نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 گروه فیزیک هستهای، دانشکده علوم، دانشگاه مازندران، صندوق پستی: 13534-47416، مازندران - ایران
2 دانشکده مهندسی انرژی و فیزیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، صندوق پستی: ۴۴۱۳-۱۵۸۷۵، تهران ـ ایران
چکیده
میزان دقت هر شبیهسازی عامل بسیار مهمی است که افزایش آن موجب به واقعیت نزدیکتر شدن نتایج آن شبیهسازی میگردد. هدف این مطالعه، بهبود دقت محاسبه پارامترهای باتری بتاولتائیک میباشد. بدین منظور ابتدا با استفاده از کد MCNPX توزیع انباشت انرژی ناشی از طیف ذراتبتای چشمه نیکل- 63 داخل نیمههادی سیلیکون شبیهسازی گردیده، سپس با بهرهبردن از یکی از قابلیتهای کد سیلواکو(پارامتر F.RADIATE دستور BEAM) تابع مترجم در محیط C++ تعریف میشود. در انتها نیز جهت محاسبه مشخصههای الکتریکی باتری مبتنی بر نتایج وابسته به مکان MCNPX، از کد سیلواکو استفاده شده است. ابتدا برای اعتبارسنجی، محاسبات برای یک نمونه باتری ساخته شده با سطح مقطع 2mm 16 و چشمه با اکتیویته mCi1 انجام شد و نتایج آن با نتایج تجربی و دو روش تحلیلی مقایسه شدهاند. سپس این محاسبات برای باتری با اکتیویته mCi100، سطح مقطع 2cm 1 و مقایسه نتایج آن با نتایج یک روش تحلیلی انجام گرفته است. نتایج نشان دادند که شبیهسازی مشخصههای میکروباتری توسط کد تلفیقی MCNPX-SILVACO با استفاده از توزیع سه بعدی الکترون- حفره در نیمه هادی و استفاده از طیف کامل ذرات بتا، افزایش قابل ملاحظهای را در صحت محاسبات ایجاد میکند و قابلیت مناسبی را برای بهینهسازی طراحی باتری در اختیار میگذارد.
کلیدواژهها
عنوان مقاله [English]
Enhance simulation capability of beta-voltaic micro battery using MCNPX-SILVACO hybrid code
نویسندگان [English]
- P. Maleki 1
- Gh.R. Etaati 2
1 Nuclear Physics Group, Basic Science Department, Mazandaran University, P.O.Box: 47416-13534, Mazandaran - Iran
2 Energy Engineering and Physics Department, Amirkabir University of Technology, P.O.Box: 15875-4413, Tehran - Iran
چکیده [English]
The accuracy of each simulating beta-voltaic battery parameter is very important, especially in micro-batteries. The aim of this study is to improve the calculation of beta-battery parameters’ accuracy. For this purpose, at first, using the Monte Carlo N-Particle code (MCNPX), the energy accumulation distribution of the 63Ni beta particle spectrum inside a silicon semiconductor has been simulated. Then, the ATLAS C-Interpreter function in C ++ was defined, using one of the SILVACO code abilities (the parameter F.RADIATE BEAM statement). Finally, the device electric parameters have been obtained using ATLAS-SILVACO based on the location-dependent of MCNPX results. For validation, the calculations were performed for a battery sample made of 16 mm2 cross-section and 1 mCi activity of radioisotope 63Ni as a source, and finally, the results were compared with one experimental result and two analytical methods. The calculations repeated for the other sample with 100 mCi activity and 1 cm2 of geometry, and compared its results with an analytical method results. The results showed that the simulation of micro-battery characteristics by the MCNPX-SILVACO hybrid code using three-dimensional electron-hole pairs’ distribution in semiconductor and the full spectrum of beta particles creates a significant increase in the accuracy of the computation, and provides a good capability to optimize the design of the battery.
کلیدواژهها [English]
- Beta-voltaic micro battery
- MCNPX
- ATLAS-SILVACO
- 63Ni beta particles source
- Silicon semiconductor