發(fā)布時(shí)間：2021-04-24 05:56

　　同位素電池技術(shù)在航天航空、深空探索中具有重要的應(yīng)用意義。然而目前的同位素電池輸出功率較低、輻照損傷效應(yīng)較為嚴(yán)重,嚴(yán)重制約了其實(shí)際應(yīng)用與發(fā)展。本文針對(duì)以上問題,提出了一種新型可滿足空間應(yīng)用要求的基于60Co放射源的輻致伏特/光伏效應(yīng)多級(jí)同位素電池,并圍繞電池的材料參數(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、樣品制備以及γ輻照損傷效應(yīng)展開了一系列的研究工作,具體研究?jī)?nèi)容如下:1)對(duì)雙重效應(yīng)多級(jí)同位素電池的材料與結(jié)構(gòu)展開了優(yōu)化設(shè)計(jì)。采用MCNP5、肖克萊方程、Kubelka-Munk理論進(jìn)行了理論計(jì)算與分析,研究了輻致光伏、輻射伏特兩種效應(yīng)產(chǎn)生的電學(xué)輸出貢獻(xiàn)比重。探究了閃爍晶體厚度、伏特層串并聯(lián)方式與電池性能的響應(yīng)關(guān)系。研究了不同閃爍晶體和伏特層之間的耦合關(guān)系,獲得了最優(yōu)的“CsI閃爍晶體+GaAs伏特層”組合。采用PHITS蒙卡程序,確定了雙重效應(yīng)多級(jí)換能組件的整體尺度大約為20 cm,并在該尺度上實(shí)現(xiàn)了多級(jí)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在10 Ci ⁶⁰Co放射源照射下,當(dāng)每一級(jí)CsI閃爍晶體厚度為2 cm且各級(jí)伏特層串聯(lián)連接時(shí),電池可獲得理論最佳的最大輸出功率為1.71 mW、內(nèi)轉(zhuǎn)換效率為4.31%。2)... 

【文章來(lái)源】：南京航空航天大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：78 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 同位素電池的分類
    1.3 輻射伏特與輻致光伏效應(yīng)同位素電池的研究現(xiàn)狀
    1.4 存在的問題與本文研究思路
    1.5 本文的研究?jī)?nèi)容
第二章 輻射伏特/光伏雙重效應(yīng)同位素電池的工作原理
    2.1 輻射伏特效應(yīng)的原理與輸出參數(shù)的計(jì)算
        2.1.1 輻射伏特能量轉(zhuǎn)換機(jī)制的原理
        2.1.2 輻射伏特效應(yīng)輸出參數(shù)的計(jì)算
    2.2 輻致光伏效應(yīng)的原理與輸出參數(shù)的計(jì)算
        2.2.1 輻致光伏能量轉(zhuǎn)換機(jī)制的原理
        2.2.2 輻致光伏效應(yīng)輸出參數(shù)的計(jì)算
    2.3 輻射伏特效應(yīng)與輻致光伏效應(yīng)的雙重作用
    2.4 本章小結(jié)
第三章 雙重效應(yīng)多級(jí)同位素電池的優(yōu)化設(shè)計(jì)
    3.1 雙重效應(yīng)多級(jí)同位素電池的可行性研究
        3.1.1 能量轉(zhuǎn)換材料的選擇
        3.1.2 雙重效應(yīng)同位素電池的電學(xué)輸出特性分析
    3.2 材料的優(yōu)選與多級(jí)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
        3.2.1 不同伏特層與閃爍晶體組合的性能對(duì)比
        3.2.2 多級(jí)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
    3.3 本章小結(jié)
第四章 雙重效應(yīng)多級(jí)同位素電池的制備與測(cè)試
    4.1 GaAs基伏特層的制備與測(cè)試
        4.1.1 GaAs基伏特層的設(shè)計(jì)與制備
        4.1.2 GaAs基伏特層的性能測(cè)試
    4.2 閃爍晶體光學(xué)性能的測(cè)試
        4.2.1 閃爍晶體的透射率與發(fā)射光譜
        4.2.2 閃爍晶體的相對(duì)出射光子產(chǎn)額
    4.3 雙重效應(yīng)多級(jí)同位素電池的組裝與測(cè)試
        4.3.1 基于LYSO閃爍晶體和GaAs伏特層的雙重效應(yīng)同位素電池制備與測(cè)試
        4.3.2 基于CsI閃爍晶體和GaAs伏特層的雙重效應(yīng)同位素電池制備與測(cè)試
    4.4 本章小結(jié)
第五章 雙重效應(yīng)多級(jí)同位素電池的γ輻照損傷效應(yīng)研究
    5.1 GaAs伏特層的γ輻照損傷效應(yīng)
        5.1.1 GaAs伏特層輻照前后電學(xué)性能對(duì)比
        5.1.2 GaAs伏特層輻照前后電致發(fā)光對(duì)比
        5.1.3 GaAs伏特層輻照前后電容特性對(duì)比
    5.2 閃爍晶體的γ輻照損傷效應(yīng)
    5.3 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 研究總結(jié)
    6.2 研究創(chuàng)新點(diǎn)
    6.3 研究展望
參考文獻(xiàn)
致謝
在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[3]Vacuum degree effects on betavoltaics irradiated by 63Ni with differently apparent activity densities[J]. LIU YunPeng,XU ZhiHeng,WANG Hao,TANG XiaoBin.  Science China（Technological Sciences）. 2017(02)
[4]稀土閃爍晶體研究進(jìn)展[J]. 徐蘭蘭,孫叢婷,薛冬峰.  中國(guó)科學(xué):技術(shù)科學(xué). 2016(07)
[5]Si基（63）Ni輻射伏特效應(yīng)同位素電池的優(yōu)化設(shè)計(jì)與分析[J]. 湯曉斌,丁丁,劉云鵬,陳達(dá).  中國(guó)科學(xué):技術(shù)科學(xué). 2012(06)
[6]直接充電式核電池能量轉(zhuǎn)換效率提高研究[J]. 歐頻,周劍良,左國(guó)平,郭鵬偉.  核技術(shù). 2011(11)
[7]一種基于PIN結(jié)的硅基微型核電池研究[J]. 喬大勇,陳雪嬌,任勇,藏博,苑偉政.  物理學(xué)報(bào). 2011(02)



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