基于TCAD和Geant 4的SRAM单粒子效应评估

基于Geant4和TCAD (Technology-Computer Aided-Design)建立了一套评估静态存储器(SRAM)单粒子效应的方法. 该方法利用TCAD软件模拟半导体存储单元对粒子能量沉积的响应, 获得SRAM的重离子单粒子翻转截面, 并应用蒙特卡罗工具包Geant 4计算质子与硅材料的核反应以及次级粒子在灵敏体积内的能量沉积, 进而获得质子的单粒子翻转率. 利用该方法, 计算了TSMC 0.18 μm未加固SRAM的重离子和质子翻转率, 通过与同工艺SRAM的重离子实验结果进行比较, 初步验证了该方法的有效性. 该方法不依赖于地面模拟实验, 可以用来评估处于设计阶段的抗辐射加固器件.      

反向蒙特卡罗方法在卫星辐射分析中的研究与应用

反向蒙特卡罗方法(AMC/RMC)是Geant4中一个强有力的偏置技术. 粒子产生于包含灵敏体的反向界面并在几何体中被反向追踪直至外界面或溢出能量阈值, 其计算时间只集中于对结果有贡献的粒子径迹. 与正向蒙特卡罗方法(FMC)相比, RMC更高效, 特别是当灵敏体远小于几何体其他部分和外界面时, 其优势更明显. 通过RMC与FMC的比较, 验证了RMC应用于卫星辐射剂量分析的准确性. RMC与SHIELDOSE2和SSAT的比较说明了RMC是高精度卫星辐射剂量的优选方法.      

行星际空间质子引起介质深层充电的GEANT4模拟研究

高通量的空间质子是导致行星际航天器深层充电的主要原因,基于辐射诱导电导率模 型（RIC）和粒子输运模拟工具GEANT4对介质材料在质子辐照条件下的深层充电问题进行了 预估。利用GEANT4-RIC充电计算方法,首先计算出10MeV质子在Kapton和Teflon中的注量和 剂量沉积曲线,进而根据电流连续性方程、泊松方程和电荷俘获方程组成的辐射诱导电导率 模型（RIC）求解出介质内电荷和电场分布,与介质击穿电场阈值对比作为其是否发生放电 的依据。模拟结果证实了对10MeV质子,在质子注量为3×10 12 ／cm 2时Kapton会发 生放电,而Teflon则不会发生放电的一般性试验结论。验证了GEANT4-RIC方法用于行星际航 天器介质材料质子充放电评价的可行性,为此类问题的解决奠定了基础。
     

CRRES卫星内部充电的模拟计算与验证

基于Geant 4软件建立一种用于计算航天器内部充电所产生电场的方法.分析载有IDM仪器的CRRES卫星当时所处的空间电子环境,使用该方法进行内部充电模拟,并将模拟结果与IDM仪器所测得的放电脉冲数据进行对比,不仅验证了该方法的有效性,更重要的是深入认识了引起航天器内部充电的空间环境特征以及材料特性对充放电效应的影响.介质内最大电场的模拟计算结果与CRRES卫星实际观测到的放电现象吻合;在材料的各项参数中,与辐射感应电导率有关的kp系数对稳态电场有很大影响,为了定量研究内部充电效应,需要在实验室精确地测定kp系数;材料的暗电导率、密度以及材料的分子构成等也与内部充电效应有关,对这些参数细致地研究有助于对内部充电效应的认识.      

Pion and electromagnetic contribution to dose: Comparisons of HZETRN to Monte Carlo results and ISS data

Recent work has indicated that pion production and the associated electromagnetic (EM) cascade may be an important contribution to the total astronaut exposure in space. Recent extensions to the deterministic space radiation transport code, HZETRN, allow the production and transport of pions, muons, electrons, positrons, and photons. In this paper, the extended code is compared to the Monte Carlo codes, Geant4, PHITS, and FLUKA, in slab geometries exposed to galactic cosmic ray (GCR) boundary conditions. While improvements in the HZETRN transport formalism for the new particles are needed, it is shown that reasonable agreement on dose is found at larger shielding thicknesses commonly found on the International Space Station (ISS). Finally, the extended code is compared to ISS data on a minute-by-minute basis over a seven day period in 2001. The impact of pion/EM production on exposure estimates and validation results is clearly shown. The Badhwar–O’Neill (BO) 2004 and 2010 models are used to generate the GCR boundary condition at each time-step allowing the impact of environmental model improvements on validation results to be quantified as well. It is found that the updated BO2010 model noticeably reduces overall exposure estimates from the BO2004 model, and the additional production mechanisms in HZETRN provide some compensation. It is shown that the overestimates provided by the BO2004 GCR model in previous validation studies led to deflated uncertainty estimates for environmental, physics, and transport models, and allowed an important physical interaction (π/EM) to be overlooked in model development. Despite the additional π/EM production mechanisms in HZETRN, a systematic under-prediction of total dose is observed in comparison to Monte Carlo results and measured data.     

电阻接地状态下星用电路板深层充电仿真方法

文章基于Monte Carlo方法和有限元方法,对双层和4层电路板覆铜层通过电阻接地时的深层充电进行仿真分析,详细讨论了空间各向同性电子通量模型、电路板背面和中间覆铜层分别通过电阻接地时的计算方法和边界条件,以及不同接地条件下有限元矩阵方程的建立;最终定量计算了电阻阻值对电路板充电结果的影响。仿真结果表明,较之完全接地情况,通过电阻接地会增加充电电场和电势,最大电势深度也相应变化;电阻接地层电势和阻值呈线性关系;当接地电阻为109?量级及以下时,其对深层充电的影响可以忽略,验证了NASA-HDBK-4002A手册中设计指南的正确性。     

航天器介质深层充电模拟研究

针对航天器介质深层充电问题,提出了一种基于蒙特卡罗模拟和充电动力学RIC模型的介质电荷分布及电场预估新方法,利用地面试验验证了其正确性.航天器介质平板充电过程被简化为屏蔽铝板与分层介质组成的Geant 4模型,通过统计方法计算出了实际入射束流下Teflon介质内的注入电流密度和剂量率分布曲线,利用RIC模型获得了背面接地时介质中的电荷密度和电场分布,利用脉冲电声法(PEA)对不同束流密度辐照下的Teflon内部空间电荷密度进行了测量.数值模拟和地面试验结果表明,Teflon在100 keV能量电子辐照下,电荷密度和电场随着束流密度的增加而不断增大,其电荷密度峰值位置约为0.042 mm,且背面接地时接地侧电场最大.由于Geant 4粒子输运模拟和RIC模型具有通用性,因此该方法适用于各种航天器介质材料.