" 我们如何建立一个可以生存的辐射电子材料? |工程斯坦福学校

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          我们如何建立一个可以生存的辐射电子材料?

          当涉及到电子设计在空间的使用,面临的挑战是不增加显著权重任务的有效载荷这样做。

          Illustration of a satellite, astronaut, and spaceship illuminated by a star

          暴露于辐射的极端引起电子设备发生故障。 |插图由Kevin工艺

          当工程师创建你在阅读这个故事的设备,他们在考虑一定的期望这样做:那你会在使用它正常地上的温度范围内,并筛选出的气氛中大部分的有害辐射的发射我们的太阳。

          但对小工具我们送入太空?这些关键的传感器和控制电路基于在消费类电子产品中发现的相同的硅芯片 - 仅在空间中的这些组分得到由质子,电子,X射线,γ射线和其它形式的宇宙辐射的轰击。它们也可以经受快速的温度变化 - 从热可能熔化金属以减缓原子运动到爬行寒意。尽管硅芯片如何坚固似乎在地球上,几十年空间探索的显示,暴露于辐射或热的极端可以破坏正常的数据处理。在一些情况下,放射性粒子可通过硅芯片右拉链,扰乱了小工具中的电子的小心平衡。最终,如果有足够的这些缺陷的积累,设备停止表现它的目的的方式,和电子故障。

          “有辐射通过空间的搅动整个鸡尾酒,”说 黛比senesky,极端环境实验室微航空航天和导演的助理教授(xlab)。

          近年来,她的xlab已开发的电子可以摆脱空间的温度波动。现在,senesky正在研究是否这些相同的耐热材料还可以通过地球外辐射的鸡尾酒承受轰击。

          从历史上看,保护传统的电子设备免受辐射,工程师们依靠屏蔽,冗余和希望,托马斯说Heuser先生,博士生在xlab。

          覆盖用铅或铝设备可以从一些形式的辐射屏蔽它们。另一个辐射的防御策略是把一个重要组成部分的多个副本到卫星,这样,如果一个失败,其他人可以拿起松弛。然后工程师们希望最好的结果。

          这种策略很成功,尽管许多任务必须克服组件故障。旅行者2号于1977年推出,使其安全地超出了我们太阳系的边缘。但太空任务变得更加复杂。科学家要打包的下一代卫星和航天器更智能传感器和仪器仪表。因为它的成本$ 10,000到有效载荷每磅发射进入太空,成为迫切需要找到能够抵抗辐射不重屏蔽和冗余保护所需的硅电子材料。

          考虑到这一点,研究人员xlab已经尝试用由氮化镓和氧化锌的芯片。不同于硅,其具有相对脆弱的原子键,这两种半导体材料具有强大的结合,使它们更固有抗辐射损伤。与氮化镓和氧化锌,不同于弱结合硅,辐射颗粒不能那样容易磕碰原子出来的地方。如果高能辐射没有电子转移出来的地方,这些材料具有它们的原子晶格上施加自愈力引导原子回到其正确位置这样的强键。

          为了证明这一点,Heuser先生已经使用在新墨西哥州爆炸从氧化锌制成的传感器洛斯阿拉莫斯离子束材料实验室粒子加速器 - 在防晒和化妆品相同的化合物 - 与质子颗粒的最常见形式之一辐射空间。 xlab还准备测试其技术空间。在十一月中旬,研究人员推出了他们乘坐的传感器助理教授 扎卡里曼彻斯特的kicksat -2 - 一个关于一个鞋盒大小,能够展开超过100微卫星邮票大小的卫星。

          球队的辐射研究建立对热的前期工作。从热到冷的快速变化可能破坏比较脆弱​​原子晶格赖以硅芯片依赖。 senesky的团队 先前探测 如何鲁棒债券和电性能,其允许氮化镓和氧化锌,以摆脱辐射暴露也给这些材料的热稳定性。

          xlab研究生最大霍利迪说,NASA已经探索太阳系所需的动力和航天器技术。什么缺乏的是电子产品,可承受的空间辐射和极端温度。 xlab希望它的工作将计算入像木卫二可能的未来的探索任务。木星的这个寒冷的,丰富的辐射月亮可能蕴藏生命存在的证据。从氮化镓和氧化锌制成的传感器可以振振有词生存的航行到欧洲,并在其探索帮助。

          “发展微小的,但艰难的电子产品将有助于实现太空探索的新时代,” senesky说。