S.E.R.M.S.
Laboratorio per lo Studio degli Effetti delle
Radiazioni su Materiali per lo Spazio
Polo Universitario di Terni
Università Degli Studi di Perugia
e
Sezione INFN di Perugia
Componentistica e qualifica spaziale di dispositivi elettronici
14-15 Settembre 2004
Perugia, Hotel Giò
Sommario
Introduzione
Obiettivo
Attività/Servizi
Laboratori
Collaborazioni
Info
Cascata Delle Marmore (Terni)
Componentistica e qualifica spaziale di dispositivi elettronici
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Introduzione
Il Laboratorio per lo Studio degli Effetti delle
Radiazioni sui Materiali per lo Spazio (S.E.R.M.S.) è uno dei
laboratori integrati realizzati presso il Polo Scientifico e
Didattico di Terni dell’ Università di Perugia.
Esso è stato realizzato congiuntamente dal Corso di
Laurea in Ingegneria dei Materiali di Terni, dal Dipartimento
di Fisica dell’Università di Perugia e dalla Sezione di Perugia
dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare.
E’ un laboratorio
la cui vocazione primaria riguarda lo
sviluppo e la certificazione di strumentazione scientifica per
Componentistica e qualifica spaziale di dispositivi elettronici
applicazioni spaziali.
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La vocazione del S.E.R.M.S. deriva dalle ricerche di fisica fondamentale
svolte, in ambito spaziale, dall’ Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, in
particolare dalla Sezione di Perugia presso il locale Dipartimento di Fisica
per
Lo studio dei Raggi Cosmici nello Spazio (Esperimento AMS),
Lo studio dei raggi gamma di alta energia (Esperimento GLAST)
Per realizzare sofisticati esperimenti spaziali e’ necessaria una qualità che
può essere garantita solo attraverso prove sistematiche in condizioni simili
a quelle che incontreranno nelle varie fasi del lancio.
Le tecniche sviluppate per queste prove, rappresentano un livello
di qualità
che risulta anche di grande interesse per molte
applicazioni civili ed industriali.
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Offerta formativa del SERMS
per Ricerca e Industria
Il SERMS svolgerà anche attività di orientamento e formazione al fine di
creare profili professionali specializzati negli ambiti tecnico-scientifici di
interesse per le finalità del Laboratorio e, in secondo ordine, per
orientare opportuni profili professionali alle attività di trasferimento di
conoscenze e tecnologie.
L'attività di formazione verrà sostenuta dal Centro attraverso le seguenti
tipologie di intervento:
1.
2.
3.
progettazione e realizzazione di piani di formazione indirizzati
specificamente al settore dei materiali e strutture per applicazioni in
ambiente estremo, in collaborazione con esperti del settore a livello
nazionale e internazionale;
sviluppo di percorsi formativi per giovani laureati e ricercatori con lo
scopo di creare profili professionali che siano in grado di trasferire
queste tecnologie nel mondo della ricerca e nel mondo industriale.
promozione e supporto per il corso di dottorato di ricerca (XX ciclo) in
“Nuovi materiali strutturali e funzionali per applicazioni spaziali”
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Offerta formativa del SERMS
per Ricerca e Industria
L'obiettivo finale consiste nel trasmettere competenze di esperti a giovani
interessati ad operare nel campo della Fisica e dell’Ingegneria, rendendoli in
grado di:
• conoscere le tematiche di base sui materiali strutturali avanzati;
• partecipare alla progettazione di materiali strutturali avanzati;
• seguire le attività di integrazione, caratterizzazione e test;
• conoscere adeguatamente il sistema di regole sviluppato per il controllo di
qualita';
• prendere parte al trasferimento di tecnologie ad imprese produttive.
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Obiettivi
 Realizzazione di un unico laboratorio per prove che qualifichino
uno strumento scientifico o un elemento ingegneristico per
affrontare le condizioni estreme dell’ ambiente spaziale
sviluppare strutture avanzate e di materiali speciali per lo spazio a
costi competitivi
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 Utilizzare a livello imprenditoriale i risultati della ricerca in contesti
innovativi e lo sviluppo di nuovi prodotti e servizi per
•valorizzare il proprio patrimonio conoscitivo e tecnologico attraverso il contatto
con il mondo produttivo e con le Istituzioni;
•offrire nuovi strumenti a sostegno della ricerca scientifica e tecnologica;
•diffondere nuove tecnologie che presentino ricadute positive sulla produzione
industriale e sul benessere sociale e del territorio
•stimolare l’imprenditoria giovanile
 Offrire un servizio integrato che consente di ricoprire una vasta gamma
di prove eseguibili su strutture e materiali con differenti destinazioni
anche diverse da quello spaziale, dal settore areonautico a quello
automobilistico, a quello impiantistico e industriale
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Struttura organizzativa e
di gestione del SERMS
La collocazione del SERMS all'interno del Polo Universitario Ternano favorirà il
collegamento con Enti pubblici e privati di ricerca regionali, nazionali e
internazionali, nonché l'attivazione di ogni sinergia che il Polo sara' in grado di
innescare anche attraverso la partecipazione alle reti nazionali e internazionali della
ricerca e dell'innovazione tecnologica delle quali l'Ateneo Perugino è membro.
Il SERMS potrà concludere accordi di collaborazione e convenzioni con Agenzie,
Enti di Ricerca pubblici (INFN) e privati, Università nazionali e internazionali.
Il SERMS potrà presentare domande ed istanze agli Enti pubblici nazionali e
internazionali competenti per la concessione delle agevolazioni e dei finanziamenti
per il sostegno alla ricerca, all'innovazione tecnologica, al trasferimento tecnologico
e alla formazione.
Il SERMS promuoverà sul territorio servizi di innovazione tecnologica e, più in
generale, servizi di assistenza per imprese a base tecnologica e per altri centri di
ricerca e sviluppo di altri Enti di ricerca regionali e nazionali.
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Attività
Il problema della qualifica spaziale di uno strumento o di parti di esso,
consiste nella verifica che la sua funzionalità non sia ridotta o azzerata a
causa delle condizioni incontrate durante le varie fasi di una missione nello
spazio, vale a dire lancio, entrata e permanenza in orbita e, nel caso dello
Shuttle, rientro nell'atmosfera e atterraggio.
Esistono procedure consolidate per verificare il
comportamento di uno strumento e delle sue componenti alle
condizioni dello spazio.
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Le attività del S.E.R.M.S. vanno dallo studio teorico, alle prove di qualifica e
di certificazione di materiali e strumentazione elettronica che debba
essere esposta alle condizioni di vuoto, stress meccanici, radiazione e
temperature estreme proprie delle applicazioni spaziali;
Le applicazioni della strumentazione e dei materiali sviluppati presso il
S.E.R.M.S. vanno dalla Fisica delle Particelle Elementari alla Fisica della
Magnetosfera e dell’Atmosfera Terrestre
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Servizi
Prove di qualifica vibrazionale
Test di vibrazione per qualifica di materiale e strutture meccaniche per applicazioni
spaziali, industriali e assimilabili.
Analisi numerica strutturale e relativo dimensionamento su differenti configurazioni
strutturali quali assiemi o sottoassiemi, di tipo meccanico, elettronico, edilizio o
manifatturiero in genere.
Progettazione di strutture meccaniche, ad elementi finiti (FEM) con utilizzo di software
CAD.
Analisi sperimentale, modale di dinamica strutturale.
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Prove di qualifica climatica
Qualifica termica e in umidità di strumentazione elettronica e strutture
meccaniche di supporto per applicazioni avioniche e spaziali;
Cicli di annealing ed ageing su componenti microelettronici per compensazione
degli effetti per test di Total Dose.
Queste prove permettono:
verificare strumentazione
elettronica e strutture
meccaniche di supporto
sottoposta a cicli in temperatura
ed umidita’
studiare i fenomeni di invecchiamento su
componenti microelettronici per esposti dosi
intense di radiazione ionizzante
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Prove di resistenza alla radiazione
Qualifica per resistenza alla radiazione di elettronica COTS (Commercial Off The
Shelf) per applicazioni avioniche e spaziali.
Queste prove, svolte in parte al S.E.R.M.S. e in parte presso altri laboratori
dell’ INFN dotati di acceleratori di particelle, permettono di qualificare elettronica
di tipo commerciale , i cosiddetti COTS (Commercial Off The Shelf) per
applicazioni avioniche e spaziali.
In questo modo si possono realizzare strumenti elettronici in grado
di resistere alle radiazioni nello spazio a costi molto minori che con
circuiti microelettronici appositamente realizzati.
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Il futuro
Prove di simulazione spaziale (dagli inizi del 2005)
Qualifica termica in condizioni di vuoto spinto e a temperature estreme
Per poter realizzare questo tipo di test è in fase
di acquisizione un simulatore spaziale di grandi
dimensioni (5 m3 di volume) che permette di
esporre
elementi e strumentazioni anche
complesse
a
temperature
che
possono
raggiungere ±180 °C e condizioni di vuoto pari
ad un cento milionesimo di volte la pressione
atmosferica ( 10-8 bar)
riproducendo a terra le condizioni ambientali di
ultravuoto, caratteristiche dello spazio.
Tale risorsa potrà essere impiegata anche per
prove di qualita’ nel settore avionico, meccanico, termico ed elettronico,
ovunque sia necessario garantire il funzionamento di strumentazioni in
condizioni estreme di temperature e pressione.
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I laboratori
Vibratore Elettrodinamico Ling Electronics,
Inc.
1212E – Solid State Amplifier
C335 Vibration Exciter-modello 2016
N° 2 Tavole Vibranti Team Corporation UK Ltd.
T- Film Slip Table System 2,1x2,1m working surface
Slip Plate 1x1m working surface
Controllore di sistema: Jaguar SD 2560 – 38ch
Workstation: Sun Ultra 10
Software: Sine, Random JAGUAR 2570 ACP 38
channel-1 output system
Range di frequenza effettivo di lavoro: 5-3000 Hz
Camere climatiche
Ambiente per prove di umidità e temperatura che consentono di
studiare gli effetti dello stress termico su materiali e
componentistica
di
microelettronica
attiva
impiegata
principalmente in contesti aerospaziali. L'apparecchiatura in
dotazione è ampiamente utilizzata per qualificare i componenti
integrati dello spettrometro AMS ed il funzionamento delle
schede di alimentazione di bordo.
Per l’esperimento GLAST sono stati effettuati test termici per
studiare la risposta alla temperatura delle strutture di supporto
dei rivelatori al silicio.
Nel laboratorio SERMS sono operative N°2 camere climatiche.
Camera Climatica Mod.TY 2000 WC
Dimensioni interne: 2 x 1 x 1metri
Temp. range: - 70 °C to +180 °C
Camera Climatica Mod.EOS 1000 C
Dimensioni interne: 1 x 1 x 1 metri
Temp. range: -70 °C to +180 °C
Humidity range:10% ÷98% U.R.
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Camera bianca
Dimensioni interne 9 x 4 x 4 metri
T:+/- 2 °C
Variazione di Umidità :+/- 10% UR
Laboratorio ad atmosfera controllata in
classe 10000 dove possono essere
realizzate
delle
lavorazioni
particolarmente sensibili ad agenti
inquinanti ed atmosferici.
I macchinari disponibili consentono
l'assemblaggio e l'interconnessione di
dispositivi
di
microelettronica,
procedure di test di sensori al silicio ad
alta resistività impiegati nella fisica
delle alte energie e sviluppo di circuiti
su nuovi substrati per applicazioni
aerospaziali.
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Laboratorio criogenico
Testa criogenica Modello 2/10 Leybold
System
Criostato Cat.N. 891/13 Leybold System
Indicatore di temperatura Modello 1901
Leybold System
Compressore RW3 Leybold System
Pompa turbomolecolare Modello Varian
V300-HT
Tmin= 10 K
Applicazioni
Raffreddamento di rivelatori e campioni per:
•indagini spettroscopiche nel campo della fisica dello stato solido
e della fisica delle superfici;
•superconduttori ad alta temperatura;
•superconduttori e semiconduttori;
•per la realizzazione di rivelatori nell'infrarosso e di raggi gamma
•calibrazione di sensori
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Collaborazioni
Istituti ed Enti di ricerca
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Sezione di Bologna
Sezione di Perugia
Sezione di Pisa
Università degli Studi di Perugia
Dipartimento di Ingegneria Industriale.
Gruppo CosMac
Università degli Studi di Bologna: - Dipartimento
di Fisica
Università degli Studi di Pisa: -Dipartimento di
Fisica
Università degli Studi di Trieste: - CARSO
(Center of Advanced Research in Space Optics)
European Organization for Nuclear Research CERN
LAPP (Le Laboratoire d'Annecy-leVieux de Physique des Particules) Unità di ricerca dell’Università Della
Savoia e di INP2P3 (Institut National
de Physique Nucléaire et de Physique
des Particules)
Université de Genève
Département de Physique Nucléaire et
Corpusculaire (DPNC)
RWTH Aachen University:
Physik Institute
Institute of Electrical Enginering
(IEE) Beijing Republic of China
Institute of High Energy Physics
(IHEP) Beijing Republic of China
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