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不同蒙特卡罗软件模拟中子深度剖面分析差异对比

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核技术 2018年第9期41卷 16-20页

作者：徐僳张庆贤何庆驹吴涛张罡石丛孙坤肖云龙成都理工大学核技术与自动化工程学院成都610059

中子深度剖面分析(Neutron depth profiling,NDP)技术在半导体生产、离子注入研究、材料科学等领域有广泛应用。为了探究NDP能谱分析中模拟软件的一致性与可靠性,本文对比了SRIM、MCNP、FLUKA和GEANT4等软件模拟NDP的结果;对比分析了4... 详细信息

中子深度剖面分析(Neutron depth profiling,NDP)技术在半导体生产、离子注入研究、材料科学等领域有广泛应用。为了探究NDP能谱分析中模拟软件的一致性与可靠性,本文对比了SRIM、MCNP、FLUKA和GEANT4等软件模拟NDP的结果;对比分析了4款模拟软件模拟的α粒子能谱,并以美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology,NIST)标准物质SRM2137实测谱为标准对模拟谱进行评价。结果表明:4款模拟软件所模拟的α能谱在2μm厚晶体硅层内峰位能量一致性较好;MCNP模拟的半高宽和峰位结果优于FLUKA和GEANT4的模拟结果。

关键词：中子深度剖面分析 FLUKA GEANT4 MCNP SRJM SRM2137

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CARR中子深度剖面分析系统设计

核技术 2019年第4期42卷 49-53页

作者：唐婵娟肖才锦姚永刚石丛运威旭刘旭东杨竣凯倪邦发中国原子能科学研究院核物理所北京102413 成都理工大学核技术与自动化学院成都610051

中子深度剖面分析(Neutron Depth Profiling,NDP)是一种高灵敏、高分辨测量材料近表面深度分布信息的无损检测技术,利用中国先进研究堆(China Advanced Research Reactor,CARR)冷中子束建立了一套中子深度剖面分析系统,该系统真空度优... 详细信息

中子深度剖面分析(Neutron Depth Profiling,NDP)是一种高灵敏、高分辨测量材料近表面深度分布信息的无损检测技术,利用中国先进研究堆(China Advanced Research Reactor,CARR)冷中子束建立了一套中子深度剖面分析系统,该系统真空度优于其他NDP设备,可达到3.4×10-5 Pa。冷中子注量率高是其另一大优势,CARR在15 MW功率下运行时,用金活化法测得中子导管末端的中子注量率约为4.8×108cm-2?s-1。此外,该系统一次性可以测量6个样品,简单易行。通过测试美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology,NIST)标准物质SRM-2137评价CARR-NDP系统的性能,测量结果与参考值具有较好的一致性,验证了CARR-NDP系统的可行性。

关键词：中子深度剖面分析中国先进研究堆近表面分析

基于PSO和MLEM混合算法的NDP测量反演算法研究

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原子能科学技术 2024年第5期58卷 1152-1159页

作者：李远辉杨芮张庆贤肖才锦陈弘杰肖鸿飞程志强成都理工大学地学核技术四川省重点实验室四川成都610059 中核医疗产业管理有限公司北京100097 核工业北京地质研究院北京100029 中国原子能科学研究院北京102413

中子深度剖面(NDP)分析技术是一种无损检测方法,能够同时测量样品中目标核素的浓度与空间信息,已被广泛应用于锂电池、半导体等产业。在NDP分析过程中,由测量能谱反演出目标核素浓度的分布信息是关键步骤。目前NDP测量反演中常用的算法... 详细信息

中子深度剖面(NDP)分析技术是一种无损检测方法,能够同时测量样品中目标核素的浓度与空间信息,已被广泛应用于锂电池、半导体等产业。在NDP分析过程中,由测量能谱反演出目标核素浓度的分布信息是关键步骤。目前NDP测量反演中常用的算法为最大似然期望最大化(MLEM)算法。针对MLEM算法计算结果易陷入局部最优解的情况,本文提出了粒子群(PSO)与MLEM混合(PSO-MLEM)算法,并通过动态加速因子提高了算法的收敛速度与计算精度。应用PSO-MLEM算法、PSO算法、MLEM算法、奇异值分解求解最小二乘(SVDLS)算法对锂电池中^(6)Li的NDP模拟能谱进行反演,并对反演计算结果进行了评价。结果表明:对比PSO算法,PSO-MLEM算法的收敛效率与计算精度明显提升;对比MLEM算法,PSO-MLEM算法的全局寻优能力有效提升了反演精度,避免了局部最优解的影响;对比SVDLS算法,PSO-MLEM算法的反演精度明显提升。

关键词：中子深度剖面分析粒子群算法最大似然期望最大化算法锂电池

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锂电池中锂离子浓度NDP测量方法研究

锂电池中锂离子浓度NDP测量方法研究

作者：陈弘杰成都理工大学

学位级别：硕士

安全、高效、清洁的能源转化和存储技术一直是当前科技研究的热点。锂电池能量转化效率高,对环境危害性小,但工作时锂离子浓度的变化会影响电池的倍率性能、循环性能、电导率、内阻等。因此,开展锂电池中锂离子的浓度和分布的精确测定... 详细信息

安全、高效、清洁的能源转化和存储技术一直是当前科技研究的热点。锂电池能量转化效率高,对环境危害性小,但工作时锂离子浓度的变化会影响电池的倍率性能、循环性能、电导率、内阻等。因此,开展锂电池中锂离子的浓度和分布的精确测定研究具有十分重要的意义。通过中子深度剖面分析(Neutron depth profiling,简称NDP)技术,可以无损地获取B、Li、Be、Na等轻核元素在近表面的深度分布信息。NDP技术被广泛用于锂电池负极相关的原位表征研究以及Li对锂电池性能的影响。如果采用增加探测器与样品之间的位置距离来减小探测立体角的方式来提高探测到的锂离子浓度空间分辨率,会导致探测效率下降,因此需要在保证探测空间分辨率时减小探测器和样品之间的距离。在使用NDP技术测量锂电池中的锂浓度时,通过测量能谱反演可以得到目标核素浓度随样品表面深度的分布,而能谱反演计算方法是实现锂离子浓度的重要步骤。目前常用的反演算法存在稳定性较差,反演迭代不收敛等不足,因此需进一步研究反演算法。本论文针对NDP方法测量锂电池中锂离子浓度存在的这两个问题开展研究。本文通过对NDP方法测量锂电池中锂离子浓度原理进行分析,设计了一种微型蜂窝状的准直器,同时对三种NDP反演算法进行研究与评价,并实现了粒子群算法在NDP测量中应用。通过以上研究,论文取得的成果如下:(1)论文分析了H发射角对测量结果的影响,根据NDP分析需求对准直器的技术指标进行理论分析,确定了蜂窝状的准直器的结构,并加工实现了准直器。通过模拟和实验相结合的方法对准直器的性能进行评价,实现了准直器在NDP测量系统的应用。(2)论文基于CARR堆NDP设备建立了NDP方法测量锂电池锂离子浓度分析的模拟平台,采用MCNP软件获得了上测量锂电池锂离子浓度的响应函数矩阵和模拟分析了不同状态下锂离子浓度的能谱。(3)论文讨论了NDP测量锂电池锂离子浓度的反演算法。计算结果表明粒子群算法能够较好的反演出锂电池中Li浓度的深度分布和时间分布。随后将准直器应用于粒子群算法的反演计算中,并对5种不同Li浓度深度分布的模拟能谱进行反演。结果表明准直器能有效提高反演算法的可靠性。

关键词：锂电池性能中子深度剖面分析蜂窝状准直器粒子群算法锂离子浓度

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中子深度分析技术的反演迭代计算

同位素 2017年第3期30卷 182-186页

作者：石丛肖才锦张建姚永刚金象春王平生倪邦发张庆贤刘旭东唐婵娟中国原子能科学研究院北京102413 成都理工大学四川成都610059

针对中子深度剖面分析(NDP),采用蒙特卡罗模拟和概率迭代反演方法计算了硼在硅基底样品内的深度分布。结合CARR堆NDP实验装置,利用MCNP和Geant4软件模拟了标准样品SRM2137中硼元素的能谱图,通过MATLAB软件反演迭代推算解析出了标准样品... 详细信息

针对中子深度剖面分析(NDP),采用蒙特卡罗模拟和概率迭代反演方法计算了硼在硅基底样品内的深度分布。结合CARR堆NDP实验装置,利用MCNP和Geant4软件模拟了标准样品SRM2137中硼元素的能谱图,通过MATLAB软件反演迭代推算解析出了标准样品中元素对应的浓度深度变化图。经验证,反演迭代计算方法适用于NDP系统。

关键词：中子深度剖面分析 CARR 蒙特卡罗反演迭代