Instalações do IFUSP para experimentos de SEE (TID, DD) com íons pesados

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Aline Damásio
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1 III Workshop sobre os efeitos da radiação ionizante em componentes eletrônicos e fotônicos de uso aeroespacial Instalações do IFUSP para experimentos de SEE (TID, DD) com íons pesados Introdução Conceitos importantes Características dos arranjos experimentais N. Added

2 Efeitos do ambiente espacial Plasma Radiação/ Partículas Gás de partículas neutras Ultravioleta e raios X Micrometeoritos e detritos em órbita Depósito de carga Dose ionizante e não ioniz Single Event Effects Arrasto Degradação de material Impacto Tensão em instrumentos de medidas Tensão pulsada Perda de potência Danos físicos Degradação: m eletrônicos Sensores de silício Células solares Componentes ópticos Dados corrompidos Ruídos em imagens Desligamento de sistemas Danos em circuitos Torque Mudança de órbita Degradação: Propriedades térmicas, elétricas e ópticas Integridade estrutural Danos estruturais decompressão Adaptado de J. Wyss (2007) Efeitos de radiação

Partículas energéticas que produzem danos podem vir de diversas fontes no espaço Raios cósmicos galácticos e extra-galácticos Explosões solares

3 Partículas energéticas que produzem danos podem vir de diversas fontes no espaço Raios cósmicos galácticos e extra-galácticos Explosões solares partículas aprisionadas por campos magnéticos Tipos de danos: Ionization damage, Displacement Damage, Single Event Effects Adaptado de J. Wyss (2007)

4 Radiação cósmica e seus efeitos na eletrônica estocástico Single event Effects (SEE) cumulativo Displacement Damage cumulativo Ionizing dose (TID) íons prótons prótons eletrons Fontes galácticas Extra-galácticas (NCG-4261) Explosões solares Cinturão de radiação Adaptado de J. Wyss (2007)

5 Unidades de medidas básicas em danos por radiação Fluxo (φ) número de partículas por unidade de área e por unidade de tempo φ = Partículas/(Area Tempo) Partículas/(cm 2 s) Fluência (Φ) número de partículas por unidade de área (integral em tempo do fluxo): Φ = φ dt = Partículas/área Partículas/cm 2

6 Dose Dose Energia Massa depositada Tipo e energia da partícula (LET linear energy transfer) Gy =J/kg Densidade e tamanho dos dispositivos Distribuição de dose não homogênea Taxa de energia depositada não homogênea Tipo de defeitos depende do processo de perda de energia Tipo e energia da partícula

7 Poder de freamento (stopping power) Feixe iônico superfície Elétrons secundários Freamento Eletrônico E > 1 MeV/u Freamento Nuclear E ~ kev/u A. Delgado, IFUSP

8 Range (um) Cálculo de alcance (range) he li ox si cl cu ag au 10 Diferentes feixes em Si Energia (MeV)

Linear Energy Transfer (LET) 40 MeV 100 MeV 250 MeV Depth 80 10 MeV/nucleon 16 MeV/nucleon LET / MeV/mg/cm 2 70 60

9 Linear Energy Transfer (LET) 40 MeV 100 MeV 250 MeV Depth MeV/nucleon 16 MeV/nucleon LET / MeV/mg/cm Profundidade em Si / micron

10 LET (MeV/(mg/cm2)) Cálculo de LET Diferentes feixes em Si (energia máxima no Pelletron) H He Li Ox Si Cu Ag Au Feixe Energia (MeV) Li 32 O 70 Si 90 Cl Cu Ag 100 Au Range (um)

11 Laboratório para Análise de Materiais por Feixes Iônicos LAMFI - USP Tandem Pelletron 1,7 MV 3 fontes de íons Snics, Alphatross, Maldi 3 estações de análises PIXE, RBS, Feixe Externo RF Fontes de íons SNICS MALDI 5SHD PIXE RBS FEXT

12 Feixe externo próton de 2,5 MeV Diâmetro do feixe 2 mm Range em silício 68 mm Straggling lateral 3,5 mm Straggling em profundidade Corrente típica 3,1 mm 10 na P/s/cm 2 Medidas em ar ou em vácuo Taxa de dose = 39 kgy/s

relógio (clock) de dois CI s: um na placa de controle em

13 Arranjo experimental para SEE Desenvolvimento de protótipo: Eletrônica desenvolvida para controlar o relógio (clock) de dois CI s: um na placa de controle em ar e ou outro montado em arranjo dentro da câmara de espalhamento RBS

14 Instituto de Física da USP Laboratório Aberto de Física Nuclear Seleção de massa Fonte de íons sputtering de Césio, para feixes de H, B, C, O, Cl, Si... Seleção de energia Feixe externo Acelerador Pelletron, tandem, V max = 8 MV com stripper de carbono

15 Feixe externo próton de 13 MeV Diâmetro do feixe 3 mm Range em silício 1,1 mm Straggling lateral 49 mm Straggling em profundidade Corrente típica 49 mm 100 na P/s/cm 2 Medidas em ar ou em vácuo Taxa de dose = 55 kgy/s

16 Pós-acelerador supercondutor - LINAC Fonte de íons Sel de massa Pré-buncher 8UD Chopper Sel de energia rebuncher Criostato B Criostato A superbuncher Phase detector

17 Valores esperados para feixe de Fe MeV Diâmetro do feixe 2-3 mm Range em silício 35 mm Straggling lateral 1,0 mm Straggling em profundidade Corrente esperada 0,8 mm 10 na P/s/cm 2 Medidas em ar ou em vácuo Taxa de dose = 2650 kgy/s

18 Fim

19 Relative Dose Radiação eletromagnética X partículas Distribuição de dose RE maior na superfície Part maior no pico de Bragg 10 MeV X-rays Modulated Proton Beam Transferência de energia RE -Transf energia para elétrons Part transf energia para elétrons e núcleos Amostra grossa RE não implantados Part implantados no dispositivo Unmodulated Proton Beam Depth in Tissue

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