散裂中子源1MeV等效中子注量的测量方法技术

本发明专利技术属于辐射探测领域，涉及一种散裂中子源1MeV等效中子注量测量的方法。解决了现有散裂中子源中子束流无法直接提供1MeV等效中子注量且计算等效注量不确定度较大的技术问题，本发明专利技术采用的方法是利用双极型晶体管增益倒数和1MeV等效中子注量呈线性关系的特点，实现基于反应堆1MeV等效中子在横向结构晶体管上的损伤因子计算出散裂中子源1MeV等效中子注量，该方法在很宽的中子注量范围内可以保持较高的测量准确性。

【技术实现步骤摘要】
散裂中子源1MeV等效中子注量的测量方法
本专利技术属于辐射探测领域，涉及一种利用横向结构晶体管位移损伤效应进行散裂中子源1MeV等效中子注量测量的方法。
技术介绍
散裂中子源、中子发生器等装置能够提供低通量中子辐射环境用于科学研究，其中散裂中子源是研究中子特性、探测物质微观结构和运动的大科学装置，散裂中子源利用高能轻带电粒子轰击重核，发生散裂反应而生成大量的快中子，这些中子再通过慢化剂和反射层后变成能量分布很宽的中子。散裂中子源不使用核燃料，清洁且易于控制；其中子束流纯净，伴生γ射线剂量极低。因此散裂中子源提供的中子辐射环境十分适用于中子探测器标定、中子单粒子效应研究、中子位移损伤效应研究以及其他领域的基础研究。但是，散裂中子源和某些中子发生器装置提供的中子辐射环境参数多基于质子束流监测结果的换算，有可能忽略了质子束流打靶后中子束流在输运环节的损耗，并且给出的参数为中子数而非1MeV等效中子注量。通过中子数和理论中子谱换算为1MeV等效中子注量的过程中，又会引入由于理论计算能谱导致的不确定度。
技术实现思路
为了解决现有散裂中子源中子束流无法直接提供1MeV等效中子注量且计算等效注量不确定度较大的技术问题，本专利技术提供一种直接利用横向结构晶体管位移损伤效应进行散裂中子源1MeV等效中子注量测量的方法。中子和半导体材料相互作用的主要机制是位移损伤效应。由于中子不带电，穿透能力极强，可以充分靠近被辐射材料晶格原子的原子核，与原子核发生弹性碰撞，晶格原子在碰撞中得到能量，从而离开它正常的点阵位置，成为晶格中的间隙原子，在它原来的位置留下一个空位，空位和间隙原子若仍处于它的弹性力场和库仑力场范围内，可产生复合。若超出这个力场，间隙原子就不会复原，引起原子位移。空位可与相邻原子相结合，亦可空位与空位相结合，空位也能移动到杂质附近，成空位杂质复合体，使杂质不参与导电，从而改变杂质浓度。单个原子的位移形成简单缺陷，称为弗兰克尔缺陷，如果入射中子的能量足够大，使位移的间隙原子获得足够的能量，这种间隙原子的碰撞可以使晶格内大量的原子产生位移，形成大量缺陷群。例如，入射中子能量为1MeV时，初始位移原子得到的平均能量为72.5keV，而一个硅原子的位移阈能仅为15eV。所以初始位移原子在其位移射程末端将引起相当多的晶格点阵原子离开它们的点阵位置，产生位移，形成缺陷群。这些位移损伤通过在带隙中产生具有一个或多个能级稳定的辐射缺陷，从而对电学性质产生重要影响。中子辐照对双极型晶体管造成的位移损伤效应研究已经开展了数十年，从上世纪八十年代后期开始利用NIEL方法来评价晶体管电流增益的退化。该方法能够对电流增益进行量化表征，并且能够将不同能量中子的影响进行归一化。Messenger-Spratt方程描述了晶体管增益和辐照注量的关系：Δ(1/β)＝(W2/2DB)·K·φ式中Δ(1/β)为初始电流增益倒数的变化；W为晶体管有效基区宽度；DB为载流子扩散系数，受辐射损伤较小；K为中子位移损伤常数，与入射粒子能量和种类有关；φ为入射粒子的注量。上式表明位移损伤效应对双极器件造成的增益损伤与有效基区宽度有很大的关系。因此具备较大基区宽度的横向结构晶体管相比纵向结构和衬底结构晶体管对位移损伤效应更加敏感，在较低的中子注量下即可产生显著的退化，如图1所示。可见只要得到1MeV等效中子在某晶体管中造成的位移损伤因子，就可以将该晶体管作为探测器去测量其他环境下的1MeV等效中子注量。也就是说在相同晶体管增益损伤的情况下，对应的1MeV等效中子注量是相同的。本专利技术的技术解决方案是提供一种利用横向结构晶体管位移损伤效应进行散裂中子源1MeV等效中子注量测量的方法，包括以下步骤：1】筛选横向结构晶体管样本；扫描m个横向结构晶体管的集电极和基极电压，测量集电极和基极电流，并计算得到固定集电极电流IC下的横向结构晶体管增益，将增益差异性小于设定值的n个横向结构晶体管作为样本，其中m≥n；2】获取1MeV等效中子注量下样本中横向结构晶体管造成的中子位移损伤常数K；2.1】对步骤1】样本中的部分横向结构晶体管不加偏置进行反应堆中子辐照，在不同中子注量点下测量集电极和基极电流，并计算得到在与步骤1】具有相同固定集电极电流IC下对应的横向结构晶体管增益；2.2】测量反应堆辐照1MeV等效中子注量；2.3】根据步骤2.1】获得的横向结构晶体管增益的倒数和步骤2.2】获得的反应堆辐照1MeV等效中子注量，计算横向结构晶体管的中子位移损伤常数K；3】获得散裂中子源1MeV等效中子注量；将步骤1】样本中未经反应堆中子辐照的横向结构晶体管置于散裂中子源中子辐射环境进行辐照，测量其在与步骤1】具有相同固定集电极电流IC下的横向结构晶体管增益，利用其增益倒数的变化量除以步骤2】获得的中子位移损伤常数K得到散裂中子源在这段时间内累积的1MeV等效中子注量。增益倒数的变化量指：该步骤中获得的增益的倒数减去步骤11】中测量增益结果的倒数。进一步地，步骤1】中IC对应增益-基射极扫描电压关系中最大增益值，即IC应在增益-基射极扫描电压关系中增益极大值附近选取，即在初始电参数中选择增益最大值对应的IC作为基准。进一步地，步骤1】中所述设定值为5％，即将增益差异性小于5％的n个横向结构晶体管作为样本。进一步地，为保证样本中各横向结构晶体管具有相同的性能指标参数，步骤1】中m个横向结构晶体管为同一批次。进一步地，步骤1】中测量集电极和基极电流时，测试条件满足集电极正偏，发射极反偏，扫描基极电压。进一步地，步骤2.1】反应堆中子辐照试验中，横向结构晶体管电路管脚全部短接；反应堆运行功率保持恒定。进一步地，步骤2.1】利用长线在不同中子注量点下测量集电极和基极电流。进一步地，步骤2.2】具体为：利用多箔活化法对辐照的横向结构晶体管样品进行伴随测量，获得反应堆辐照累积的1MeV等效中子注量。进一步地，步骤2】和步骤3】中进行中子辐照试验时，横向结构晶体管集中紧密布放，避免束流不均匀性带来影响。本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术采用的方法是利用双极型晶体管增益倒数和1MeV等效中子注量呈线性关系的特点，实现基于反应堆1MeV等效中子在横向结构晶体管上的损伤因子计算出散裂中子源1MeV等效中子注量，该方法在很宽的中子注量范围内可以保持较高的测量准确性。(2)本专利技术选用横向结构晶体管进行散裂中子源1MeV等效中子注量测量，由于横向结构晶体管与纵向结构晶体管相比对位移损伤效应更加敏感，更适用于散裂中子源较低的中子注量环境中使用，同时长线测试避免了样品活化对测试人员的影响，方法成本低廉，容易实现。附图说明图1为不同结构双极型晶体管电流增益倒数与中子注量的关系曲线；图2为本专利技术利用横向结构晶体管位移损伤效应进行散裂中子源1MeV等效注量测量较佳实施例的方法流程图。具体实施方式以下结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步地描述。如图2所示，本专利技术利用横向结构晶体管位移损伤效应进行散裂中子源1MeV等效中子注量测量的较佳实施例步骤流程如下：(1)选择横向结构双极型晶体管同批次样本，并对器件样本进行电流增益参数测试，得到该器件的集电极电流、基极电流、增益与基极扫描电压的关系参数作为参考标准。在增益极大值附近选择本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种散裂中子源1MeV等效中子注量的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：1】筛选横向结构晶体管样本；扫描m个横向结构晶体管的集电极和基极电压，测量集电极和基极电流，并计算得到固定集电极电流IC下的横向结构晶体管增益，将增益差异性小于设定值的n个横向结构晶体管作为样本，其中m≥n；2】获取1MeV等效中子注量下样本中横向结构晶体管造成的中子位移损伤常数K；2.1】对步骤1】样本中的部分横向结构晶体管不加偏置进行反应堆中子辐照，在不同中子注量点下测量集电极和基极电流，并计算得到在与步骤1】具有相同固定集电极电流IC下对应的横向结构晶体管增益；2.2】测量反应堆辐照1MeV等效中子注量；2.3】根据步骤2.1】获得的横向结构晶体管增益的倒数和步骤2.2】获得的反应堆辐照1MeV等效中子注量，计算横向结构晶体管的中子位移损伤常数K；3】获得散裂中子源1MeV等效中子注量；将步骤1】样本中未经反应堆中子辐照的横向结构晶体管置于散裂中子源中子辐射环境进行辐照，测量其在与步骤1】具有相同固定集电极电流IC下的横向结构晶体管增益，利用其增益倒数的变化量除以步骤2】获得的中子位移损伤常数K得到散裂中子源在这段时间内累积的1MeV等效中子注量。...

【技术特征摘要】
1.一种散裂中子源1MeV等效中子注量的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：1】筛选横向结构晶体管样本；扫描m个横向结构晶体管的集电极和基极电压，测量集电极和基极电流，并计算得到固定集电极电流IC下的横向结构晶体管增益，将增益差异性小于设定值的n个横向结构晶体管作为样本，其中m≥n；2】获取1MeV等效中子注量下样本中横向结构晶体管造成的中子位移损伤常数K；2.1】对步骤1】样本中的部分横向结构晶体管不加偏置进行反应堆中子辐照，在不同中子注量点下测量集电极和基极电流，并计算得到在与步骤1】具有相同固定集电极电流IC下对应的横向结构晶体管增益；2.2】测量反应堆辐照1MeV等效中子注量；2.3】根据步骤2.1】获得的横向结构晶体管增益的倒数和步骤2.2】获得的反应堆辐照1MeV等效中子注量，计算横向结构晶体管的中子位移损伤常数K；3】获得散裂中子源1MeV等效中子注量；将步骤1】样本中未经反应堆中子辐照的横向结构晶体管置于散裂中子源中子辐射环境进行辐照，测量其在与步骤1】具有相同固定集电极电流IC下的横向结构晶体管增益，利用其增益倒数的变化量除以步骤2】获得的中子位移损伤常数K得到散裂中子源在这段时间内累积的1MeV等效中子注量。2.根据权利要求1所述的散裂中子源1MeV等效中子注量的测量...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘岩，陈伟，郭晓强，金晓明，李俊霖，杨善潮，王晨辉，白小燕，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61