Título. Octavio Pereira da Silva Filho EFA-A IEAv/CTA

Transcrição

1 Título Estudo do Comportamento de um Circuito Eletrônico Somador Quanto à Tolerância à Dose Total e Efeitos Dependentes da Taxa de Dose Para a Radiação Gama. Octavio Pereira da Silva Filho EFA-A IEAv/CTA Orientadores Dr Fernando Marroquim IF/UFRJ Dr José M. Seixas LPS/UFRJ Odair L. Gonçalves IEAv/CTA

2 Cooperação IEAv/CTA IF/UFRJ LPS/UFRJ IPEN/CNEN

3 Motivação Um teste acelerado para detecção de falhas em componentes eletrônicos em aplicações sujeitas à radiação Aplicação do acelerador linear de elétrons Importante para o uso de componentes na: indústria aeroespacial (satélites, aviões); comunidade científica (instrumentação científica); comunidade médica (medicina nuclear );

4 Objetivo Avaliar a tolerância de um circuito somador ativo aos níveis de radiação ionizante em que estará submetido nos dez anos de operação do Grande Colisionador de Hádrons (LHC) no CERN

5 O Circuito Somador

6 Sinais de Entrada e Saída

7 Efeito da Dose Total Ionizante Efeito Avaliado: Efeito da dose total da radiação ionizante absorvida. Taxa de dose. Temperatura. ETC. Meio de Avaliação: Plataforma de teste. Enfoque: Componentes sensíveis os circuitos integrados.

8 Efeito nos Circuitos Integrados Efeito nos Transistores Bipolares Efeito no Encapsulamento

9 Nível Estimado de Radiação

10 Procedimento Experimental

11 Fonte panorâmica

12 Fonte GammaCell

13 Sistema de Injeção e Aquisição de Sinais

14 Sistema de injeção de sinais (CDS)

15 Metodologia de Análise das Irradiações Teste de hipótese nas distribuições estatísticas dos parâmetros Teste do controle de qualidade de produção dos circuitos Teste de correlação entre as curvas dos parâmetros Comparação entre os efeitos da taxa de dose da 2 a e 3 a irradiação

16 Primeira Irradiação Procedimento: Foram irradiadas cinco placas, na fonte Panorâmica, com dose total de 150,4 Gy(SiO 2 ) e taxa de dose de 64 Gy/h. Uma das placa (691) foi monitorada antes, durante e depois da irradiação em tempo real. A temperatura ambiente: 25 o C. Objetivo: Qualificar o circuito somador quanto a tolerância a dose de 149,1 Gy(SiO 2 ) equivalente a que estará submetido nos 10 anos de funcionamento do LHC.

17 Comportamento Durante a Irradiação Amplitude ( V ) -0,5-0,6-0,7-0,8-0,9-1,0-1,1-1,2-1,3 Tempo de Subida/Descida e Largura (ns) Parâmetros do sinal diferencial negativo do canal 1 do Circuito Somador Tempo de Subida Tempo de Descida Largura Amplitude Dose Total [Gy(SiO2)]

18 Segunda Irradiação Procedimento: Foi irradiada uma placa (417) na fonte GammaCell, com dose total de 180 kgy(sio 2 ) e taxa de dose de 4,4 kgy/h. A placa foi monitorada antes, durante e depois da irradiação em tempo real. Temperatura dentro da fonte alcançou a temperatura de 36 o C. Objetivo: Este teste, realizado com uma taxa alta, teve o intuito de avaliar para que valor de dose o circuito somador entra em colapso, ou seja, para de funcionar completamente.

19 Comportamento Durante a Irradiação

20 Terceira Irradiação Procedimento: Foi irradiado uma placa (417) na fonte Panorâmica a taxa de 88,2 Gy/h, em duas etapas com um intervalo de 4,5 horas, monitorada antes, durante e depois da irradiação em tempo real. Na 1 a etapa o circuito foi exposto a dose total de 1kGy(SiO 2 ) e na 2 a etapa, a dose de 600 Gy(SiO 2 ), com uma dose acumulada de 1,6 kgy(sio 2 ). A temperatura ambiente no local foi medida: 23 o C. Objetivo: Examinar o comportamento do circuito somador com uma taxa próxima a da primeira irradiação, 88,2 Gy/h, porém com uma dose maior do que a empregada na qualificação para operação no experimento LHC, 1,6kGy (SiO 2 ).

21 Comparação entre a 2 a e 3 a Irradiação. Taxa de variação da amplitude por unidade de dose ( V/Gy) 4 V/Gy(2 a ) = 1 V/Gy(3 a )

22 Conclusão O circuito somador é tolerante a dose de : de 149,1 Gy(SiO 2 ) equivalente a que estará submetido nos 10 anos do LHC. de 1,6 kgy(sio 2 ) a taxa de 88,2Gy/h e a dose total de 600 Gy a 4,4 kgy/h. A dose total de 180kGy(SiO 2 ) causou dano permanente ao circuito, afetando o ganho e a linearidade. As taxas de variação da amplitude por unidade de dose (V/Gy) mostraram a influência da taxa de dose no comportamento do circuito: 4V/Gy(2 a ) = 1 V/Gy(3 a ). O encapsulamento plástico não apresentou mudanças em sua característica elétrica ou mecânica até a dose de 180 kgy(sio 2 ).

23 Trabalhos Futuros O estudo da relação entre dose e taxa de dose e seus efeitos sobre os componentes eletrônicos. O estudo dos efeitos da radiação no tempo de propagação dos sinais em um semicondutor. O estudo da relação entre o efeito das taxas baixas e das taxas altas, de forma a se poder quantificar com mais precisão o quanto se deve aplicar de radiação ionizante em taxas altas para se obter o mesmo efeito numa taxa de dose baixa.