Strahlungshärte

Das robuste Verhalten von Bauelementen in intensiven Strahlungsfeldern zählt zu den großen Herausforderungen für den Einsatz moderner Technik in vielen spezifischen Anwendungen. Dazu gehören Verstärker und Integrierte Schaltkreise oder Energiespeicher wie Batterien, aber auch Materialien allgemein.

„Strahlungshart“ heißt in diesem Zusammenhang, dass sich die Bauelemente selbst oder die in ihnen eingesetzten Materialien unter starker Bestrahlung (z.B. durch kosmische Strahlung im Weltraum) nur so verändern, dass ihre Funktion unbeeinflusst bleibt oder sich zumindest über die Lebensdauer des Produktes trotz einer großen akkumulierten Dosis an ionisierender Strahlung nur graduell ändert. Gleiches gilt für strahlungsharte Informationsspeicherung, bei der die Veränderung digitaler Information in aktiven Speichern und Chipstrukturen durch ionisierende Strahlung vermieden werden muss, um eine sichere Datenspeicherung zu gewährleisten. 

Die Anwendungsfelder reichen von der Medizintechnik über satellitengestützte Kommunikation bis hin zur beschleunigerbasierten Grundlagenforschung. Es kommen im medizinischen Bereich zunehmend Strahlungs- und Partikeltherapien neben der strahlungsbasierten Bildgebung („Röntgen“, Computertomographie, Magnetresonanztomographie etc.) zum Einsatz. Die Forderung nach Verwendung kommerzieller Massenprodukte in der Nano- und Mikrosatelliten-Technik, um preisgünstige Lösungen für die satellitengestützte Kommunikation zu realisieren, verleiht dem Thema Strahlungshärte zusätzlich Bedeutung.

Im Bereich der „Strahlungsharten Elektronik“ werden schon jetzt aktive und passive Bauelemente, Schaltungen und kommerzielle Baugruppen der Digitalelektronik hinsichtlich ihrer Widerstandsfähigkeit und Fehleranfälligkeit bzw. -toleranz gegenüber intensiven Strahlungsfeldern untersucht.

Solche strahlungsresistenten Komponenten sind für große Beschleunigerexperimente zur Erforschung der Ursprünge des Universums im Bereich „kleinste Teilchen“ essentiell und etabliert. Dieses Wissen soll in für die Industrie relevante Hochtechnologien, wie beispielsweise die Raumfahrt und die Medizintechnik, transferiert werden. 

Der Paradigmenwechsel zu „All EP“ bei der kommerziellen Anwendung von Satelliten, die nun mit elektrischen Raumfahrtantrieben durch den Strahlungsgürtel der Erde in ihre Zielumlaufbahn gebracht werden, erhöht die Verweildauer von Satelliten im Strahlungsgürtel massiv und damit auch die der auf ihm befindlichen elektronischen Komponenten.

Dies erfordert den Einsatz strahlungsharter Elektronik. Der Einfluss von kosmischer Strahlung auf die Photovoltaikpaneele und die elektrischen Energiespeicher („Batterien“) muss geprüft werden. Bisher werden für solche extremen Anwendungssituationen digitale und andere elektronische Komponenten speziell entwickelt. Das ist mit extrem hohen Kosten und langen Entwicklungszeiten verbunden. Der Trend in der Raumfahrt geht dahin, zur Kostenersparnis zukünftig Kompromisse hinsichtlich der Leistungsfähigkeit in Kauf zu nehmen und verstärkt kommerziell erhältliche elektronische Komponenten aus dem Breitenmarkt einzusetzen. Entsprechend sind Testeinrichtungen und Kriterien für Tauglichkeitsuntersuchungen solcher Komponenten nötig und werden ein Marktfaktor werden (siehe Interessensbekundungen der entsprechenden Industrie im Anhang).