【摘 要】
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与以往单层换能结构不同,提出一种基于单晶硅和同位素源63Ni的复合夹层结构的β辐射伏特效应微型核电池.考虑同位素源的自吸收效应,通过蒙特卡罗程序MCNP模拟计算β粒子
【机 构】
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南京航空航天大学材料科学与技术学院核科学与工程系,江苏南京210016
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与以往单层换能结构不同,提出一种基于单晶硅和同位素源63Ni的复合夹层结构的β辐射伏特效应微型核电池.考虑同位素源的自吸收效应,通过蒙特卡罗程序MCNP模拟计算β粒子在半导体材料中的输运过程,对同位素源与半导体材料的厚度,换能单元结深、掺杂浓度、电子空穴对的产生及收集情况等进行了研究和分析,给出不同结深下,各物理参量的最佳设计值.在源活度为1 mCi,PN结表面积为0.01 cm2的情况下,核电池的最优化设计方案可实现：短路电流密度为591.2 nA/cm2,开路电压为0.73 V,最大输出功率为325.9 nW/cm2,能量转化率为4.1％；若不计源自吸收效应,能量转化率可达16.1％.基于理论研究,实验制备具有浅结结构的高阻硅基PIN结换能单元,选用双面6Ni同位素源,设计制作复合夹层结构的核电池,在空间环境下测量温度对其电学性能的影响.
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