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Auteur(s)
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René PAYAT : Ingénieur du Conservatoire national des Arts et Métiers : Électronique-Physique - Ingénieur au DTA / DEIN / Saclay (Commissariat à l’Énergie Atomique), Laboratoire de tests sous rayonnements ionisants
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Lire l’articleINTRODUCTION
Il est de plus en plus fréquent d’introduire des équipements électroniques dans des environnements où l’on se trouve en présence de rayonnements nucléaires divers (photons X ou gamma, électrons, particules lourdes chargées, etc.).
Notons que nous incluons ici, dans le terme « rayonnement », non seulement les émissions strictement photoniques (X ou γ), mais également les émissions de particules nucléaires. Les phénomènes d’interactions nucléaires au sein des matériaux ne sont pas tous perturbants avec la même efficacité, mais tous ont pour résultat de céder de l’énergie aux composants (actifs ou passifs), par interactions complexes (collisions, ionisations…), en modifiant leurs performances, ou en les détruisant.
Les interactions rayonnement-matière sont, du point de vue de la théorie générale, décrites dans l’article [21] des Techniques de l’ingénieur. Nous utiliserons, pour caractériser ces actions de dépôt d’énergie, quelques notions importantes comme la dose, le débit de dose, l’activité, etc. 1.2. Sans prétendre faire une liste exhaustive des types de mesures confrontées aux divers rayonnements, nous évoquerons en premier lieu 1.3 un certain nombre de domaines concernés et apporterons quelques données chiffrées sur les milieux perturbants.
Nous aborderons ensuite 2 les effets principaux des interactions rayonnement-matière en termes de défauts induits plus spécifiquement dans les composants électroniques.
Dans la suite de notre propos, nous tenterons de montrer que la multiplicité des applications et la qualité des performances attendues nécessitent une analyse préalable du milieu nucléaire en jeu, afin de garantir un fonctionnement fiable (performance, mode d’utilisation, niveau de tolérance, action de conception spécifique adaptée et surcoût associé). Il nous faudra réfléchir aux aspects complexité-coût 3 et montrer que toute action indispensable de durcissement 4, conception permettant d’immuniser au mieux un système complet contre l’agressivité du milieu nucléaire, doit être impérativement envisagée en amont au niveau du projet 5, comme pour tout autre paramètre perturbant (température, humidité…).
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4. Actions de compensation ; durcissement
4.1 Généralités
D’une façon générale, il n’existe pas de technique unique universellement utilisée pour le durcissement de l’électronique.
Malgré les expériences acquises originellement dans le domaine militaire (premier domaine historiquement concerné), le durcissement est toujours un cas d’espèce, et l’on doit parler plutôt de moyens adaptés à chaque application, même s’il existe des démarches de base. Les compensations possibles et prévisibles pour des applications analogiques n’ont pas forcément d’intérêt dans les domaines exclusivement logiques ou numériques, et réciproquement.
La conception d’une fonction durcie se fait par approches successives :
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définition précise des performances de l’électronique ;
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établissement des critères de défaillance (point très important) ;
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connaissance du milieu radiatif et autres contraintes associées ;
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choix de la technologie la mieux adaptée (et tests de validation) tenant compte des critères de défauts ramenés au niveau des composants, puis des fonctions, des impératifs de pérennité, de coût, d’approvisionnement, etc. Il faudra payer très cher des projets ambitieux, sachant qu’un composant caractérisé « durci », lorsqu’il existe, peut être d’un coût allant de cent à mille fois celui d’un composant standard ;
-
optimisation et reconfiguration de parties des fonctions de mesures ou de contrôles, avec des composants standards les plus tolérants possibles, en recherchant de préférence une simplification et une plus grande « rusticité », faisant appel à la créativité du circuiteur (encadré 1) ;
-
recherche des procédés de protections locales, ou des modes d’utilisation favorables.
Nous citerons ici un article du journal CEA- Technologie (juillet-août 1993), qui montre comment l’astuce et l’imagination permettent de résoudre une grande part du problème de tenue d’un type d’installation en milieu nucléaire très agressif, et également d’en simplifier les interventions en cas de panne.
Les cellules des usines...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - CAREL (C.) - Phénomènes généraux liés aux contextes radiatifs. - Nuclétudes S.A. Conférences RADECS (1989).
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(2) - GAILLARD (R.) - Effets transitoires des rayonnements nucléaires. - Nuclétudes S.A. Conférence RADECS (1989).
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(3) - LERAY (J.-L.) - Effets physiques de base. - CEA-DAM : Conférence RADECS (1989).
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(4) - ROUMEGUÈRE (M.) - Interactions neutrons-silicium. - CEA-DAM : Conférence RADECS (1989).
-
(5) - CHENION (J.), GAUSSENS (G.) - Influence du vieillissement des polymères à très bas débit de dose. - Rapport d’essai No 344f, Institut de protection et de sureté nucléaire. Département d’analyse de sureté.
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(6) - PIGNERET (J.) - Tenue des liaisons optiques en ambiance nucléaire. - Nuclétudes...
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