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¿Por qué las máquinas de rayos X en los aeropuertos no causan daños por efecto de evento único en la electrónica?

Tengo algunas preguntas relacionadas con el tema. Estoy confundido acerca de algunos aspectos después de leer sobre estos efectos y la fotoelectricidad.

  1. Básicamente el título.
  2. A partir del efecto fotoeléctrico, esperaría que los metales, sensores en circuitos, etc. emitan una corriente debido a la radiación de alta frecuencia. Consideremos un fotodiodo. Entiendo que la cantidad de corriente producida depende de la intensidad y la energía de los electrones emitidos depende de la frecuencia. ¿Cómo se traduce esta energía aumentada en una respuesta eléctrica? ¿Mostrará mi amperímetro algún cambio con la frecuencia?
  3. ¿Este electrón de alta energía causará daño al circuito electrónico? Si no, ¿por qué? Si sí, ¿por qué no vemos que esto suceda con las máquinas de rayos X?
  4. Para electrónicos como fotodiodos y sensores de luz, ¿deberían dañarse si se exponen a luz de alta frecuencia (la intensidad es la misma) fuera del rango esperado básicamente? Si es así, nuevamente se vuelve a la pregunta original: ¿Por qué no sucede en los rayos X?

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Spehro Pefhany Puntos 90994

La dosis total de radiación que recibe su computadora (supongamos que está en modo de suspensión) en una máquina de rayos X de equipaje es del orden de 1 mrad. Eso es más o menos lo que recibe de todos modos en un día de radiación de fondo. Así que si no está viendo bits cambiando todo el tiempo solo por estar allí sentado durante un par de días...

La energía también es relativamente baja, del orden de 20 keV- rayos X 'suaves'. Según el artículo a continuación, con un voltaje de ánodo de 55 kV, la emisión máxima está en el rango de 15-25 keV.

Por el contrario, para algunas aplicaciones, probamos usando partículas cientos de veces más energéticas. A ese nivel de energía se observan desplazamientos de parámetros, interrupciones y daños acumulativos en el dispositivo, como era de esperar.

Investigación de errores de un solo evento inducidos por rayos X en SRAM de 45 nm por Yang Zhang et al. DOI 10.7567/1347-4065/aae9f6 tiene información que indica que se necesitan muchos krad para errores significativos en una SRAM de 2M x 16 bits utilizando una máquina de rayos X de Philips con un voltaje de ánodo de 55 kV.

Pasé mi computadora (en modo de suspensión) por 5 máquinas de rayos X diferentes en el último día o dos y no noté ningún problema, por supuesto, si un bit o dos se hubiera invertido en 32G, es posible que no lo note.

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ion Puntos 81

Solo agregaré un par de cosas basadas en mi experiencia trabajando en la industria espacial. Normalmente dividimos los efectos de radiación en dispositivos semiconductores en dos categorías: dosis ionizante total (TID) y efectos de eventos únicos (SEE).

Cuando un semiconductor es golpeado con fotones ionizantes (la principal fuente de TID), tiene que ser golpeado "de la manera correcta" para tener un efecto. Para los transistores de circuitos digitales, el componente más susceptible es el aislante de compuerta, que típicamente es dióxido de silicio. La radiación ionizante cargará este aislante de compuerta con el tiempo. Esto aumenta las corrientes de fuga y cambia la Vgson del dispositivo. Si la TID es lo suficientemente alta, el transistor podría permanecer encendido permanentemente sin importar el voltaje de la compuerta. Sin embargo, esto requiere mucha más exposición de la que proporciona el escáner de rayos X. Simplemente volar en avión probablemente expone la electrónica a más radiación que el escáner. Los semiconductores afectados por TID se recristalizarán después de la exposición y gran parte de la carga acumulada en el aislante se disipará eventualmente.

Por otro lado, si los rayos X golpean el electrodo de compuerta del transistor, definitivamente pueden generar corriente, pero su energía no es lo suficientemente alta como para cargar la compuerta y encenderla a menos que múltiples rayos X golpeen la compuerta antes de que el circuito la impulse nuevamente (lo cual es poco probable).

Para dispositivos analógicos, los rayos X pueden afectar la señal. Aunque la energía no es lo suficientemente alta como para causar una inversión de bits digitales, es lo suficientemente alta como para crear errores en una señal analógica. Esto es evidente cuando realizamos pruebas de radiación en sensores de imagen. Durante la prueba, los sensores son bombardeados con rayos gamma y las imágenes de salida parecen estática gris de un televisor antiguo que perdió su señal. Cuando apagamos la radiación, algo de la estática permanece debido a la carga en los aislantes de compuerta, sin embargo, la mayor parte de esto desaparece después de un par de días debido a la recristalización del sensor. Una vez más, la energía no es lo suficientemente alta como para dañar los sensores de imagen. Para fotodiodos específicamente, la eficiencia cuántica en esas longitudes de onda es muy pequeña. La mayor parte de los rayos X o rayos gamma se reflejan o simplemente pasan sin interactuar con el diodo en absoluto.

En ambos casos, digital y analógico, los fotones de rayos X y rayos gamma generalmente no tienen suficiente energía para causar un efecto de evento único. Pueden en algunos casos si las condiciones son las correctas, pero no suele ser así. Los efectos de eventos únicos suelen ser causados por partículas de mayor energía (típicamente rayos cósmicos o partículas más pesadas y energéticas como protones o neutrones). Estos eventos pueden causar una inversión de bits, bloqueo, rotura de compuerta u una serie de otros problemas.

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