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质子辐照硼硅酸盐玻璃盖片的物理效应分析

李欣 赵强 郝建红 董志伟 薛碧曦

李欣, 赵强, 郝建红, 等. 质子辐照硼硅酸盐玻璃盖片的物理效应分析[J]. 强激光与粒子束, 2020, 32: 025024. doi: 10.11884/HPLPB202032.190325
引用本文: 李欣, 赵强, 郝建红, 等. 质子辐照硼硅酸盐玻璃盖片的物理效应分析[J]. 强激光与粒子束, 2020, 32: 025024. doi: 10.11884/HPLPB202032.190325
Li Xin, Zhao Qiang, Hao Jianhong, et al. Analysis of physical effects of borosilicate glass coverslips irradiated by protons[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2020, 32: 025024. doi: 10.11884/HPLPB202032.190325
Citation: Li Xin, Zhao Qiang, Hao Jianhong, et al. Analysis of physical effects of borosilicate glass coverslips irradiated by protons[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2020, 32: 025024. doi: 10.11884/HPLPB202032.190325

质子辐照硼硅酸盐玻璃盖片的物理效应分析

doi: 10.11884/HPLPB202032.190325
基金项目: 国家自然科学基金项目(U1730247,11571047,61372050)
详细信息
    作者简介:

    李 欣(1994—),女,硕士研究生,从事粒子束靶互作用研究;lx118@ncepu.edu.cn

    通讯作者:

    赵 强(1975—),男,博士,副研究员,从事粒子束靶互作用物理机理及应用研究;zhaoq@iapcm.ac.cn

  • 中图分类号: O46

Analysis of physical effects of borosilicate glass coverslips irradiated by protons

  • 摘要: 作为航天器电源系统的重要组成部分,太阳电池需要更高的转换效率和可靠性以及更长的使用寿命。通过在太阳电池表面覆盖抗辐照玻璃盖片,可以增强太阳电池对粒子辐射的防护,延长太阳电池的服役寿命,使航天器获得可靠的能源供应。硼硅酸盐玻璃就是一种理想的太阳电池玻璃盖片材料。采用蒙特卡罗方法,结合SRIM软件模拟研究质子辐照硼硅酸盐玻璃的损伤物理机理。基于粒子与物质相互作用的理论以及基本公式,通过分析不同入射能量的质子在硼硅酸盐玻璃中的阻止本领、电离能损、位移能损、空位的产生情况,对辐照损伤的物理机制进行研究。结果表明:能量为30~120 keV的质子辐照损伤主要发生在硼硅酸盐玻璃表面;质子沉积、空位分布等均为Bragg峰型分布;电离能损是能量损失的主要部分,随入射能量的增加而增大,导致电子的电离和激发;位移能损在玻璃内部随能量降低而增大,导致硼、氧和硅等空位缺陷的产生;电离效应和缺陷的产生是硼硅酸盐玻璃色心形成的重要原因。
  • 图  1  不同能量质子下,硼硅酸盐玻璃的阻止本领

    Figure  1.  Stopping power of the borosilicate glass at different energy of protons

    图  2  不同能量质子下,硼硅酸盐玻璃的主要能损占比情况

    Figure  2.  Energy loss of the borosilicate glass at different energy of protons

    图  3  不同能量质子在硼硅酸盐玻璃中的沉积情况

    Figure  3.  Deposition of different energy protons in borosilicate glass

    图  4  不同质子能量下电离能损随入射深度的分布

    Figure  4.  Distributions of ionization losses with incident depth at different energy of protons

    图  5  不同质子能量下空位随入射深度的分布

    Figure  5.  Distributions of vacancies with incident depth at different energy of protons

    图  6  不同质子能量下硼硅酸盐玻璃中每入射质子产生的总空位数

    Figure  6.  Total vacancies in borosilicate glass at different energy of protons

    表  1  硼硅酸盐玻璃组成元素及参数

    Table  1.   Borosilicate glass composition elements and parameters

    elementatom stoich/%displacement energy/eVbinding energy/eVsurface energy/eV
    B7.042535.73
    O64.102832.00
    Na2.332531.12
    Al0.822533.36
    Si25.501524.70
    K0.162530.93
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    表  2  不同能量质子在硼硅酸盐玻璃中的射程及射程分散

    Table  2.   Range and straggling of protons in borosilicate glass at different energy

    energy of protons/keVrange/μmlongitudinal straggling/nm
    300.36677.9
    400.45282.9
    500.53387.0
    600.61390.3
    700.69093.2
    800.76796.1
    900.84598.8
    1000.923101.4
    1101.000103.9
    1201.080106.3
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-08-29
  • 修回日期:  2019-12-19
  • 刊出日期:  2019-12-26

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