Back-n上开展仿真大气中子辐照实验的可行性物理研究

来源 :广西师范大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:caojinhe1118
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中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source, CSNS)是国家“十二五”重点建设的大科学装置,位于在广东东莞市,即将2018 年6 月竣工。它是继已经运行的美国SNS、日本J-PARC 与英国ISIS 三台散裂中子源之后的世界第四大散裂中子源。CSNS通过高能质子束流轰击钨靶发生散裂反应,从而产生大量中子。在入射质子反角方向也有大量的中子从靶上出射,中子能谱连续且非常宽,反角白光中子源(Back-n)就是为利用这部分中子而建设的一台中子谱仪,它是中国建成的第一台用于核数据测量的白光中子源。  反角白光中子源主要用于中子核数据测量,此外,白光中子束流在中子照相、宏观实验、仿真大气中子辐照等方向都有很好的应用前景。随着高集成度芯片和集成电路的应用越来越广泛,近年来国内及国际上对电子器件的中子辐照测试有很强的需求,本文着重研究在CSNS 的反角白光中子源上开展仿真大气辐照实验的可行性,并根据中子辐照实验的需求,设计符合要求的中子束流及实验本底环境。  本文用多粒子输运软件FLUKA 模拟了CSNS 上的1.6GeV 质子轰击钨靶过程,得到反角白光中子束流能谱、流强及其束内本底数据。把CSNS 的白光中子能谱谱形与标准能谱(JEDEC 和IEC)及国际上白光中子源的中子能谱的谱形做了对比。针对几款典型存储芯片,利用Weibull 公式计算CSNS 和其它白光中子源上的中子束流与标准大气中子引起的单粒子软错误率(SER)的比值。计算结果表明,CSNS 上41 度束线将是国际上仿真度最好、加速因子最高白光中子束线。CSNS 上Back-n 束线仿真度与ISIS 的白光束线相当,但是它的加速因子仅次于CSNS41 度束线,高于国际上同类装置。  为降低中子束流中伽玛爆干扰器件的加速实验结果,本文研究去除束流中伽玛本底的方法。研究发现使用过滤片是不错选择,并对过滤片的材料、厚度做优化,使得伽玛本底比中子流强低一个量级。针对大尺寸集成电路,本文利用散射片方法初步研究了对现有束流扩束的可能,模拟结果表明,可以把束斑从?100mm 扩束到?500mm,可以满足大尺寸集成电路开展辐照实验的要求。  本文第一次综合的评价了CSNS 白光中子束线上开展仿真大气辐照实验的可行性。本研究工作为现有Back-n 上开展仿真大气辐照实验提供理论依据,对后续建设仿真大气辐照实验平台具有重要的参考价值。
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