拟了1MeV电子对n／p型硅太阳电池主要输出参数的影响，包括开路电压Voe、短路电流Isc和最大输出功率Pmax.在一定范围内，计算结果与文献实验数据符合较好。建立了线阵CCD器件辐照效应离线测量系统。利用^60Coγ源，进行了商用器件的总剂量效应试验，给出了暗电流信号和饱和电压信号的变化曲线。     

Demonstration of Pm-147 GaN betavoltaic cells

Two GaN p-(i)-n diodes were designed and fabricated,and their electrical performances with ~(63)Ni and ~(147)Pm plate sources were compared.The results showed that the diodes with ~(147)Pm had better electrical performances,with a short-circuit current(I_(sc)) of 59 nA,an open-circuit voltage(V_(oc)) of 1.4 V,and a maximum power(P_(max))of 49.4 nw.The ways to improve the electrical performances are discussed,including appropriate increase of the i-GaN thickness.     

长江沿岸部分NORM行业水中210Po的分析

人类所受辐射照射主要来源于天然辐射。本工作分析了长江沿岸部分NORM行业水中²¹⁰Po的浓度。结果表明,燃煤电厂、水泥厂、钢铁厂、铁矿排出水口中²¹⁰Po的活度浓度分别为(0.93～4.76)×10^-3 Bq/L、(1.12±0.07)×10^-2 Bq/L、(9.89±0.78)×10^-3 Bq/L、(2.17±0.21)×10^-3 Bq/L,均在长江水系²¹⁰Po的波动范围之内。稀土加工排放的废水和雨水中²¹⁰Po的活度浓度分别为(1.03~1.40)×10^-1Bq/L、(3.05±0.04)×10^-1Bq/L,比本底水平高两个数量级,需要引起特别关注,有待于进一步研究。     

InGaAsP多量子阱激光二极管及其组件的γ辐射效应

本工作进行多量子阱激光二极管及其组件的γ辐照实验研究，总剂量（以Si计）达5.5×10⁴Gy。结果表明：多量子阱激光二极管抗γ射线辐照能力很强，在实验总剂量下，裸管形式的多量子阱激光二极管的P-I特性、I-V特性及中心波长基本未变化。而多量子阱激光二极管组件因包含光学窗口、耦合透镜及光纤等附属光学元件，这些附属元件受γ辐照后光学性能下降，最终导致激光二极管组件输出光功率随总剂量增大而下降，停止辐照后，不需加偏置，在室温下即能发生退火，使得斜率效率逐渐回升。     

利用福岛第一核电厂事故期间环境监测资料反推事故释放源项

2011年3月11日,日本福岛核事故导致放射性物质向大气环境的大规模释放。本工作利用大气数值预报模式WRFV2.2.1和大气弥散模式CALPUFF,对事故期间放射性物质的大气输运和弥散进行了模拟。应用大气释放源项的逆推算方法,结合单位释放率条件下的大气弥散模拟结果和环境监测数据,对福岛第一核电厂1到3号机组向大气环境释放的放射性核素总量进行了评估,推算的131I和137 Cs气载释放量分别为8.6×1016 Bq和8.6×1015 Bq。     

Numerical analysis of the activity of irradiated alloy-N in an FHR

The fluoride salt-cooled high-temperature reactor(FHR) uses molten FLi Be salt as the coolant, which introduces a corrosive effect on the alloy-N structure material. Fission neutrons activate the corroded alloy-N,along with alloy-N structures inside the reactor vessel. The activation products of the alloy-N have a big impact on radiation protection during operation, maintenance, and decommissioning of the reactor. We have constructed a SCALE 6.1 model for the core of a typical 10 MW th FHR and analyzed the activity of each constituent of the irradiated alloy-N. The results show that the activity is predominantly due to short-lived~(28) Al,~(60m) Co,~(56) Mn,~(51)Ti, and ~(52) V, as well as long-lived ~(60) Co,~(51)Cr,~(55)Fe,~(59)Fe, and ~(54) Mn.Furthermore, because of their relatively long half-life and high-energy c-rays emissions,~(60) Co and ~(54)Mn are the major contributors to the radiation source terms introduced by alloy-N activation. The yield of ~(60)Co and ~(54)Mn per unit mass of alloy-N under the current core design is 5.58*10~5 and 1.55 * 10~3 Bq MWd~(-1)g~(-1), respectively.The results of this paper, combined with future corrosion studies, may provide a basis for evaluating long-term radiation source terms of the primary loop salt and components.     

高压反相液相色谱法分析[~3H]CAMP与[~3M]CGMP

CAMP(环磷酸腺苷)和CGMP(环磷酸鸟苷)属环核苷酸类,,在机体中的含量极低,约为每mg湿组织pg分子水平,用一般的分析方法不能测定。主要采用竞争性蛋白质结合分析法、放射免疫法和薄层色谱法进行分析。近年来,用高压液相色谱分离分析环核苷酸,定量方便、分析速度快、检测装置灵敏度高,具有其他分析方法所没有的优点。过去,对环核苷酸的分离都在离子交换柱上进行,最近,Krstulovic等采用反相色谱,在μBondapak C_(18)柱上进行分离分析,不需对样品进行预浓缩,使方法更为简便,而且柱寿命长。[~3H]CAMP是竞争性蛋白质结合分析法测定环磷酸腺苷,以及[~3H]CGMP是放射免疫法测定环磷酸鸟苷所必不可少的试剂,它们的放化纯将直接影响这两种分析方法的成败。本工作采用高压反相分配色谱法,在ODS术上,用甲醇-20 mmol/l KH_2PO_4作流动     

称重法测量强63Ni薄膜源活度的研究

为解决因⁶³Ni源的β射线能量低，使强⁶³Ni源活度难以直接测量的问题，依据放射性物质活度和质量的关系，利用称重法对化学镀镍工艺制备的强⁶³Ni源活度进行间接测量。结果显示，不同编号的⁶³Ni镀层质量为0.92~2.16 mg，根据⁶³Ni比活度、镀层中Ni含量计算对应镀层活度为4.1×10⁸~9.6×10⁸ Bq。考虑天平、Ni含量分析的系统误差，该活度数据的可靠性较高。     

氚水对 λ-dsDNA结构影响的拉曼光谱分析和DFT模拟

用拉曼光谱法和密度泛函理论（DFT）研究了氚水与λ双链脱氧核糖核酸（λ-dsDNA）之间的相互作用。拉曼光谱法用于分析不同剂量（50 mGy~8 Gy）HTO（活度浓度1×10⁹ Bq/L和1×10¹¹ Bq/L）和γ射线辐照后λ-dsDNA的结构变化。在低剂量（100~500 mGy）的1×10⁹ Bq/L HTO作用下,HTO主要是通过电离辐射过程中的间接作用,破坏碱基之间的氢键,从而导致碱基的错配和碱基结构的修饰,引起碱基对不配对。而低剂量（50~100 mGy）的1×10¹¹ Bq/L HTO对λ-dsDNA具有类似于γ射线的短期影响,主要是通过射线的直接电离或质子化引起λ-dsDNA基本结构的破坏。此外,高辐射剂量（2~8 Gy）的HTO可能导致呋喃糖环的构象转移或通过氚-氢（T-H）交换反应裂解共价键。通过拉曼光谱标记观察到,HTO的三种作用方式可能最终导致λ-dsDNA骨架构象和λ-dsDNA变性的改变。