Flera rymduppdrag planerade av Europeiska rymdorganisationen och NASA har sitt mål inställt på Jupiter och dess månar. De utomordentligt hårda strålningsmiljöerna i det jovianska systemet kommer att ställa några stränga krav på elektroniken inuti rymdfarkosten. För att säkerställa att rymdfarkosten fungerar korrekt, det är viktigt att förstå och kvantifiera de fysiska mekanismerna som orsakar felen i elektroniken, speciellt av elektroner. I sin avhandling vid Jyväskylä universitet bevisade Maris Tali att enstaka ljuspartiklar, som elektroner och lågenergiprotoner kan inducera effekter i elektronik som vanligtvis inte beaktas.

Moderna rymduppdrag bär en stor mängd högintegrerade elektroniska enheter. Ett av dessa uppdrag är JUICE-uppdraget av European Space Agency (ESA), vars huvuduppgift är att studera det jovianska systemet och Jupiters iskalla månar. Denna strålningsmiljö kommer att innebära några unika utmaningar för uppdraget.

Liknande, högenergifysikexperiment visar ofta miljöer med extrem strålning. En av dessa stora högenergiacceleratorer är Large Hadron Collider vid CERN i Genève, Schweiz. Sådana acceleratorer kräver stora mängder elektronik både nära själva acceleratorringen och i närliggande skärmade alkover.

"Både rymdorganisationerna och högenergifysikexperimenten möter liknande problem när de hanterar de skadliga effekter som strålning medför för elektroniken. De senaste åren samarbetsavtalen mellan till exempel CERN och ESA banar väg för att ta itu med dessa komplexa problem, säger Maris Tali.

Behovet av hastighet gör elektroniken mer sårbar

Den tekniska utvecklingen har stadigt ökat densiteten och minskat storleken på transistorerna i komponenterna. Detta har gjort enheterna mycket snabbare, men samtidigt mer sårbara för nya typer och lägre mängder strålning jämfört med äldre teknologier.

Denna avhandling koncentrerar sig på effekterna inducerade av energiska elektroner och lågenergiprotoner i moderna enheter.

"Människor har först nyligen börjat undersöka i detalj de elektroninducerade direkta och indirekta joniseringseffekterna, och deras potentiellt destruktiva effekter för rymduppdrag och experiment. Nu betraktas dessa effekter allvarligare, speciellt för uppdrag som JUICE by ESA, säger Tali.

Även enskilda partiklar måste beaktas när man designar robust elektronik

I det här arbetet, bestrålningsanläggningar vid både CERN och RADEF vid Jyväskylä universitet användes för att experimentellt karakterisera effekterna. Nya experimentella data ger indikationer på att enstaka ljuspartiklar, som elektroner och lågenergiprotoner kan inducera effekter som vanligtvis inte beaktas. Flera enhetsgenerationer och -typer studerades för att understryka att de fysiska mekanismerna i de inducerade felen liknar dem för tyngre partiklar.

"För effektivare strålningshårdhetssäkring för dessa "nya typer" av partiklar måste vi kvantifiera och förstå mekanismerna bakom dem för att undvika kostsamma fel, " säger Tali.