montecarlo方法在單粒子翻轉(zhuǎn)數(shù)值模擬中的應(yīng)用

《montecarlo方法在單粒子翻轉(zhuǎn)數(shù)值模擬中的應(yīng)用》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、計算物理第19卷第2期Vol.19,No.22002年3月CHINESEJOURNALOFCOMPUTATIONALPHYSICSMar.,2002[文章編號]10012246X(2002)0220168205MonteCarlo方法在單粒子翻轉(zhuǎn)數(shù)值模擬中的應(yīng)用李華,陳世彬(西北核技術(shù)研究所,陜西西安710024)[摘要]描述了在單粒子翻轉(zhuǎn)數(shù)值模擬中的一種有效方法—MonteCarlo方法,并對該方法中的粒子輸運過程和相關(guān)的隨機抽樣進行了描述.對14MeV的中子從存儲器硅片表面隨機入射引起的單粒子翻轉(zhuǎn)進行了計算和分析,同時計算了MonteCarlo方法引起的誤差.[關(guān)鍵詞]MonteCarlo

2、方法;單粒子翻轉(zhuǎn);數(shù)值模擬[中圖分類號]O24211;O571142[文獻標(biāo)識碼]A動方向變化,或者是其能量和運動方向都變化,或者0引言是它與硅原子發(fā)生了核反應(yīng)而產(chǎn)生次級粒子,或者是它被吸收了.因此,對入射粒子在存儲器硅片中的單粒子翻轉(zhuǎn)數(shù)值模擬主要是模擬高能粒子經(jīng)過輸運過程的跟蹤可歸結(jié)為對其狀態(tài)參數(shù)(位置r、方半導(dǎo)體存儲器時,在靈敏區(qū)內(nèi)引起電離損傷,導(dǎo)致記向Ω和能量E)的變化的記錄.由于次級粒子和相錄出錯.一般考慮的高能粒子分為兩類:一類是造成應(yīng)的反沖核在存儲器硅片發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)過程中起航天器上的半導(dǎo)體存儲器的記錄出錯的宇宙射線中[2]著主要作用,故還要對其狀態(tài)參數(shù)的變化進行記的高能離子、質(zhì)子

3、和中子,另一類是造成工作在核輻錄.射環(huán)境下的半導(dǎo)體存儲器的記錄出錯的高能中子.單粒子翻轉(zhuǎn)數(shù)值模擬的關(guān)鍵是模擬高能粒子在半導(dǎo)體存儲器靈敏區(qū)內(nèi)的電離能量沉積,這與粒子2輸運過程中的隨機抽樣在介質(zhì)中的隨機輸運過程直接相關(guān).模擬隨機輸運211源抽樣過程的一個較好的方法是MonteCarlo方法.該方法能量為E0的粒子從存儲器硅片表面隨機入受問題條件限制的影響小,解題靈活,在計算機上實射,入射位置r0和入射方向Ω0可由隨機抽樣確現(xiàn)時,程序結(jié)構(gòu)清晰簡單,誤差與問題的維數(shù)無關(guān).定.引入隨機數(shù)ξ1和ξ2,入射粒子的入射位置我們已對垂直入射的中子引起存儲器硅片單粒r0(x0,y0,z0)為子翻轉(zhuǎn)過程和翻轉(zhuǎn)截面進

4、行了MonteCarlo數(shù)值模x0=ξ1·La,擬,給出了與實驗相符的結(jié)果,并對翻轉(zhuǎn)的內(nèi)部物理y0=ξ2·Lb,(1)[1,2]過程進行了描述.本文從粒子輸運模擬的角度,z0=0,對適于中子和質(zhì)子引起存儲器硅片單粒子翻轉(zhuǎn)的其中La,Lb分別為存儲器硅片的長和寬.MonteCarlo方法的隨機抽樣進行描述,對14MeV中引入隨機數(shù)ξ3和ξ4,粒子隨機入射方向與硅子從存儲器硅片表面以不同角度入射引起的單粒子片表面的夾角θ00=90°×ξ3,它與硅片表面法線方翻轉(zhuǎn)進行計算和分析,并計算了該方法引起的誤差.向的夾角θ0=90°-θ00,粒子隨機入射的方位角在硅片表面0～2π內(nèi)均勻分布,有cosφ0=c

5、os(2πξ4).1入射粒子的輸運過程粒子隨機入射方向Ω0的方向余弦一個高能粒子(中子或質(zhì)子)從存儲器硅片表面入射時,它在硅片中的位置不斷地發(fā)生變化,在運動u0=sinθ0cosφ0,過程中將與硅原子發(fā)生碰撞,包括:彈性散射、非彈v0=sinθ0sinφ0,(2)性散射、發(fā)射粒子、輻射俘獲等,其結(jié)果或者是其運w0=cosθ0.[收稿日期]2000-05-29;[修回日期]2000-09-21[作者簡介]李華(1964-),女,廣東梅縣,博士,副研,從事輻射效應(yīng)的模擬計算等方面的研究.第2期李華等:MonteCarlo方法在單粒子翻轉(zhuǎn)數(shù)值模擬中的應(yīng)用169212碰撞點抽樣可得在實驗室坐標(biāo)系中出射

6、粒子的出射方向Ω1的入射粒子從存儲器硅片表面入射后,沿其入射方向余弦方向經(jīng)過一個自由程l后與硅原子發(fā)生碰撞,碰撞2u1=1-μLcosφ1,點位置為r1=r0+lΩ0.由于存儲器硅片一般都很πv2當(dāng)θ00=時,(9a)1=1-μLsinφ1,2薄,粒子入射后并不一定會在存儲器硅片內(nèi)與硅原w1=μLw0.子發(fā)生碰撞.在實際數(shù)值模擬中,為了提高計算效[3]2率,通常采用強迫碰撞抽樣技巧,即認為入射粒子1-μLu1=μLu0+2(w0u0cosφ1-v0sinφ1),與硅原子在硅片內(nèi)必發(fā)生一次碰撞.1-w0引入隨機數(shù)ξ5,入射粒子在硅片內(nèi)的自由程抽1-μ2Lv1=μLv0+2(w0v0cosφ1+u

7、0sinφ1),樣為1-w0-ΣμPsinθl=-(ln1-ξ51-eT00)/ΣT,(3)2)(1-2w1=μLw0-(1-μLw0)cosφ1,其中ΣT=ρN0σTPA,ρ為硅片中硅原子的密度,N0當(dāng)θ00≠πP2時.(9b)為阿佛加德羅常數(shù),A為硅的原子量,σT為粒子與215出射粒子能量的抽樣硅原子相互作用的微觀總截面,μ為硅片的厚度.碰由入射粒子與硅原子反應(yīng)的動量和能量守恒,撞點位置r1(