The impact of radiation on electronic devices with the special consideration of neutron and gamma radiation monitoring

• Autorzy: Makowski D.

Warianty tytułu

PL

Wpływ promieniowania na pracę układów elektronicznych ze szczególnym uwzględnieniem pomiaru promieniowania neutronowego i gamma

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper reports the work done in the development of a new neutron fluence sensor and a radiation-tolerant readout system. The presented SRAM-based neutron fluence dosimeter is particularly useful for a design of a real time monitoring system, whereas the readout system enables its operation in the radioactive environment. The well-known RadFET dosimeter was utilized for the gamma radiation measurement. Despite the fact that the design of the radiation monitoring system is dedicated to FLASH, both the neutron fluence detector and the readout system can be utilised in other applications. The system can be employed to gauge neutron and gamma radiation doses in various accelerators, colliders and detectors used for the analysis of high-energy collisions products.

PL

Praca dotyczy ważnej tematyki wpływu promieniowania gamma oraz neutronowego na pracę układów elektronicznych. Autor zaproponował wykorzystanie komercyjnie dostępnej pamięci statycznej SRAM do detekcji neutronów oraz zbudował kilka prototypów układów odczytowych zdolnych do pracy w warunkach podwyższonego promieniowania. Warty podkreślenia jest fakt, że zaprojektowany detektor oraz zabudowane prototypy zostały zbudowane z komercyjnie dostępnych układów oraz praktycznie przebadane. Zaprojektowany system do monitorowania promieniowania gamma oraz neutronowego w czasie rzeczywistym RadMon (Radiation Monitor) został zainstalowany w pięciu wyznaczonych miejscach w tunelu akceleratora FLASH znajdującego się w ośrodku naukowo-badawczym DESY. Układ został zaprojektowany pod kątem pomiaru promieniowania w akceleratorach FLASH oraz X-FEL, jednak może zostać wykorzystany do pomiaru promieniowania w innych akceleratorach fizycznych i medycznych. W pracy przedstawiono projekt detektora fluencji neutronów zbudowanego w oparciu o pamięć statyczną SRAM. W czasie kilkuletnich badań przetestowano ponad sto różnych egzemplarzy pamięci statycznych oraz nieulotnych pamięci statycznych NVRAM. W trakcie badań zauważono, że nowoczesne pamięci o dużych pojemnościach wyprodukowane w nowoczesnych technologiach wykazują mniejszą wrażliwość na występowanie błędów SEU niż pamięci starsze. Z tego względu czułość detektora nie może zostać zwiększona poprzez użycie nowoczesnych pamięci o coraz to większych pojemnościach. W celu poprawy czułości detektora opracowano szereg metod zwiększających wrażliwość pamięci statycznej na błędy SEU. Podczas badań wykorzystywano pamięci NVRAM do pomiarów względnych promieniowania neutronowego oraz do oszacowania bezwzględnej fluencji neutronów. Zaprojektowano dedykowany układ odczytowo-programujący nieulotne pamięci statyczne oraz opracowano metody umożliwiające bezpieczne przechowywanie informacji konfiguracyjnych w pamięciach NVRAM. W ramach doktoratu zbudowano i przebadano pięć wersji układów odczytowych wykorzystujących różne algorytmy i rozwiązania układowe do korekcji błędów wygenerowanych przez neutrony. Zaproponowano metody pozwalające na projektowanie układów tolerujących błędy wywołane promieniowaniem. Zaprojektowany detektor fluencji neutronów oraz układy odczytowe zostały praktycznie przebadane podczas eksperymentów ze źródłem neutronów wykorzystującym izotop ameryku 241AmBe oraz w tunelach akceleratorów FLASH i LINAC II.

Słowa kluczowe

EN

radiation monitoring; RadMon; gamma radiation; neutron radiation; electronic device; static random acess memory; non-volatile random acess memory; neutron fluence detector; radiation-tolerant readouts system; single event upset

PL

pomiar promieniowania; RadMon; promieniowanie gamma; promieniowanie neutronowe; układ elektroniczny; pamięć statyczna SRAM; pamięć statyczna NVRAM; detektor fluencji neutronów; układ odczytujący; błędy SEU

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe. Elektryka / Politechnika Łódzka
• Rocznik: 2007
• Tom: z. 111
• Strony: 73--80
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz.

Twórcy

autor

Makowski D.

• Technical University of Łódź, Department of Microelectronics and Computer Science

Bibliografia

• [1] Mukherjee B., Makowski D., Simrock S.: Dosimetry of high energy electron linac produced photoneutrons and the bremsstrahlung gamma rays using TLD-500 and TLD-700 dosimeter pairs. Nuclear Instruments and Methods, 545(3):830-841, 2005.
• [2] Makowski D., Grecki M., Napieralski A., Simrock S., Mukherjee B.: A distributed system for radiation monitoring at linear accelerators. IEEE Transactions on Nuclear Science (TNS), Vol. 53, Issue 4, Part 1, pp. 2008-2015, 2006.
• [3] Makowski D., Mukherjee B., Grecki M., Simrock S.: SEE induced in SRAM operating in a superconducting electron linear accelerator environment. Proceedings of SPIE Vol. 5775, Photonics Applications in Astronomy, Communications, Industry, and High-Energy Physics Experiments IV, pages 95-102, 2004.
• [4] Makowski D., Grecki M., Napieralski A., Simrock S., Mukherjee B.: A distributed system for radiation monitoring at linear accelerators. RADiation and its Effects on Component and Systems RADECS.
• [5] Mukherjee B., Makowski D., Rybka D., Grecki M., Simrock S.: Interpretation of the Single Event Upset in Static Random Access Memory chips induced by Iow energy neutrons. 12th Mixed Design of Integrated Circuits and Systems, MIXDES, pages 795-798, 2005.
• [6] Makowski D., Grecki M., Mukherjee B., Simrock S., Świercz B., Napieralski A.: The application of SRAM chip as a novel neutron detector. 2005 NSTI Nanotechnology Conference and Trade Show Nanotech 2005, pages 419-422, 2005.
• [7] Makowski D., Grecki M., Mukherjee B., Simrock S., Świercz B., Napieralski A.: SRAM-based passive dosimeter for accelerator environments. 7th European Workshop on Diagnostics and Instrumentation for Particle ACcelerators, DIPAC2005, June 2005.
• [8] Makowski D., Grecki M., Mukherjee B., Simrock S., Świercz B., Napieralski A.: The application of SRAM chip as a novel neutron detector. Journal of Experimental Nanoscience, 1(2), pages 261-268, June 2006.
• [9] Makowski D., Grecki M., Mukherjee B., Simrock S., Świercz B., Napieralski A.: The Radiation Tolerant Readout System for SRAM-based Neutron Detector. 13th Mixed Design of Integrated Circuits and Systems, MDCDES, pages 95-100, 2006.
• [10] Makowski D., Jabłoński G., Mielczarek J., Napieralski A., Grecki M.: FPGA-based Neutron Radiation Tolerant Microcontroller. 2006 NSTI Nanotechnology Conference and Trade Show Nanotech 2006, vol. 3, pages 90-93, 2006.