Plusieurs missions spatiales prévues par l'Agence spatiale européenne et la NASA ont pour cible Jupiter et ses lunes. Les environnements de rayonnement extraordinairement durs dans le système Jovian imposeront des exigences strictes pour l'électronique à l'intérieur du vaisseau spatial. Pour assurer le bon fonctionnement de l'engin spatial, il est important de comprendre et de quantifier les mécanismes physiques à l'origine des erreurs dans l'électronique, spécifiquement par les électrons. Dans sa thèse à l'Université de Jyväskylä, Maris Tali a prouvé que des particules de lumière simples, comme les électrons et les protons de faible énergie sont capables d'induire des effets en électronique qui ne sont généralement pas pris en compte.

Les missions spatiales modernes transportent une grande quantité d'appareils électroniques hautement intégrés. L'une de ces missions est la mission JUICE de l'Agence spatiale européenne (ESA), dont la tâche principale est d'étudier le système jovien et les lunes glacées de Jupiter. Cet environnement de rayonnement posera des défis uniques à la mission.

De la même manière, les expériences de physique des hautes énergies présentent souvent des environnements de rayonnement extrême. L'un de ces grands accélérateurs à haute énergie est le Grand collisionneur de hadrons du CERN à Genève, La Suisse. De tels accélérateurs nécessitent de grandes quantités d'électronique à la fois à proximité de l'anneau d'accélérateur lui-même et dans des alcôves blindées à proximité.

« Les agences spatiales et les expériences de physique des hautes énergies sont confrontées à des problèmes similaires lorsqu'elles traitent des effets nocifs des rayonnements sur l'électronique. Ces dernières années, les accords de collaboration par exemple entre le CERN et l'ESA ouvrent la voie à la résolution de ces problèmes complexes, " dit Maris Tali.

Le besoin de vitesse rend l'électronique plus vulnérable

L'évolution technologique a régulièrement augmenté la densité et diminué la taille des transistors dans les composants. Cela a rendu les appareils beaucoup plus rapides, mais en même temps plus vulnérable aux nouveaux types et à des quantités inférieures de rayonnement par rapport aux technologies plus anciennes.

Cette thèse se concentre sur les effets induits par les électrons énergétiques et les protons de basse énergie dans les appareils modernes.

"Les gens n'ont commencé que récemment à étudier en détail les effets d'ionisation directs et indirects induits par les électrons, et leurs effets potentiellement destructeurs pour les missions et expériences spatiales. Maintenant, ces effets sont considérés plus sérieusement, notamment pour des missions comme JUICE by ESA, " dit Tali.

Même les particules simples doivent être prises en compte lors de la conception d'une électronique robuste

Dans ce travail, les installations d'irradiation du CERN et de la RADEF de l'université de Jyväskylä ont été utilisées pour caractériser expérimentalement les effets. De nouvelles données expérimentales donnent des indications que des particules lumineuses uniques, comme les électrons et les protons de faible énergie sont capables d'induire des effets qui ne sont généralement pas pris en compte. Plusieurs générations et types de dispositifs ont été étudiés pour souligner que les mécanismes physiques des erreurs induites sont similaires à ceux des particules plus lourdes.

"Pour une assurance plus efficace de la dureté des rayonnements pour ces "nouveaux types" de particules, nous devons quantifier et comprendre les mécanismes qui les sous-tendent afin d'éviter des défaillances coûteuses, " dit Tali.