افزایش قابلیت‌های شبیه‌سازی میکروباتری‌های بتاولتائیک با استفاده از کد ترکیبی MCNPX-SILVACO

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی هسته ای، دانشکده مهدسی انرژی و فیزیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

2 گروزه فیزیک هسته ای، دانشکده علوم، دانشگاه مازندران، بابلسر، 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 مبتنی‌بر نتایج وابسته به مکان MCNPX، از کد سیلواکو استفاده شده‌است. 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 شد. سپس این محاسبات برای باتری با اکتیویته mCi100، هندسه 2cm 1 و مقایسه نتایج آن با نتایج یک روش تحلیلی انجام گرفت. 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 Combination code

نویسندگان [English]

  • Gholamreza Etaati 1
  • Pedram Maleki 2
1 Nuclear Energy and Physics Faculty, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran.
2 PHYSICS Department, BASIC SCIENCE Faculty, University of Mazandaran, Babolsar, Iran
چکیده [English]

Abstract: The precision of simulating beta-voltaic battery parameters is very important, especially in micro-batteries. The improving of the calculation of beta-battery parameters’ accuracy is the aim of this study. For this purpose, at first has been simulated using the Monte Carlo N-Particle code (MCNPX) the energy accumulation distribution of the 63Ni beta particle spectrum inside a silicon semiconductor. Then defined using one of the SILVACO code abilities (the parameter F.RADIATE BEAM statement), the ATLAS C-Interpreter function in C ++. 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 the results compared with an experimental results 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’s results. The results showed that the simulation of microbattery characteristics by the MCNPX-SILVACO combination 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