一种低能质子辐照装置及低能质子辐照装置的设计方法与流程

本申请涉及辐照，尤其涉及一种低能质子辐照装置及低能质子辐照装置的设计方法。

背景技术：

1、相关技术中的低能质子单粒子效应研究，往往通过降能片将加速器出射的高能束流转化为低能束流，并将束流的辐照范围扩大。但是，这种方法会影响单粒子效应的评估精度。

技术实现思路

1、本申请提供一种低能质子辐照装置及低能质子辐照装置的设计方法，能够提高低能质子单粒子效应评估的精度。

2、第一方面，本申请提供一种低能质子辐照装置，低能质子辐照装置包括质子加速器、束流线和扩束件。其中，质子加速器用于输出低能质子束流；束流线的第一端与质子加速器的输出端连接，用于沿延伸方向引导低能质子束流运动；扩束件设置于束流线上，以使低能质子束流能够沿延伸方向穿过扩束件，使低能质子束流的辐照范围增大。

3、在本申请的一些实现方式中，质子加速器的最低能量小于等于1～3.5mev。

4、在本申请的一些实现方式中，质子加速器的最低能量为e1，在质子加速器以最低能量状态出射低能质子束流的情况下，低能质子辐照装置形成的辐照场的能量为e2，e1-e2＝0.2～1mev。

5、在本申请的一些实现方式中，扩束件为铝箔，铝箔的厚度方向与束流线的延伸方向相同。

6、在本申请的一些实现方式中，沿束流线的延伸方向，低能质子束流依次穿过的所有扩束件的厚度和小于等于8～18.5微米。

7、在本申请的一些实现方式中，沿束流线的延伸方向，低能质子束流依次穿过的所有扩束件的厚度和为12微米。

8、在本申请的一些实现方式中，沿束流线的延伸方向，低能质子束流依次穿过的扩束件的数量为两个，该两个扩束件的厚度均为6微米。

9、在本申请的一些实现方式中，低能质子辐照装置还包括辐照架，辐照架用于承托辐照样品，在辐照架承托辐照样品的情况下，辐照样品与辐照架在束流线延伸方向上平齐，沿束流线的延伸方向，辐照架设置于该两个扩束件的同一侧，且与该两个扩束件中相邻的一个之间的间距为3.2米。

10、在本申请的一些实现方式中，沿扩束件的延伸方向，该两个扩束件之间的间距为0.5米。

11、在本申请的一些实现方式中，该两个扩束件的与束流线的延伸方向垂直的截面的形状为圆形，圆形的半径为6厘米。

12、在本申请的一些实现方式中，沿束流线的延伸方向，质子加速器的输出端与该两个扩束件中相邻的一个的间距为1米。

13、在本申请的一些实现方式中，低能质子辐照装置还包括扩束件架和第一基架，第一基架与束流线相对固定，扩束件固定安装在扩束件架上，扩束件架可活动地设置在第一基架上，以使沿束流线的径向，扩束件能够运动至与低能质子束流错开的位置。

14、在本申请的一些实现方式中，低能质子辐照装置包括扩束件组架，扩束件组架包括至少两个扩束件架，属于同一扩束件组架的扩束件架相对固定，且安装的扩束件的扩束效果不同；扩束件组架可活动地设置于第一基架上，以使扩束件组架的每个扩束件架能够分别运动至与低能质子束流对应的位置，以使低能质子束流穿过能够该扩束件架上的扩束件，属于同一扩束件组架的扩束件架上的扩束件处于与低能质子束流对应的位置的情况下，沿束流线的延伸方向，距离低能质子束流的输出端的距离相同。

15、在本申请的一些实现方式中，属于同一扩束件组架的所有扩束件架沿第一方向排列，扩束件组架与第一基架沿第一方向滑动连接，第一方向与束流线的延伸方向垂直，以使扩束组件架相对第一基架滑动的过程中，每个扩束件架能够分别运动至与低能质子束流对应的位置。

16、在本申请的一些实现方式中，低能质子辐照装置还包括辐照室、第二基架和辐照架；辐照室具有入口，入口与束流线的第二端对接，以使低能质子束流能够通过入口进入辐照室内；第二基架设置于辐照室内，且与束流线相对固定；辐照架设置于辐照室内，用于承托对应的辐照样品，辐照架可活动地设置于第二基架上，以使辐照架上的辐照样品能够运动至与入口相对的位置和错开的位置。

17、在本申请的一些实现方式中，低能质子辐照装置包括辐照组架，辐照组架包括至少两个辐照架，至少两个辐照架相对固定；辐照组架可活动地设置于第二基架上，以使每个辐照架上的辐照样品能够分别运动至与入口相对的位置。

18、在本申请的一些实现方式中，低能质子辐照装置还包括转轴，转轴的一端绕自身轴线与第二基架转动连接，辐照组架设置于转轴的另一端上；转轴的轴线与入口的轴向垂直。

19、在本申请的一些实现方式中，沿第二方向，转轴与入口平齐，第二方向与转轴的轴向垂直，且与入口的轴向垂直。

20、在本申请的一些实现方式中，低能质子辐照装置还包括第一滑块，第一滑块与转轴沿第三方向滑动连接，第三方向与入口的轴向垂直；辐照组架通过第一滑块设置在转轴上，至少两个辐照架沿第三方向排列，以使第一滑块相对转轴滑动的过程中，至少两个辐照架上的辐照样品能够分别运动至与入口相对的位置。

21、在本申请的一些实现方式中，低能质子辐照装置还包括第二滑块，第二滑块与第一滑块沿第四方向滑动连接，第四方向与入口的轴向垂直，且与第三方向垂直；辐照组架通过第二滑块设置在第一滑块上，至少两个辐照架沿第四方向排列，以使第二滑块相对第一滑块滑动的过程中，至少两个辐照架上的辐照样品能够分别运动至与入口相对的位置。

22、在本申请的一些实现方式中，低能质子辐照装置还包括探测器，探测器用于探测质子能量、注量率和束斑均匀性中的至少一个；探测器设置于辐照室内，探测器的采集面与入口的轴向相同，且朝向入口，沿入口的轴向，采集面与入口的间距与辐照样品距离入口的间距相同；探测器设置辐照组架上，以使辐照组架相对第二基架运动的过程中，采集面能够相对入口运动至与入口相对或错开的位置。

23、第二方面，本申请提供一种低能质子辐照装置的设计方法，低能质子辐照装置的设计方法包括：计算e1-e3，e1为质子加速器的最低能量，所述质子加速器能够出射低能质子束流，e3为目标辐照场的能量，e1大于e3；根据e1-e3的值计算扩束件的厚度，使在所述质子加速器以最低能量状态出射低能质子束流的情况下，所述低能质子束流穿过所述扩束件的产生的能量衰减为e1-e3。

24、本申请实施例提供一种低能质子辐照装置，使低能质子束流能够沿延伸方向穿过扩束件，扩束件一方面能够使低能质子束流的辐照范围增大，且辐照的均匀性较好，以便于对半导体器件的灵敏区进行较好地覆盖，便于进行辐照测试，另一方面也能够对低能质子束流进行小幅度的降能，使低能质子束流的能量满足低能质子单粒子效应研究的要求。质子加速器出射的束流为低能质子束流，使得扩束件只对低能质子束流进行小幅度的降能，也能够使低能质子束流的能量满足低能质子单粒子效应研究的要求。而且扩束件只进行小幅度的降能，不容易造成质子的能量显著展宽，也不容易带来严重的拖尾，使能量单色性变差，这有利于提高提高低能质子单粒子效应评估的精度。

技术特征：

1.一种低能质子辐照装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的低能质子辐照装置，其特征在于，所述质子加速器的最低能量小于等于1～3.5mev。

3.根据权利要求2所述的低能质子辐照装置，其特征在于，所述质子加速器的最低能量为e1，在所述质子加速器以最低能量状态出射低能质子束流的情况下，所述低能质子辐照装置形成的辐照场的能量为e2，e1-e2＝0.2～1mev。

4.根据权利要求1所述的低能质子辐照装置，其特征在于，所述扩束件为铝箔，所述铝箔的厚度方向与所述束流线的延伸方向相同。

5.根据权利要求4所述的低能质子辐照装置，其特征在于，沿所述束流线的延伸方向，所述低能质子束流依次穿过的所有所述扩束件的厚度和小于等于8～18.5微米。

6.根据权利要求4所述的低能质子辐照装置，其特征在于，沿所述束流线的延伸方向，所述低能质子束流依次穿过的所有所述扩束件的厚度和为12微米。

7.根据权利要求6所述的低能质子辐照装置，其特征在于，沿所述束流线的延伸方向，所述低能质子束流依次穿过的所述扩束件的数量为两个，该两个所述扩束件的厚度均为6微米。

8.根据权利要求7所述的低能质子辐照装置，其特征在于，所述低能质子辐照装置还包括辐照架，所述辐照架用于承托辐照样品，在所述辐照架承托辐照样品的情况下，辐照样品与所述辐照架在束流线延伸方向上平齐，沿所述束流线的延伸方向，所述辐照架设置于该两个所述扩束件的同一侧，且与该两个所述扩束件中相邻的一个之间的间距为3.2米。

9.根据权利要求7所述的低能质子辐照装置，其特征在于，沿所述扩束件的延伸方向，该两个所述扩束件之间的间距为0.5米。

10.根据权利要求7所述的低能质子辐照装置，其特征在于，该两个所述扩束件的与所述束流线的延伸方向垂直的截面的形状为圆形，所述圆形的半径为6厘米。

11.根据权利要求10所述的低能质子辐照装置，其特征在于，沿所述束流线的延伸方向，所述质子加速器的输出端与该两个所述扩束件中相邻的一个的间距为1米。

12.根据权利要求1～11中任一项所述的低能质子辐照装置，其特征在于，所述低能质子辐照装置还包括扩束件架和第一基架，所述第一基架与所述束流线相对固定，所述扩束件固定安装在所述扩束件架上，所述扩束件架可活动地设置在所述第一基架上，以使沿所述束流线的径向，所述扩束件能够运动至与所述低能质子束流错开的位置。

13.根据权利要求12所述的低能质子辐照装置，其特征在于，所述低能质子辐照装置包括扩束件组架，所述扩束件组架包括至少两个所述扩束件架，属于同一所述扩束件组架的所述扩束件架相对固定，且安装的扩束件的扩束效果不同；所述扩束件组架可活动地设置于所述第一基架上，以使所述扩束件组架的每个所述扩束件架能够分别运动至与所述低能质子束流对应的位置，以使所述低能质子束流穿过能够该扩束件架上的所述扩束件，属于同一所述扩束件组架的所述扩束件架上的扩束件处于与所述低能质子束流对应的位置的情况下，沿所述束流线的延伸方向，距离所述低能质子束流的输出端的距离相同。

14.根据权利要求13所述的低能质子辐照装置，其特征在于，属于同一所述扩束件组架的所有所述扩束件架沿第一方向排列，所述扩束件组架与所述第一基架所述沿第一方向滑动连接，所述第一方向与所述束流线的延伸方向垂直，以使所述扩束组件架相对所述第一基架滑动的过程中，每个所述扩束件架能够分别运动至与所述低能质子束流对应的位置。

15.根据权利要求1～11中任一项所述的低能质子辐照装置，其特征在于，所述低能质子辐照装置还包括辐照室、第二基架和辐照架；所述辐照室具有入口，所述入口与所述束流线的第二端对接，以使所述低能质子束流能够通过所述入口进入所述辐照室内；所述第二基架设置于所述辐照室内，且与所述束流线相对固定；所述辐照架设置于所述辐照室内，用于承托对应的辐照样品，所述辐照架可活动地设置于所述第二基架上，以使所述辐照架上的辐照样品能够运动至与所述入口相对的位置和错开的位置。

16.根据权利要求15所述的低能质子辐照装置，其特征在于，所述低能质子辐照装置包括辐照组架，所述辐照组架包括至少两个所述辐照架，至少两个所述辐照架相对固定；所述辐照组架可活动地设置于所述第二基架上，以使每个所述辐照架上的辐照样品能够分别运动至与所述入口相对的位置。

17.根据权利要求16所述的低能质子辐照装置，其特征在于，所述低能质子辐照装置还包括转轴，所述转轴的一端绕自身轴线与所述第二基架转动连接，所述辐照组架设置于转轴的另一端上；所述转轴的轴线与所述入口的轴向垂直。

18.根据权利要求16所述的低能质子辐照装置，其特征在于，沿所述第二方向，所述转轴与所述入口平齐，所述第二方向与所述转轴的轴向垂直，且与所述入口的轴向垂直。

19.根据权利要求17所述的低能质子辐照装置，其特征在于，所述低能质子辐照装置还包括第一滑块，所述第一滑块与所述转轴沿第三方向滑动连接，所述第三方向与所述入口的轴向垂直；所述辐照组架通过所述第一滑块设置在所述转轴上，至少两个所述辐照架沿所述第三方向排列，以使所述第一滑块相对所述转轴滑动的过程中，至少两个所述辐照架上的辐照样品能够分别运动至与所述入口相对的位置。

20.根据权利要求19所述的低能质子辐照装置，其特征在于，所述低能质子辐照装置还包括第二滑块，所述第二滑块与所述第一滑块沿第四方向滑动连接，所述第四方向与所述入口的轴向垂直，且与所述第三方向垂直；所述辐照组架通过所述第二滑块设置在所述第一滑块上，至少两个所述辐照架沿所述第四方向排列，以使所述第二滑块相对所述第一滑块滑动的过程中，至少两个所述辐照架上的辐照样品能够分别运动至与所述入口相对的位置。

21.根据权利要求20所述的低能质子辐照装置，其特征在于，所述低能质子辐照装置还包括探测器，所述探测器用于探测质子能量、注量率和束斑均匀性中的至少一个；所述探测器设置于所述辐照室内，所述探测器的采集面与所述入口的轴向相同，且朝向所述入口，沿所述入口的轴向，所述采集面与所述入口的间距与所述辐照架上的辐照样品距离所述入口的间距相同；所述探测器设置所述辐照组架上，以使所述辐照组架相对所述第二基架运动的过程中，所述采集面能够相对所述入口运动至与所述入口相对或错开的位置。

22.一种低能质子辐照装置的设计方法，其特征在于，包括：

技术总结
本申请提供一种低能质子辐照装置及低能质子辐照装置的设计方法，涉及辐照技术领域。本申请提供的低能质子辐照装置包括质子加速器、束流线和扩束件。其中，质子加速器用于输出低能质子束流；束流线的第一端与质子加速器的输出端连接，用于沿延伸方向引导低能质子束流运动；扩束件设置于束流线上，以使低能质子束流能够沿延伸方向穿过扩束件，使低能质子束流的辐照范围增大。本申请提供的低能质子辐照装置能够提高低能质子单粒子效应评估的精度。本申请提供的低能质子辐照装置用于辐照。

技术研发人员：李春娟,王志强,徐新宇,刘毅娜,李玮,刘蕴韬,骆海龙,莫玉俊,李世垚,何逾洋
受保护的技术使用者：中国原子能科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17