β輻射伏特效應(yīng)同位素核電池是利用β放射源衰變產(chǎn)生的電子與半導(dǎo)體材料發(fā)生相互作用，形成電子-空穴對，在半導(dǎo)體自身內(nèi)建電場下發(fā)生定向移動產(chǎn)生電流的能量轉(zhuǎn)換裝置。它具有壽命長、體積小、輸出穩(wěn)定、能量密度高、抗干擾性強等優(yōu)點,逐漸成為微能源研究的熱點。本文以半導(dǎo)體物理、核輻射物理為理論基礎(chǔ)，采用第三代半導(dǎo)體材料(即寬禁帶半導(dǎo)體)——氮化鎵(GaN)為能量轉(zhuǎn)換器件，選用¹⁴⁷Pm為β放射源，通過MCNP5蒙特卡羅程序模擬、研究了以¹⁴⁷Pm為β粒子放射源，在GaN基內(nèi)的粒子輸運特點、規(guī)律，并依此進行核電池的優(yōu)化設(shè)計。 主要研究了如下幾個方面： 1.單能電子在換能材料GaN，防護電極材料Al、Cu、Au中的1/10射程R1和1/100射程R2與入射電子能量的關(guān)系，并得到了經(jīng)驗公式�？蔀閾Q能材料敏感區(qū)位置及防護材料厚度等參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。 2.在GaN材料中，研究了能量反散射率η與電子入射角度θ、和電子入射能量之間的關(guān)系。其中非常成功的擬合出了入射電子能量為60keV，以準(zhǔn)直方式入射時的η-θ關(guān)系式。發(fā)現(xiàn)θ在0—20°范圍內(nèi)，能量反散射系數(shù)增幅不大，...

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 課題背景
    1.2 同位素核電池分類及比較
    1.3 β輻射伏特核電池發(fā)展歷史、進展
        1.3.1 國外的研究歷史和進展
        1.3.2 國內(nèi)研究的歷史和進展
    1.4 本文的主要工作
第二章 輻射伏特核電池原理及結(jié)構(gòu)
    2.1 β輻射伏特核電池原理
        2.1.1 電子與物質(zhì)相互作用機制
        2.1.2 射線照射下的 PIN 結(jié)特性
    2.2 輻射伏特核電池基本結(jié)構(gòu)
        2.2.1 換能器件材料的選取及性質(zhì)
        2.2.2 放射源的選取和能譜電子化
第三章 β輻射伏特效應(yīng)核電池的粒子輸運研究及優(yōu)化設(shè)計
    3.1 單能電子在材料中的射程
        3.1.1 引言：電子射程
        3.1.2 單能電子在材料中射程的模擬方案
        3.1.3 單能電子在材料中射程的數(shù)據(jù)結(jié)果及分析
        3.1.4 單能電子在材料中射程數(shù)據(jù)的可靠性分析
        3.1.5 本結(jié)小結(jié)
    3.2 單能電子在材料表面的能量反散射率
        3.2.1 引言：能量反散射率
        3.2.2 入射電子能量一定時，GaN 材料表面的能量反散射率η與入射角度θ的關(guān)系
        3.2.3 單能準(zhǔn)直、4π電子在 GaN、Al、Cu、Au 材料表面的能量反散射率η與能量 E 的關(guān)系；
    3.3 ¹⁴⁷Pmβ放射源的自吸收
        3.3.1 引言：放射源自吸收理論基礎(chǔ)
        3.3.2 放射源自吸收模擬方案
        3.3.3 放射源自吸收數(shù)據(jù)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析
    3.4 單能電子、表面出射活度 3.19Ci¹⁴⁷Pm 放射源在換能材料 GaN 中的能量沉積規(guī)律
        3.4.1 單能準(zhǔn)直或 4π入射電子在 GaN 換能材料中的能量沉積分布
        3.4.2 表面出射活度 3.19Ci¹⁴⁷Pm 放射源在 GaN 換能材料中的能量沉積分布
    3.5 參雜濃度優(yōu)化設(shè)計
        3.5.1 引言：半導(dǎo)體參雜濃度與內(nèi)建電勢、耗盡層寬度的關(guān)系
        3.5.2 規(guī)律總結(jié)與數(shù)據(jù)分析
    3.6 GaN-¹⁴⁷Pm 型β輻射伏特效應(yīng)核電池電學(xué)性質(zhì)計算
    3.7 電池串并聯(lián)和電極形狀設(shè)計
        3.7.1 電池串并聯(lián)設(shè)計
        3.7.2 電極形狀設(shè)計
第四章 總結(jié)與展望
    4.1 總結(jié)
    4.2 展望
參考文獻
致謝



本文編號：3755731