S.E.R.M.S. Laboratorio per lo S tudio degli E ffetti delle R adiazioni su M ateriali per lo S pazio...

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

eSezione INFN di Perugia

Componentistica e qualifica spaziale di dispositivi elettronici14-15 Settembre 2004

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Sommario

Introduzione

Obiettivo

Attività/Servizi

Laboratori

Collaborazioni

Info

Cascata Delle Marmore (Terni)


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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 applicazioni spaziali.

Introduzione


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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.

Offerta formativa del SERMSper Ricerca e Industria

Il SERMS svolgerà anche attività di orientamento e formazione al fine dicreare profili professionali specializzati negli ambiti tecnico-scientifici diinteresse per le finalità del Laboratorio e, in secondo ordine, perorientare opportuni profili professionali alle attività di trasferimento diconoscenze e tecnologie.

L'attività di formazione verrà sostenuta dal Centro attraverso le seguentitipologie di intervento:

1. 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;

2. 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.

3. 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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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.

Offerta formativa del SERMSper Ricerca e Industria


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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

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

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


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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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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.

Attività

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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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.

Servizi


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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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Prove di simulazione spaziale (dagli inizi del 2005)

Qualifica termica in condizioni di vuoto spinto e a temperature estreme

Il futuro

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.

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.

Tale risorsa potrà essere impiegata anche per

I laboratori

Vibratore Elettrodinamico Ling Electronics, Inc.1212E – Solid State AmplifierC335 Vibration Exciter-modello 2016

N° 2 Tavole Vibranti Team Corporation UK Ltd.T- Film Slip Table System 2,1x2,1m working surfaceSlip 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


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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.

Camere climatiche

Camera Climatica Mod.EOS 1000 CDimensioni interne: 1 x 1 x 1 metri Temp. range: -70 °C to +180 °CHumidity range:10% ÷98% U.R.

Camera Climatica Mod.TY 2000 WC Dimensioni interne: 2 x 1 x 1metri Temp. range: - 70 °C to +180 °C


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Camera bianca

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.

Dimensioni interne 9 x 4 x 4 metriT:+/- 2 °CVariazione di Umidità :+/- 10% UR


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Laboratorio criogenico

Testa criogenica Modello 2/10 Leybold SystemCriostato Cat.N. 891/13 Leybold SystemIndicatore di temperatura Modello 1901 Leybold SystemCompressore RW3 Leybold SystemPompa turbomolecolare Modello Varian V300-HTTmin= 10 K

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

Applicazioni


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Istituti ed Enti di ricerca

Collaborazioni

Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Sezione di BolognaSezione di Perugia Sezione di Pisa

Università degli Studi di PerugiaDipartimento 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-le-Vieux 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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