Я хочу рассказать о новой разработке, которая представляет собой компактный источник гамма-излучения. Этот прибор был специально создан для проведения длительных испытаний микроэлектронных компонентов на устойчивость к радиационному воздействию. Его основное назначение — проверка оборудования, предназначенного для автоматических межпланетных станций, которые отправятся к Марсу и в дальний космос. Такие тесты критически важны, так как космическая радиация способна вывести из строя даже самую совершенную электронику.
На снимке — изображение Марса, собранное из фотографий, сделанных автоматической станцией “Викинг-1” (NASA). Этот снимок напоминает нам о суровых условиях, в которых предстоит работать будущим аппаратам.
Как на Земле имитируют космическую радиацию
Проблема радиационной стойкости аппаратуры для космических аппаратов стала активно изучаться ещё в конце 1957 года. Именно тогда один из датчиков на втором искусственном спутнике Земли впервые зафиксировал радиационные пояса вокруг нашей планеты. Воздействие высокоэнергетических частиц и электромагнитных волн может серьезно повредить интегральные микросхемы. Это приводит к деградации полупроводников и нарушению транзисторной логики, что делает устройство неспособным выполнять свои задачи.
Космическое излучение включает в себя как корпускулярную составляющую (протоны, электроны, альфа-частицы и другие заряженные элементы), так и высокоэнергетическое электромагнитное излучение (рентгеновские и гамма-лучи). Специалисты из области “АСУ ТП и Электротехники” совместно с Госкорпорацией “Росатом” представили инновационную установку под названием “ГНОМ”, что расшифровывается как “Гамма-лучевой низкоинтенсивный облучатель микросхем”. Это компактное устройство предназначено для облучения отдельных электронных компонентов гамма-излучением с энергией порядка МэВ. По своей мощности оно превосходит рентгеновское излучение, но уступает галактическим космическим лучам.
На фотографии представлен сам гамма-лучевой низкоинтенсивный облучатель микросхем. Это компактное устройство, которое призвано решить множество задач в области радиационных испытаний.
Ключевым элементом для генерации излучения в “ГНОМе” выступает радиоактивный изотоп цезий-137. Интересно, что тот же самый изотоп применяется в гамма-лучевых дальномерах космических кораблей серии “Союз”.
Почему был выбран гамма-диапазон низкой энергии
В рабочей камере прибора мощность поглощенной дозы для микросхемы устанавливается в пределах, которые соответствуют реальным дозам, измеренным в межпланетном пространстве. Спектр космического излучения чрезвычайно широк: от частиц, которые может задержать обычный лист бумаги, до крайне редких высокоэнергетических частиц, способных, например, нагреть кружку кофе при пролете сквозь нее.
График иллюстрирует распределение энергий космических излучений. Нас особенно интересует желтая зона и начало синей, которые соответствуют излучению, порождаемому солнечной активностью. Более подробно о необъяснимых явлениях, которые можно увидеть на снимках из космоса, я рассказывал в статье о пяти неразгаданных тайнах планеты.
Благодаря своей конструкции и выбору изотопа, устройство способно проводить длительные тесты микросхем, которые могут длиться месяцами и даже годами. Это напрямую соотносится с продолжительностью реальных межпланетных миссий. Кроме того, конструкция “ГНОМа” достаточно проста, что открывает возможности для налаживания его промышленного производства и масштабирования для проведения массовых испытаний электроники.
Почему эта разработка так значима
Радиационно-стойкая электроника необходима не только для космических полетов. В будущем человечество неизбежно отправится к другим планетам, а на Земле основным источником энергии станет ядерная реакция — как реакция распада, так и, возможно, термоядерного синтеза. Ранее я уже комментировал новости о наблюдениях за солнечной активностью и делился опытом проведения эксперимента “Матрёшка-Р”.
Сегодняшний прибор, созданный при участии “АСУ ТП и Электротехники” и ГК “Росатом”, решает не только проблему создания надежной электроники, но и стимулирует разработку средств защиты от космического излучения. Эти технологии впоследствии могут найти применение и на Земле, например, в атомной энергетике или медицине.
Не так давно Российская академия наук высказала мнение, что пилотируемый полёт по трассе Земля – Марс может оказаться крайне тяжелым для человека. В этом контексте создание “ГНОМа” представляет собой важнейший шаг на пути к освоению космоса. В перспективе подобные установки для имитации космической радиации должны научиться воспроизводить весь спектр космического излучения, а не только его мягкую гамма-составляющую.