Små partikler kan have store konsekvenser for elektronikken i rummissioner

Adskillige rummissioner planlagt af European Space Agency og NASA har deres mål sat på Jupiter og dens måner. De ekstraordinært barske strålingsmiljøer i det jovianske system vil stille nogle strenge krav til elektronikken inde i rumfartøjet. For at sikre den korrekte funktion af rumfartøjet, det er vigtigt at forstå og kvantificere de fysiske mekanismer, der forårsager fejlene i elektronikken, specifikt af elektroner. I sin afhandling ved Jyväskylä Universitet beviste Maris Tali, at enkelte lyspartikler, som elektroner og lavenergiprotoner er i stand til at inducere effekter i elektronik, som normalt ikke tages i betragtning.

Moderne rummissioner bærer en stor mængde højt integrerede elektroniske enheder. En af disse missioner er JUICE-missionen fra European Space Agency (ESA), hvis hovedopgave er at studere det jovianske system og Jupiters iskolde måner. Dette strålingsmiljø vil udgøre nogle unikke udfordringer for missionen.

Tilsvarende højenergifysikeksperimenter viser ofte miljøer med ekstrem stråling. En af disse store højenergiacceleratorer er Large Hadron Collider ved CERN i Genève, Schweiz. Sådanne acceleratorer kræver store mængder elektronik både tæt på selve speederringen og i nærliggende afskærmede alkover.

"Både rumfartsorganisationerne og højenergifysik-eksperimenterne står over for lignende problemer, når de skal håndtere de skadelige virkninger, som strålingen medfører for elektronikken. I de senere år har man bl.a. samarbejdsaftalerne for eksempel mellem CERN og ESA baner vejen for at tackle disse komplekse problemer, " siger Maris Tali.

Behov for hastighed gør elektronik mere sårbar

Den teknologiske udvikling har støt øget tætheden og mindsket størrelsen af ​​transistorerne i komponenterne. Dette har gjort enhederne meget hurtigere, men samtidig mere sårbar over for nye typer og lavere mængder af stråling sammenlignet med ældre teknologier.

Denne afhandling koncentrerer sig om virkningerne induceret af energiske elektroner og lavenergiprotoner i moderne enheder.

"Folk er først for nylig begyndt at undersøge i detaljer de elektron-inducerede direkte og indirekte ioniseringseffekter, og deres potentielt ødelæggende virkninger for rummissioner og eksperimenter. Nu betragtes disse virkninger mere alvorligt, især til missioner som JUICE by ESA, " siger Tali.

Selv enkelte partikler skal tages i betragtning, når man designer robust elektronik

I dette arbejde, bestrålingsfaciliteter på både CERN og på RADEF i Jyväskylä Universitet blev brugt til eksperimentelt at karakterisere effekterne. Nye eksperimentelle data giver indikationer på, at enkelte lyspartikler, som elektroner og lavenergiprotoner er i stand til at fremkalde effekter, der normalt ikke tages i betragtning. Adskillige enhedsgenerationer og -typer blev undersøgt for at understrege, at de fysiske mekanismer i de inducerede fejl ligner dem for tungere partikler.

"For at sikre mere effektiv strålingshårdhed for disse "nye typer" partikler er vi nødt til at kvantificere og forstå mekanismerne bag dem for at undgå kostbare fejl, " siger Tali.