[发明专利]一种重离子辐射诱导PKA计算方法

说明书

本发明提供了一种重离子辐射诱导PKA计算方法，属于空间环境效应分析技术领域。方法包括：S1、选取敏感几何体，设置模拟参数，进行模拟辐射实验；S2、调用Step函数、Track函数和Event函数，计算得到每一步结束时的粒子类型、动能、坐标信息；S3、设置PKA的原子类型和动能范围以及RecoilCutoff参数，判断每一步结束时产生的粒子类型是否是入射粒子与敏感几何体作用而产生的PKA，如是则输出PKA的动能数据；S4、对输出的动能数据进行归一化处理。本发明通过设置与器件材料对应RecoilCutoff参数进行模拟实验，并根据判断筛选出由入射粒子与基体材料作用产生的PKA信息，可以快速准确地得到重离子的PKA分布，导出合理的PKA能谱用于解释科学问题。

技术领域

本发明涉及空间环境效应分析技术领域，特别涉及一种重离子辐射诱导PKA计算方法。

背景技术

应用于卫星、宇宙飞船及航天飞机的电子器件和光电器件在长时间受到空间辐射后，轰击到器件中的高能质子、中子、α粒子、重离子等空间粒子将与基体材料相互作用造成其力学性能、组织成分和微观结构的变化，进而引起各种辐照效应，如总剂量效应、位移损伤效应和单粒子效应，这些辐照效应使得器件或电路性能发生瞬时或永久的改变，使得整个电学系统性能逐渐降低或失灵，严重时可能导致整个电学系统瘫痪，从而大大影响卫星、宇宙飞船及航天飞机的服役可靠性和使用寿命。

对于硅(Si)基电子器件，重离子辐射是最致命的空间辐射环境因素，重离子辐射会使硅体结构造成永久性损伤，其中，非电离能量损失(Non Ionization Energy Loss，简称NIEL)引起的位移损伤效应是导致硅基电子器件失效的主要因素，而初级碰撞粒子(Primary Knock-on Atom，简称PKA)的位置、能量和数量分布等与非电离能量损失程度具有直接关系。目前，利用Geant4软件模拟重离子辐照硅基电子器件产生PKA的研究较少，没有可靠的实验对比依据，使得对硅基电子器件的PKA和非电离能量损失信息知之甚少。因此，如果能够找到一种方式，可以针对任意重离子入射硅基电子器件均可快速得出PKA位置、能量、方向和数量分布等信息，并进一步计算得到非电离能量损失信息，对简化辐照试验、节省科研资源具有重要的工程价值和科学意义，对高效预测敏感器件位移损伤以及针对敏感器件的加固具有重要的指导意义。

发明内容

针对以上现有技术中的问题，本发明提供了一种重离子辐射诱导PKA计算方法。

为实现上述目的，本发明具体通过以下技术实现：

本发明提供了一种重离子辐射诱导PKA计算方法，包括以下步骤：

S1、向Geant4软件中导入器件的几何文件，构建与器件结构对应的几何模型，选取所述几何模型中的敏感几何体，设置模拟参数，所述模拟参数包括入射粒子参数和入射粒子与物质相互作用模型，之后进行模拟辐射实验；

S2、调用Step函数、Track函数和Event函数，计算得到每一步结束时的粒子类型、动能、坐标信息；

S3、设置初级碰撞粒子的原子类型和动能范围以及RecoilCutoff参数，根据判断条件判断每一步结束时产生的粒子类型是否是入射粒子与所述敏感几何体相互作用而产生的所述初级碰撞粒子，如是则输出所述初级碰撞粒子的动能数据；

S4、对输出的所述初级碰撞粒子的动能数据进行归一化处理，生成包括能谱分布曲线、二维深度分布曲线和三维空间分布图中的至少一种。

进一步地，步骤S1中，所述入射粒子参数包括入射粒子类型、原子序数、原子质量、入射分布、入射能量和入射粒子数中的一种或多种。

进一步地，所述入射粒子类型包括重离子，所述重离子包括铅离子。

进一步地，所述入射分布包括辐射源形状和入射方向，所述辐射源形状为点状、线状、面状和体状中的一种，所述入射方向包括各向同性和各向异性中的一种。