INSTITUTO DE ESTUDOS AVANÇADOS Divisão de Física Aplicada Subdivisão de Aplicações Tecnológicas das Radiações

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1 INSTITUTO DE ESTUDOS AVANÇADOS Divisão de Física Aplicada Subdivisão de Aplicações Tecnológicas das Radiações Odair Lelis Gonçalez Pesquisador Titular Roteiro 1. O Projeto PEICE 2. O Laboratório de Radiação Ionizante (LRI) e laboratórios de apoio 3. Trabalhos em andamento e planejados 4. Situação atual e dificuldades

2 O projeto PEICE

3 Suporte financeiro: CT-Aeronáutico Convênio FINEP Valor: R$ ,28 sendo R$ ,78 (69%) para materiais, serviços e equipamentos e R$ ,50 (31%) para bolsas DTI. Duração: 3 anos ( ) Bolsistas: 5 bacharéis e 2 mestres Colaboradores: IEAv, ITA, INPE e UFRGS Projetos ligados: ITASAT (ITA), SIA e QDIP/QWIP do IEAv Desenvolvimento: No LRI - Laboratório da Radiação Ionizante do IEAv (irradiações) e no LCDS - Laboratório de Caracterização de Dispositivos Semicondutores (medidas elétricas), que está sendo montado no IEAv com recursos da FINEP por meio dos projetos PEICE e QDIP/QWIP.

4 Objetivo geral do projeto PEICE: O objetivo geral deste projeto é a realização de pesquisa sobre os efeitos das radiações ionizantes em componentes e dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos, sensores, fibras ópticas, circuitos analógicos e digitais, memórias, processadores e FPGAs para aplicação aeroespacial e na defesa, promovendo a implantação e operacionalização, no Laboratório de Radiação Ionizante (LRI) do Instituto de Estudos Avançados (IEAv), de uma plataforma (PEICE) para realização de experimentos, testes e ensaios de irradiação destes materiais.

5 Resultados esperados: Ampliação da capacitação do grupo para a avaliação experimental dos efeitos da radiação ionizante em componentes eletrônicos (analógicos e digitais) e fotônicos de uso aeroespacial Consolidação das metodologias e processos para a qualificação de componentes e circuitos quanto à tolerância à radiação cósmica para uso em satélites e aeronaves. Estabelecimento de um centro de referência na caracterização de componentes quanto à durabilidade em ambiente sujeito à radiação cósmica. Formação de um grupo multi-institucional de P&D sobre os efeitos da radiação ionizante em componentes e materiais de uso aeroespacial.

6 O Laboratório de Radiação Ionizante do IEAv e laboratórios de apoio

7 LRI Laboratório de Radiação Ionizante Acelerador de elétrons de 23 MeV (em construção) Câmara de vácuo para irradiação com íons pesados Irradiadores de 60Co

8 Taxas de dose disponíveis em 27/11/2008 (Eldorado 78)

9 Laboratório de Caracterização de Dispositrivos Semi-condutores LCDS No laboratório de caracterização de dispositivos semicondutores (LCDS) são desenvolvidos os setups experimentais e de aquisição de dados para os experimentos de irradiação de componentes eletrônicos analógicos e digitais que são realizados no Laboratório de Radiação Ionizante do IEAv (LRI). Ensaios e medidas analógicas Ensaios e medidas digitais Caracterização de semi-condutores em escala micro

10 Laboratórios e serviços de Apoio Laboratório de medidas de radioatividade ambiental Laboratório de dosimetria termoluminescente Laboratório de calibração de monitores e fontes de radiação SERVIÇO DE PROTEÇÃO RADIOLÓGICA

11 Laboratório de Medidas de Radioatividade Ambiental (LMRA): O LMRA possui sistemas de espectroscopia gama e alfa para a medida de radionuclídeos presentes em amostras U Urânio natural 20ml de Solução aquosa 10g/l Espectro gama NaI(Tl) 3x3 pol Contagens U Canais

12 Laboratório de Caracterização de Monitores de Radiação Ionizante (LCMR): O Laboratório de Calibração de Monitores de Radiação dispõe de local e equipamentos (sistema composto de câmara de ionização e eletrômetro), que permitem a irradiação de equipamentos e materiais com doses conhecidas de radiação gama em baixas taxas de dose. Vista externa do LCMRI Câmara de ionização rastreada Eletrômero de precisão

13 Laboratório de Dosimetria Termoluminescente (LDT): O Laboratório de Dosimetria Termoluminescente possui capacidade de efetuar trabalhos de dosimetria de radiação ionizante, utilizando pastilhas dosimetricas de CaSO 4 :Dy. Este laboratório poderá no futuro ser credenciado para a realização de dosimetria pessoal. Novas pastilhas dosimétrica estão sendo adquiridas e o laboratório poderá ser equipado com uma nova leitora. 1,2x10-8 Emissão TL (C/canal) 1,0x10-8 8,0x10-9 6,0x10-9 4,0x10-9 Pastilha de CaSO 4 :Dy arquivo: L Fator de escala: 0,1s por canal Leitura TL fundo (3a. leitura) 2,0x Canal

14 Trabalhos em andamento e planejados

15 Experimentos para obtenção de dados sobre os efeitos da radiação ionizante em andamento Efeito da Radiação em Fibra Óptica Utilizada em Giroscópio à Fibra Óptica (necessidade do Projeto SIA) Estudo dos Efeitos da Radiação Ionizante no Conversor de Tensão DC/DC LM2596 Medida dos Efeitos da Radiação Ionizante em uma Fibra Óptica Utilizada em Transmissão de Dados Análise dos Efeitos de Irradiação Ionizante em Sensor APS Análise dos Efeitos de Irradiação Ionizante em dois Amplificadores Operacionais Análise dos efeitos da radiação em memórias FLASH, SRAM e FRAM # Escolha do componente: necessidades INPE e ITASAT

16 Efeito da Radiação em Fibra Óptica Utilizada em Giroscópio à Fibra Óptica intensidade normalizada 1,20 1,10 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 HB1500G HB1500G-RT Tempo de irradiação (h) Redução da transmissão durante a irradiação Intensidade normalizada 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 HB1500G HB1500G-RT Tempo de recuperação (h) Recuperação da fibra após a irradiação P 1 P P 2 3 P A( db) = P.[1 exp( P2 t)] + P3.[1 exp( P4 = = = C DT C 1 1 = T Modelo do comportamento t 4 T2 Ver artigo submetido aoxi SIGE (GONÇALEZ et al, 2009) 1 DT 2 )]

17 Estudo dos Efeitos da Radiação Ionizante no Conversor de Tensão DC/DC LM2596 Osciloscópio GPIB-LAN Multímetro Fonte Co 60 GPIB BUS Fonte 0-60V/50A Plataforma Virtual VEE Tensão de Saída (V) Dose Total Absorvida [krad(si)] 6 V 10 V 15 V 20 V 25 V 30 V 35 V 40 V Tensão de Entrada (V) Limiar de dose acumulada [krad(si)] 6 19, , , , , , , ,3 Ver artigo submetido ao Braz. Symp. Aer. Eng & Aplic (SOUZA e SAOTOME, 2009)

18 Análise dos Efeitos de Irradiação Ionizante em Sensor APS Barramento de controle Gerador de endereços X/Y Decodificador de linha Y R_RST C_SEL Matriz 64 x 64 PIX_OUT Buffers de endereço e controle X mm. Multiplexador Decodificador MUX_SEL de Coluna OpAmp OUT Multímetro GPIB Osciloscópio GPIB Fonte Co60 Plataforma de teste APS USB Rede LAN IEAv

19 Medida dos Efeitos da Radiação Ionizante em uma Fibra Óptica Utilizada em Transmissão de Dados Interface GPIB/LAN Roteador Computador Gerador Osciloscópio Área Irradiada Hardware Fonte TX Fibra RX Multímetro Atenuação durante a irradiação 60 Resultados esperados τ A( db / m) = cd & τ (1 e ) τ = 1 s.exp( E kt ) t Atenuação (db) Dose (krad)

20 Análise dos Efeitos de Irradiação Ionizante em dois Amplificadores Operacionais 2 Amplificadores CMOS LPLV rail-to-rail Op-amp #1: projeto de mestrado (Peterson). Tecnologia 0.35um, AMS. Op-amp #2: equivalente da Texas Instruments. Gerador GPIB Multímetro GPIB Osciloscópio GPIB 1 Canal 2 Canais 2 Canais Fonte Co60 PCI Rede LAN IEAv

21 Análise dos efeitos da radiação em memórias FLASH, SRAM e Blindagem FRAM Radiação Gama PCI de Teste 60Co 1,17 e 1,23MeV Dose: 500 krad 3Taxa: krad/h FONTE Co60 Osciloscópio Multímetro Interface LAN/GPIB CPU ADSP-BF537 Flash da Analog Device de 4 Mb (PN: AM29LV040B-90JD) SRAM da ISSI de 4 Mb (PN: IS66WV25616BLL), FRAM da Ramtron de 4 Mb (PN: FM22L16-55-TG) FRAM da Ramtron de 256Kb (PN: FM18L08-70-SG) Kit de desenvolvimento para o DSP Blackfin BF-537 (PN ADSP- BF537)

22 Próximos trabalhos: Experimento de irradiaçã ção de processadores e FPGAs em parceria com UFRGS Objetos de testes e comparação: CI 8051 comercial em FPGA Xilinx sem redundância em FPGA Xilinx com redundância. Experimento de efeitos e dados de radiaçã ção cósmica no espaço (situaçã ção real) Experimento na carga útil no ITASAT

23 Situação atual e dificuldades

24 Situação atual (Resumo): a) Operando com recursos orçamentários b) Projetos: PEICE (em execução) e DRIEAB (proposto) c) Quadro de pessoal reduzido d) Irradiador de cobalto Eldorado78 em operação normal e) Câmara de íons aguardando demanda para aquisição de fonte f) Acelerador em fase final de montagem Dificuldades a) Garantia de recursos para operação e manutenção b) Falta de mão de obra e impossibilidade de contratação c) Falta de mecanismos para manter bolsistas e estagiários por longos períodos de tempo d) Poucos projetos em execução que possam trazer recursos financeiros continuidade do PEICE após 2010 e) Falta de mecanismos para gerar recursos a partir da prestação de serviços f) Garantir a continuidade de Projeto PEICE