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a Ciclo Unico
Scuola di Ingegneria
INGEGNERIA ELETTRONICA
Insegnamento
APPLICAZIONI INDUSTRIALI DELLE SORGENTI DI RADIAZIONI IONIZZANTI
INL1001838, A.A. 2017/18

Informazioni valide per gli studenti immatricolati nell'A.A. 2016/17

Principali informazioni sull'insegnamento
Corso di studio Corso di laurea magistrale in
INGEGNERIA ELETTRONICA
IN0520, ordinamento 2008/09, A.A. 2017/18
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Crediti formativi 6.0
Tipo di valutazione Voto
Denominazione inglese INDUSTRIAL APPLICATIONS OF IONIZING RADIATION SOURCES
Dipartimento di riferimento Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione (DEI)
Sito E-Learning https://elearning.dei.unipd.it/course/view.php?idnumber=2017-IN0520-000ZZ-2016-INL1001838-N0
Obbligo di frequenza No
Lingua di erogazione ITALIANO
Sede PADOVA
Corso singolo È possibile iscriversi all'insegnamento come corso singolo
Corso a libera scelta È possibile utilizzare l'insegnamento come corso a libera scelta

Docenti
Responsabile ANDREA CANDELORI

Dettaglio crediti formativi
Tipologia Ambito Disciplinare Settore Scientifico-Disciplinare Crediti
AFFINE/INTEGRATIVA Attività formative affini o integrative FIS/01 6.0

Modalità di erogazione
Periodo di erogazione Secondo semestre
Anno di corso II Anno
Modalità di erogazione frontale

Organizzazione della didattica
Tipo ore Crediti Ore di
Corso
Ore Studio
Individuale
Turni
LEZIONE 6.0 48 102.0 Nessun turno

Calendario
Inizio attività didattiche 26/02/2018
Fine attività didattiche 01/06/2018

Syllabus
Prerequisiti: Conoscenze di base sui componenti elettronici (Diodi, MOSFET, BJT, memorie SDRAM e Flash, dispositivi optoelettronici, FPGA) che verranno comunque richiamate a lezione nell'ambito del corso ove necessario.
Conoscenze e abilita' da acquisire: Conoscenze:
-Conoscenze dell'ambiente della radiazione spaziale, atmosferica, terrestre e agli acceleratori.
-Conoscenze dei fenomeni di interazione della radiazione (raggi X, raggi gamma, elettroni, protoni, ioni, neutroni) con la materia.
-Conoscenze degli effetti della radiazione (danno da spostamento, danno da dose totale, effetti da evento singolo) su componenti e circuiti elettronici (Diodi/rivelatori, BJT, MOS, MOSFET, tecnologia CMOS e SOI, MOSFET di potenza, memorie SDRAM, memorie FLASH, elettronica digitale, dispositivi optoelettronici) e delle tecniche a livello di dispositivo e di layout per migliorare la resistenza alle radiazioni dei componenti elettronici.
-Conoscenza delle norme dell'Agenzia Spaziale Europea e dello standard JEDEC sull'utilizzo degli acceleratori e degli apparati di irraggiamento X e gamma per i test di qualifica dei componenti elettronici in ambito spaziale e delle norme di base di radioprotezione.

Abilità/Capacità:
-Capacità di utilizzo dei database Xcom, estar, pstar, astar per l'interazione radiazione-materia.
-Capacità di utilizzo del programma di simulazione SRIM ai fini della pianificazione di test di qualifica agli acceleratori di componenti elettronici per applicazioni spaziali.
-Capacità di utilizzo del programma di simulazione SPENVIS ai fini della validazione dell'utilizzo su satelliti orbitanti di componenti elettronici qualificati.
-Capacità di pianificare un test di qualifica di componenti elettronici per applicazioni spaziali utilizzando gli standard attualmente in uso dall'ESA, e capacità di impiego dei risultati dei test per validare il circuito elettronico per una missione spaziale note le caratteristiche dell'orbita.
Modalita' di esame: Prova orale: vertente sui nuclei fondanti del corso + seminario specialistico di approfondimento su una tematica del corso concordata con il docente.
Prova scritta: solo se richiesta dallo studente in alternativa alla prova orale.
Criteri di valutazione: I criteri di valutazione si basano sulla verifica dell'acquisizione delle conoscenze e delle abilità precedentemente descritte, riguardanti i nuclei fondati della disciplina, tramite il seminario specialistico di approfondimento sulla tematica del corso concordata con il docente.
Contenuti: Introduzione.
Ai nostri giorni l'utilizzo dell'elettronica a bordo dei satelliti per le telecomunicazioni e nelle missioni scientifiche spaziali, così come agli acceleratori nella ricerca scientifica di base (ad esempio al CERN di Ginevra) e in avionica, richiede che i componenti/circuiti utilizzati siano resistenti ai livelli di radiazione presenti. Tale aspetto è particolarmente critico perché, ad esempio, un effetto da evento singolo nell'elettronica di un satellite, causato dalla radiazione naturale presente nell'ambiente spaziale, può causare la perdita del satellite e quindi della missione spaziale con costi elevatissimi.
Lo scopo del corso è quindi dare ai futuri ingegneri che intendono lavorare in tali settori, supportati dall'Agenzia Spaziale Italiana ed Europea, dal CERN e dall'Airbus, le basi per affrontare tali problematiche.

Contenuti sintetici.
-L'ambiente di radiazione nello spazio, in atmosfera e al suolo (naturale e artificiale).
-L'interazione della radiazione con la materia (fotoni e particelle).
-Effetti delle radiazioni sui componenti elettronici a livello di dispositivo e di sistema e tecniche di mitigazione.
-Apparati e test di irraggiamento sui componenti elettronici ai fini della loro qualifica per le applicazioni spaziali.
-Il programma di simulazione SPENVIS: valutazione dell'affidabilita' dei componenti elettronici per missioni spaziali orbitali e interplanetarie.

Contenuti estesi.
A) la prima parte del corso sarà dedicata a comprendere l'ambiente di radiazione in cui l'elettronica deve operare, quindi l'ambiente di radiazione presente nella magnetosfera terrestre, che è rivelante per i satelliti per le telecomunicazioni e per le missioni scientifiche, e nell'atmosfera terrestre, che è invece rilevante per le applicazioni in avionica. Verrà inoltre presentato l'ambiente di radiazione all'acceleratore del CERN di Ginevra ove vengono effettuate ricerche di Fisica di base;
B) la seconda parte del corso riguarderà lo studio degli effetti fisici dell''interazione della radiazione (raggi X e gamma, elettroni, protoni, ioni e neutroni) con la materia: in tale ambito verranno anche presentati i database Xcom, estar, pstar, astar, ed il software di simulazione SRIM (utilizzato nei test per lo studio degli effetti da evento singolo).
C) nella terza parte del corso verranno analizzati gli effetti indotti dalla radiazione (danno da spostamento, effetti da dose totale, effetti da evento singolo) sui componenti e sui circuiti elettronici (Diodi/rivelatori, BJT, MOS, MOSFET, tecnologia CMOS ed SOI, MOSFET di potenza, memorie SDRAM e FLASH, elettronica digitale, dispositivi optoelettronici). In tale ambito verranno presentate le tecniche a livello di dispositivo e di layout che permettono di migliorare la resistenza alle radiazioni dei componenti elettronici. Alcune lezioni verranno dedicate all'utilizzo del simulatore SPENVIS, che permette di stimare gli effetti indotti dalle radiazioni nei satelliti note le caratteristiche dell'orbita.
E) nella quarta parte del corso verranno descritti gli acceleratori, gli apparati di irraggiamento X e gamma ed i grandi apparati di irraggiamento europei dedicati alla qualifica dei componenti elettroni per applicazioni spaziali e per l'avionica. Inoltre verranno presentate le norme attualmente in uso per effettuare i test di qualifica dei componenti/circuiti elettronici, ovvero gli standard adottati dell'Agenzia Spaziale Europea e lo standard JEDEC, al fine di pianificare un test e di analizzarne i risultati per una possibile missione spaziale.
Attivita' di apprendimento previste e metodologie di insegnamento: L'attività di apprendimento del corso avviene con le seguente metodologie di insegnamento:
-lezioni frontali;
attività individuali al calcolatore, guidate dal docente, sull'utilizzo dei programmi di simulazione attinenti le tematiche del corso;
-visita sul campo agli apparati per lo studio degli effetti delle radiazioni sui componenti elettronici siti presso i Laboratori Nazionali di Legnaro dell'INFN;
-seminari specialistici da parte di esperti del settore provenienti da università/enti di ricerca/industrie.
Eventuali indicazioni sui materiali di studio: Materiale didattico
-Presentazioni in Power Point e altro materiale didattico consegnato a lezione, articoli di review della rivista IEEE Transactions on Nuclear Science (1996, 2003, 2007 e 2008) disponibili anche sul sito Web del corso:
http://sirad.pd.infn.it/~candelor/

Testi per approfondimento
-Standard: ESCC Basic Specification 22900 e 25100.
-H. John, J. Cunningham, J. The physics of radiology. IV ed., Capitoli 2 e 3 (cenni) e Capitoli 5 e 6 (interazione della radiazione con la materia).

Testi per consultazione
-Handbook of Radiation Effects, A. Holmes-Siedle e L. Adams, Oxford University Press.
-Radiation effects and soft errors in integrated circuits and electronic devices, R. D. Schrimpf e D. M. Fleetwood, World Scientific.
-Ionizing radiation effects in MOS devices and circuits, T. P. Ma e P. V. Dressendorfer, John Wiley & Sons.
-Radiation effects in advanced semiconductor materials and devices, C. L. Claeys e E. Simoen, Springer.
Testi di riferimento: