Verschillende ruimtemissies gepland door de European Space Agency en NASA hebben hun doel op Jupiter en zijn manen. De buitengewoon zware stralingsomgevingen in het Joviaanse systeem zullen strenge eisen stellen aan de elektronica in het ruimtevaartuig. Om de goede werking van het ruimtevaartuig te garanderen, het is belangrijk om de fysieke mechanismen te begrijpen en te kwantificeren die de fouten in de elektronica veroorzaken, specifiek door elektronen. In haar proefschrift aan de Universiteit van Jyväskylä bewees Maris Tali dat enkelvoudige lichtdeeltjes, zoals elektronen en laagenergetische protonen zijn in staat om effecten in elektronica teweeg te brengen die gewoonlijk niet worden overwogen.

Moderne ruimtemissies vervoeren een grote hoeveelheid sterk geïntegreerde elektronische apparaten. Een van deze missies is de JUICE-missie van de European Space Agency (ESA), wiens belangrijkste taak het is om het Jupiterstelsel en de ijzige manen van Jupiter te bestuderen. Deze stralingsomgeving zal een aantal unieke uitdagingen voor de missie met zich meebrengen.

evenzo, hoogenergetische fysica-experimenten bevatten vaak omgevingen met extreme straling. Een van deze grote hoogenergetische versnellers is de Large Hadron Collider bij CERN in Genève, Zwitserland. Dergelijke versnellers vereisen grote hoeveelheden elektronica, zowel dicht bij de versnellerring zelf als in nabijgelegen afgeschermde nissen.

"Zowel de ruimteagentschappen als de experimenten met hoge-energiefysica hebben vergelijkbare problemen bij het omgaan met de schadelijke effecten die straling heeft op elektronica. In de afgelopen jaren hebben de samenwerkingsovereenkomsten tussen bijvoorbeeld CERN en ESA maken de weg vrij om deze complexe problemen aan te pakken, ' zegt Maris Tali.

Behoefte aan snelheid maakt elektronica kwetsbaarder

De technologische evolutie heeft de dichtheid gestaag verhoogd en de grootte van de transistors in de componenten verkleind. Hierdoor zijn de apparaten veel sneller geworden, maar tegelijkertijd kwetsbaarder voor nieuwe soorten en lagere hoeveelheden straling in vergelijking met oudere technologieën.

Dit proefschrift concentreert zich op de effecten die worden veroorzaakt door energetische elektronen en laagenergetische protonen in moderne apparaten.

"Mensen zijn pas onlangs begonnen met het in detail onderzoeken van de door elektronen geïnduceerde directe en indirecte ionisatie-effecten, en hun potentieel destructieve effecten voor ruimtemissies en experimenten. Nu worden deze effecten serieuzer beschouwd, speciaal voor missies zoals JUICE van ESA, ' zegt Tali.

Zelfs met enkele deeltjes moet rekening worden gehouden bij het ontwerpen van robuuste elektronica

In dit werk, bestralingsfaciliteiten bij zowel CERN als bij RADEF in de Universiteit van Jyväskylä werden gebruikt om de effecten experimenteel te karakteriseren. Nieuwe experimentele gegevens geven aanwijzingen dat enkelvoudige lichtdeeltjes, zoals elektronen en laagenergetische protonen zijn in staat effecten teweeg te brengen die gewoonlijk niet worden overwogen. Verschillende generaties en typen apparaten zijn bestudeerd om te onderstrepen dat de fysieke mechanismen in de geïnduceerde fouten vergelijkbaar zijn met die van zwaardere deeltjes.

"Voor een effectievere verzekering van de stralingshardheid van deze "nieuwe soorten" deeltjes moeten we de mechanismen erachter kwantificeren en begrijpen om kostbare storingen te voorkomen, ' zegt Tali.