In this study,the mechanism and characteristics of the responseαparticles and the damage caused by them in CMOS active pixel(APS)sensors were investigated.A detection and compensation algorithm for dead pixels caused...In this study,the mechanism and characteristics of the responseαparticles and the damage caused by them in CMOS active pixel(APS)sensors were investigated.A detection and compensation algorithm for dead pixels caused byαparticle ionizing radiation was proposed,and the effects of dead-pixel compensation algorithms were compared and analyzed under different parameter conditions.The experimental results show thatαparticle response signal has highest accuracy at 9 dB gain,with an obvious“target-ring”distribution.With increasing cumulative dose,the CMOS APS pedestal tends to saturation while dead pixels continue increasing.Though some pixel damage recovers through natural annealing,the dead-to-noise ratio increases with irradiation time,reaching 32.54%after 72 h.A hierarchical clustering dead-pixel detection method is proposed,categorizing pixels into two types:those within and outside the response event.A classification compensation strategy combining mean and majority filtering is proposed.This compensation algorithm can address dead-pixel interference without affectingαparticle radiation response data.When iterated multiple times and with integration time exceeding 6.31 ms,the number of dead pixels can be effectively reduced.展开更多
在“双碳”愿景下,CCUS(carbon capture, utilization and storage)技术成为我国减少CO_(2)排放、保障能源安全和实现可持续发展的关键手段,而定量评价CO_(2)含量是CCUS技术中亟需解决的问题。本研究基于中子在地层中的扩散理论,分析了...在“双碳”愿景下,CCUS(carbon capture, utilization and storage)技术成为我国减少CO_(2)排放、保障能源安全和实现可持续发展的关键手段,而定量评价CO_(2)含量是CCUS技术中亟需解决的问题。本研究基于中子在地层中的扩散理论,分析了中子反应截面和减速长度等参数定量评价CO_(2)的方法,利用蒙特卡罗方法建立计算模型,模拟快中子在含CO_(2)和CH_(4)地层介质的作用过程,研究快中子散射截面、宏观俘获截面及减速长度等参数与CO_(2)和CH_(4)饱和度的变化关系,结果表明,在一定孔隙度条件下,减速长度相比快中子散射截面和宏观俘获截面在识别CO_(2)和CH_(4)的动态变化灵敏度更高,且区分CH_(4)和CO_(2)混合流体的响应更明显。研究结果为利用D-T中子源和多探测器测井仪定量评价CO_(2)仪器设计和数据处理方法奠定基础,对发展CCUS技术具有重要意义。展开更多
金属有机框架(MOFs)材料在Xe/Kr吸附分离方面展现出良好应用前景。为探究MOFs材料在不同气压下对Xe/Kr的吸附分离机理,本文采用巨正则蒙特卡洛(Grand Canonical Monte Carlo,GCMC)模拟方法,研究惰性气体Xe和Kr在HKUST-1、ZIF-8、IRMOF-1...金属有机框架(MOFs)材料在Xe/Kr吸附分离方面展现出良好应用前景。为探究MOFs材料在不同气压下对Xe/Kr的吸附分离机理,本文采用巨正则蒙特卡洛(Grand Canonical Monte Carlo,GCMC)模拟方法,研究惰性气体Xe和Kr在HKUST-1、ZIF-8、IRMOF-1及UiO-66四种MOFs材料上的吸附性能与机理。结果表明:低压情况下,HKUST-1因含有开放金属位点与侧腔结构,对Xe、Kr的吸附量最高;中压范围内,不同MOFs材料对Xe/Kr的吸附符合Langmuir-Freundlich吸附等温线模型,吸附量大小顺序为IRMOF-1>HKUST-1>ZIF-8>UiO-66,且该顺序与MOFs材料的Langmuir比表面积大小顺序一致,近似呈线性关系,选用比表面积大的材料可以提高Xe/Kr吸附量;常压下二元混合组分Xe/Kr的IAST选择性排序为UiO-66>HKUST-1>ZIF-8>IRMOF-1,其中,UiO-66(选择性:8.69)与HKUST-1(选择性:7.74)是常压下理想的Xe/Kr分离材料。GCMC模拟结果表明HKUST-1材料对于Xe/Kr的吸附分离效果最好。此结果为MOFs材料吸附分离Xe/Kr提供了理论依据和实验指导。展开更多
面向高能同步辐射光源(High Energy Photon Source,HEPS)的高性能像素阵列探测器(HEPS-BPIX4)的数据获取系统(Data Acquisition,DAQ)需满足高实时性要求。通过在线压缩图像数据,可有效降低后续传输与存储的压力。针对传统压缩算法在压...面向高能同步辐射光源(High Energy Photon Source,HEPS)的高性能像素阵列探测器(HEPS-BPIX4)的数据获取系统(Data Acquisition,DAQ)需满足高实时性要求。通过在线压缩图像数据,可有效降低后续传输与存储的压力。针对传统压缩算法在压缩率和实时性方面的不足,本文提出了一种基于深度学习目标检测的图像数据在线压缩方法。采用端到端的YOLO(You Only Look Once)目标检测算法,对深度学习模型进行高效训练,并验证了其在HEPS-BPIX4 DAQ数据流中实现在线数据压缩的可行性。实验结果表明,该方法的图像数据在线压缩平均压缩比达到5.88。同时,设计了高效的部署方案,并对性能进行了测试,单线程下的压缩处理速率可达GB∙s^(−1)量级。此外,进一步提出了适用于HEPS-BPIX4 DAQ框架的多线程部署方案,以满足更高的压缩性能需求,为缓解HEPS-BPIX4 DAQ系统高带宽图像数据处理压力提供了新思路。展开更多
基于γ能谱测量法研制的HFETR(高通量工程试验堆,High Flux Engineering Test Reactor)燃料元件破损监测样机,其探测效率的主要影响因素是准直孔直径和探测距离;样机监测对象为HFETR一回路引出管道中的冷却剂,采用蒙特卡罗模拟法对样机...基于γ能谱测量法研制的HFETR(高通量工程试验堆,High Flux Engineering Test Reactor)燃料元件破损监测样机,其探测效率的主要影响因素是准直孔直径和探测距离;样机监测对象为HFETR一回路引出管道中的冷却剂,采用蒙特卡罗模拟法对样机进行无源效率刻度;建立了样机的探测模型,利用标准源修正了模型的准确性。计算了^(24)Na在不同准直孔直径、不同探测距离下的探测效率值,拟合了探测效率曲线公式,完成了^(24)Na活度监测的无源效率刻度;计算了准直孔直径为5cm、探测距离为65cm情况下^(24)Na的探测效率值,对HFETR一回路冷却剂进行连续监测并获取了^(24)Na的活度浓度;与取样监测相比,^(24)Na活度浓度的相对偏差在5%以内,证明了该无源效率刻度方法的准确性与实用性。展开更多
钍基熔盐堆在运行过程中会排放85Kr和133Xe等放射性惰性气体(特征核素),准确监测尾气出口处各特征核素活度浓度对了解核反应堆与尾气处理系统的运行状况具有重要意义。β-γ符合法可显著降低本底且提高测量精度,能满足监测需求,因此,设...钍基熔盐堆在运行过程中会排放85Kr和133Xe等放射性惰性气体(特征核素),准确监测尾气出口处各特征核素活度浓度对了解核反应堆与尾气处理系统的运行状况具有重要意义。β-γ符合法可显著降低本底且提高测量精度,能满足监测需求,因此,设计了由高纯锗(High-Purity Germanium,HPGe)和钝化注入平面硅(Passivated Implanted Planar Silicon,PIPS)组成的符合监测装置。基于熔盐堆尾气中的核素活度浓度理论值,使用MCNP(Monte Carlo N Particle Transport Code)设计了采样腔最佳尺寸,研究了探测器对β和γ探测效率的影响,并使用Geant4(GEometry ANd Tracking 4)分析了监测系统在HPGe下γ射线能谱与β-γ符合分析后的γ射线能谱及最小可探测活度浓度(Minimum Detectable Concentration,MDC)。结果表明:圆柱体型的采样腔最佳尺寸高5.3 cm,半径4.25 cm,该监测装置具备核素识别能力且特征核素的MDC为1~103 mBq·m^(−3),性能较为优异。本文结果可为后续监测装置的加工与测试提供理论依据。展开更多
通过在栅下引入一层铁电介质,对GaN基高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transfer,HEMT)的线性度进行了优化。得益于铁电介质极化强度随电场变化的非线性特性,引入铁电介质后器件的跨导呈现出两个峰,使得跨导展宽,线性度提升...通过在栅下引入一层铁电介质,对GaN基高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transfer,HEMT)的线性度进行了优化。得益于铁电介质极化强度随电场变化的非线性特性,引入铁电介质后器件的跨导呈现出两个峰,使得跨导展宽,线性度提升。通过对不同铁电介质的厚度、介电常数以及栅下势垒层Al组分下的铁电栅介质GaN HEMT器件的电学特性进行仿真分析,研究了跨导随这些参数的变化规律。并根据所得出的规律,有效展宽了器件峰值跨导,使得器件的栅压摆幅提升1.5倍。为基于铁电介质的高线性度GaN HEMT设计提供了理论依据。展开更多
基金supported by the National Natural Science Foundation of China(No.11905102)Hunan Provincial Postgraduate Research and Innovation Project(No.QL20230234)。
文摘In this study,the mechanism and characteristics of the responseαparticles and the damage caused by them in CMOS active pixel(APS)sensors were investigated.A detection and compensation algorithm for dead pixels caused byαparticle ionizing radiation was proposed,and the effects of dead-pixel compensation algorithms were compared and analyzed under different parameter conditions.The experimental results show thatαparticle response signal has highest accuracy at 9 dB gain,with an obvious“target-ring”distribution.With increasing cumulative dose,the CMOS APS pedestal tends to saturation while dead pixels continue increasing.Though some pixel damage recovers through natural annealing,the dead-to-noise ratio increases with irradiation time,reaching 32.54%after 72 h.A hierarchical clustering dead-pixel detection method is proposed,categorizing pixels into two types:those within and outside the response event.A classification compensation strategy combining mean and majority filtering is proposed.This compensation algorithm can address dead-pixel interference without affectingαparticle radiation response data.When iterated multiple times and with integration time exceeding 6.31 ms,the number of dead pixels can be effectively reduced.
文摘在“双碳”愿景下,CCUS(carbon capture, utilization and storage)技术成为我国减少CO_(2)排放、保障能源安全和实现可持续发展的关键手段,而定量评价CO_(2)含量是CCUS技术中亟需解决的问题。本研究基于中子在地层中的扩散理论,分析了中子反应截面和减速长度等参数定量评价CO_(2)的方法,利用蒙特卡罗方法建立计算模型,模拟快中子在含CO_(2)和CH_(4)地层介质的作用过程,研究快中子散射截面、宏观俘获截面及减速长度等参数与CO_(2)和CH_(4)饱和度的变化关系,结果表明,在一定孔隙度条件下,减速长度相比快中子散射截面和宏观俘获截面在识别CO_(2)和CH_(4)的动态变化灵敏度更高,且区分CH_(4)和CO_(2)混合流体的响应更明显。研究结果为利用D-T中子源和多探测器测井仪定量评价CO_(2)仪器设计和数据处理方法奠定基础,对发展CCUS技术具有重要意义。
文摘金属有机框架(MOFs)材料在Xe/Kr吸附分离方面展现出良好应用前景。为探究MOFs材料在不同气压下对Xe/Kr的吸附分离机理,本文采用巨正则蒙特卡洛(Grand Canonical Monte Carlo,GCMC)模拟方法,研究惰性气体Xe和Kr在HKUST-1、ZIF-8、IRMOF-1及UiO-66四种MOFs材料上的吸附性能与机理。结果表明:低压情况下,HKUST-1因含有开放金属位点与侧腔结构,对Xe、Kr的吸附量最高;中压范围内,不同MOFs材料对Xe/Kr的吸附符合Langmuir-Freundlich吸附等温线模型,吸附量大小顺序为IRMOF-1>HKUST-1>ZIF-8>UiO-66,且该顺序与MOFs材料的Langmuir比表面积大小顺序一致,近似呈线性关系,选用比表面积大的材料可以提高Xe/Kr吸附量;常压下二元混合组分Xe/Kr的IAST选择性排序为UiO-66>HKUST-1>ZIF-8>IRMOF-1,其中,UiO-66(选择性:8.69)与HKUST-1(选择性:7.74)是常压下理想的Xe/Kr分离材料。GCMC模拟结果表明HKUST-1材料对于Xe/Kr的吸附分离效果最好。此结果为MOFs材料吸附分离Xe/Kr提供了理论依据和实验指导。
文摘基于γ能谱测量法研制的HFETR(高通量工程试验堆,High Flux Engineering Test Reactor)燃料元件破损监测样机,其探测效率的主要影响因素是准直孔直径和探测距离;样机监测对象为HFETR一回路引出管道中的冷却剂,采用蒙特卡罗模拟法对样机进行无源效率刻度;建立了样机的探测模型,利用标准源修正了模型的准确性。计算了^(24)Na在不同准直孔直径、不同探测距离下的探测效率值,拟合了探测效率曲线公式,完成了^(24)Na活度监测的无源效率刻度;计算了准直孔直径为5cm、探测距离为65cm情况下^(24)Na的探测效率值,对HFETR一回路冷却剂进行连续监测并获取了^(24)Na的活度浓度;与取样监测相比,^(24)Na活度浓度的相对偏差在5%以内,证明了该无源效率刻度方法的准确性与实用性。
文摘钍基熔盐堆在运行过程中会排放85Kr和133Xe等放射性惰性气体(特征核素),准确监测尾气出口处各特征核素活度浓度对了解核反应堆与尾气处理系统的运行状况具有重要意义。β-γ符合法可显著降低本底且提高测量精度,能满足监测需求,因此,设计了由高纯锗(High-Purity Germanium,HPGe)和钝化注入平面硅(Passivated Implanted Planar Silicon,PIPS)组成的符合监测装置。基于熔盐堆尾气中的核素活度浓度理论值,使用MCNP(Monte Carlo N Particle Transport Code)设计了采样腔最佳尺寸,研究了探测器对β和γ探测效率的影响,并使用Geant4(GEometry ANd Tracking 4)分析了监测系统在HPGe下γ射线能谱与β-γ符合分析后的γ射线能谱及最小可探测活度浓度(Minimum Detectable Concentration,MDC)。结果表明:圆柱体型的采样腔最佳尺寸高5.3 cm,半径4.25 cm,该监测装置具备核素识别能力且特征核素的MDC为1~103 mBq·m^(−3),性能较为优异。本文结果可为后续监测装置的加工与测试提供理论依据。
