Neutrons atmosphériques

De par son expérience unique dans le durcissement des systèmes, NUCLETUDES dispose de compétences inégalées pour traiter la problématique des neutrons atmosphériques sur les composants et équipements électroniques. NUCLETUDES a également accès à des moyens d’essai performants (sources neutroniques, banc laser SEE) pour mener à bien ce type d’études (voir moyens d’essais).

L’interaction du rayonnement cosmique avec les molécules de l’air crée plusieurs types de particules, et en particulier des neutrons atmosphériques auxquels les composants électroniques peuvent être sensibles. Ce phénomène communément appelé « douche magnétosphérique » (interactions des particules spatiales avec l’atmosphère) est illustré ci-dessous :

neutrons atmospheriques fr(1)
 

L’environnement naturel comprend donc différents types de particules : électrons/positrons, muons et hadrons (dont neutrons et protons).

On observe donc un flux de neutrons atmosphériques d’énergie comprise entre quelques fractions d’eV et 1 GeV croissant de manière notable avec l’altitude :

  • 30 n/cm2/h au niveau de la mer
  • 7 500 n/cm2/h à 7 km d’altitude
  • 25 000 n/cm2/h à 12 km d’altitude

Remarque : flux donnés pour les neutrons d’énergie comprise entre 1 MeV et 1 Gev

NUCLETUDES est familière de cet environnement depuis de nombreuses années et a participé à sa caractérisation en développant un spectromètre neutrons compact, embarquable sur avion (capteur MADERE).

On comprend alors que la sensibilité des composants électroniques à ces neutrons atmosphériques devient un sujet de préoccupation important :

  • pour les aéronefs, et plus particulièrement ceux-ci intégrant une proportion de systèmes électriques
    et électronique de plus en plus grande,
  • pour les applications au sol nécessitant une très grande quantité de composants électroniques
    (serveurs, infrastructures de cloud computing,…)

De plus, la miniaturisation des semi-conducteurs (loi de Moore) tend à les rendre toujours plus sensibles aux neutrons atmosphériques.

Evaluer en anticipation la sensibilité aux neutrons d’un équipement embarqué permet donc d’identifier les modes de défaillances transitoires et permanentes d’un équipement soumis à un tel environnement et de mettre en place des mesures de contournement si elles s’avèrent nécessaires.

Dans la phase de vie opérationnelle d’un aéronef, cela permettrait aussi de ne pas débarquer de manière intempestive un équipement intègre qui aurait juste rencontré un neutron en vol. Cela éviterait donc aussi les surcoûts induits par le remplacement d’un équipement qui ne serait pas justifié.

Les études menées, en particulier par EADS Innovation Works, ont montré que des tests réalisés avec des neutrons 14MeV permettent de bien caractériser le niveau d’effets singuliers induit par le spectre énergétique des neutrons atmosphériques.

NUCLETUDES, sur la base de son expérience unique sur les tests neutroniques pour les applications de défense, a mis en place un partenariat avec SODERN qui lui permet d’offrir une prestation complète de test neutronique pour évaluer la sensibilité d’un composant électronique ou d’un équipement aux neutrons atmosphériques : voir page moyens Sodern.

NUCLETUDES dispose également d’un banc laser permettant d’évaluer le niveau d’effets singuliers induits par des particules de type neutrons sur des semi-conducteurs Silicium. Ce banc laser est fondé sur la technologie développée par EADS Innovation Works et sera opérationnel à fin 2013 : voir page banc laser SEE.