Diverse missioni spaziali pianificate dall'Agenzia spaziale europea e dalla NASA hanno l'obiettivo fissato su Giove e le sue lune. Gli ambienti di radiazione straordinariamente severi nel sistema gioviano stabiliranno alcuni requisiti rigorosi per l'elettronica all'interno del veicolo spaziale. Per garantire il corretto funzionamento del veicolo spaziale, è importante comprendere e quantificare i meccanismi fisici che causano gli errori nell'elettronica, in particolare dagli elettroni. Nella sua tesi presso l'Università di Jyväskylä Maris Tali ha dimostrato che le singole particelle luminose, come elettroni e protoni a bassa energia sono in grado di indurre effetti nell'elettronica che di solito non vengono considerati.

Le moderne missioni spaziali trasportano una grande quantità di dispositivi elettronici altamente integrati. Una di queste missioni è la missione JUICE dell'Agenzia spaziale europea (ESA), il cui compito principale è studiare il sistema gioviano e le lune ghiacciate di Giove. Questo ambiente di radiazioni porrà alcune sfide uniche alla missione.

Allo stesso modo, gli esperimenti di fisica ad alta energia spesso presentano ambienti di radiazioni estreme. Uno di questi grandi acceleratori ad alta energia è il Large Hadron Collider del CERN di Ginevra, Svizzera. Tali acceleratori richiedono grandi quantità di elettronica sia vicino all'anello dell'acceleratore stesso che in nicchie schermate vicine.

"Sia le agenzie spaziali che gli esperimenti di fisica delle alte energie affrontano problemi simili quando si tratta degli effetti dannosi che le radiazioni pongono all'elettronica. Negli ultimi anni, gli accordi di collaborazione ad esempio tra CERN ed ESA stanno aprendo la strada per affrontare questi complessi problemi, "dice Maris Tali.

Il bisogno di velocità rende l'elettronica più vulnerabile

L'evoluzione tecnologica ha costantemente aumentato la densità e ridotto le dimensioni dei transistor nei componenti. Questo ha reso i dispositivi molto più veloci, ma allo stesso tempo più vulnerabile a nuovi tipi e minori quantità di radiazioni rispetto alle vecchie tecnologie.

Questa tesi si concentra sugli effetti indotti da elettroni energetici e protoni a bassa energia nei dispositivi moderni.

"Solo di recente le persone hanno iniziato a studiare in dettaglio gli effetti di ionizzazione diretti e indiretti indotti dagli elettroni, e i loro effetti potenzialmente distruttivi per missioni ed esperimenti spaziali. Ora questi effetti sono considerati più seriamente, soprattutto per missioni come JUICE dell'ESA, "dice Tali.

Quando si progetta un'elettronica robusta, è necessario considerare anche le singole particelle

In questo lavoro, strutture di irradiazione sia al CERN che al RADEF dell'Università di Jyväskylä sono state utilizzate per caratterizzare sperimentalmente gli effetti. Nuovi dati sperimentali danno indicazioni che le singole particelle luminose, come gli elettroni ei protoni a bassa energia sono in grado di indurre effetti che di solito non vengono considerati. Sono state studiate diverse generazioni e tipi di dispositivi per sottolineare che i meccanismi fisici negli errori indotti sono simili a quelli delle particelle più pesanti.

"Per una garanzia più efficace della durezza delle radiazioni per questi "nuovi tipi" di particelle, dobbiamo quantificare e comprendere i meccanismi alla base di essi per evitare costosi guasti, "dice Tali.