6.6..2019 Pienistä hiukkasista isoja harmeja avaruuslennoilla tarvittavalle elektroniikalle (Tali)

Jupiterin ja sen kuiden ympäristössä säteily on erityislaatuisen ankaraa. Säteily aiheuttaa virheitä elektroniikan toiminnassa. Jotta luotaimien järjestelmät saadaan toimimaan luotettavasti, on tunnettava säteilyn elektroniikalle aiheuttamien virheiden syntymekanismit. Jyväskylän yliopistossa tarkastettavassa väitöskirjassaan Maris Tali osoitti, että yksittäiset kevyet hiukkaset, kuten elektronit sekä matalaenergiset protonit, pystyvät aiheuttamaan elektroniikassa virheitä, joita aikaisemmin ei ole otettu huomioon,
Julkaistu
6.6.2019

Teknologinen kehitys on lisännyt transistorien pakkaustiheyttä ja pienentänyt niiden kokoa. Se on lisännyt laitteiden nopeutta, mutta samalla tehnyt ne herkemmiksi säteilylle. Uudet laitteet vikaantuvat pienempien hiukkasten osumista sekä pienemmistä säteilymääristä.

Elektroniikkajärjestelmät altistuvat poikkeuksellisen ankarille säteily-ympäristöille avaruudessa, kuten Jupiterin ympäristössä, mutta yhtä lailla myös myös korkeaenergian fysiikan tutkimuksissa kuten esimerkiksi LHC-kiihdyttimessä CERNissä Sveitsissä.  
Yhdellä tulevista lennoistaan Euroopan avaruusjärjestö ESA tutkii Jupiterin jääkuita (JUICE-missio, JUpiter ICy Moon Explorer). Talin mukaan Jupiterin lähistön säteily-ympäristö tulee asettamaan suuria haasteita avaruuslennoilla käytettäville monimutkaisille elektroniikkajärjestelmille.

”Elektronien aiheuttamia virheitä elektroniikassa sekä niiden vakavampia vaikutuksia avaruuslennoilla ja fysiikan tutkimuksessa on alettu tutkia yksityiskohtaisemmin vasta viime aikoina. Nykyään nämä ilmiöt otetaan tosissaan varsinkin JUICE:n kaltaisissa projekteissa”, toteaa Maris Tali.

Tutkimuksen kohteena useita eri laitetyyppejä 

 Väitöstyössä Maris Tali keskittyi energisten elektronien sekä matalaenergisten protonien aiheuttamiin virheiden arvioimiseen moderneissa komponenteissa. Tutkimukseen kuuluneet kokeelliset mittaukset Maris Tali teki CERNissä sekä Jyväskylän yliopiston kiihdytinlaboratorion RADEF-asemalla. 
Tulokset osoittavat, että yksittäiset kevyet hiukkaset, kuten elektronit sekä matalaenergiset protonit, pystyvät aiheuttamaan elektroniikassa virheitä, joita aikaisemmin ei ole otettu huomioon. Useiden eri laitesukupolvien ja -tyyppien tutkiminen selvitti, että kevyiden hiukkasten aiheuttamat virheet ovat samantyyppisiä kuin raskaammilla hiukkasilla havaitut.

"Jotta elektroniikan säteilynkesto saadaan tehokkaammin varmistettua näiden ”uusien hiukkasten” osalta, pitää näiden aiheuttamien ilmiöiden fysikaaliset mekanismit tuntea hyvin. Näin saadaan paremmin vältettyä kalliit laitteistoviat", sanoo Tali.

Tutkimus on julkaistu Jyväskylän yliopiston väitöstutkimusten sarjassa, 2019. ISBN 978-951-39-7794-8 (PDF) ISSN 2489-9003.

Linkki julkaisuun: 

Maris Tali on syntynyt Tallinnassa, Virossa. Hän valmistui elektroniikkasuunnittelun maisteriksi Oslon yliopistosta vuonna 2015. Tämän jälkeen hän aloitti väitöskirjatyönsä CERNin, ESA:n sekä Jyväskylän yliopiston välisessä yhteistyöprojektissa. 

Maris Talin fysiikan alan väitöskirjan " Single-Event Radiation Effects in Hardened and State-of-the-art Components for Space and High-Energy Accelerator Applications " tarkastustilaisuus on torstaina 6. kesäkuuta 2019 kello 12 (Ylistönrinne, FYS1). Vastaväittäjänä tohtori Luigi DiLillo (Montpellierin yliopisto, Ranska) ja kustoksena tohtori Arto Javanainen (Jyväskylän yliopisto). Väitöstilaisuuden kieli on englanti.

äپٴᲹ:
FM Maris Tali, martali@student.jyu.fi
Tiedottaja Tanja Heikkinen, tanja.s.heikkinen@jyu.fi, puh. +358 50 581 8351
Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta
/science/fi
Facebook:  Twitter: