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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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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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Actions sur les équipements électroniques
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1. Généralités sur les rayonnements et les milieux nucléaires
1.1 Sources de radiations
Quels sont les divers milieux où l’on rencontre des rayonnements ; quelles sont les mesures qui peuvent être concernées ?
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Notre environnement (sol, sous-sol, atmosphère) est naturellement émissif de rayons et de particules. Le niveau d’activité est généralement faible (puisque compatible avec la vie animale et humaine). L’ordre de grandeur typique de débit de dose en région parisienne, par exemple, est de 10 µrad · h –1 (voir unités § 1.2).
Il existe des anomalies ponctuelles régionales (Massif central), ou continentales, telles que dans des zones granitiques d’origine volcanique (régions de séismes, par exemple) où la radioactivité naturelle peut être anormalement élevée (10 à 100 fois la moyenne commune). C’est le cas en Asie ou en Amérique du Sud, par exemple (en Inde ou au Brésil, pour se limiter à ces seules régions très caractéristiques). Notons aussi les évolutions journalières et locales (mines) de gaz radioactif (radon), dont on observe une augmentation significative en période crépusculaire ou sismique.
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Pour en terminer avec notre environnement, mentionnons les quelques centaines de kilomètres de notre espace environnant, espace dans lequel l’homme déploie de nombreuses actions. On y observe une grande variété de particules (rayons cosmiques galactiques, particules piégées par le champ magnétique terrestre, ions lourds, etc.). Ces particules sont fortement ionisantes. Des expériences actuelles (pour des applications spatiales) ont lieu pour caractériser les anomalies constatées (telle que l’anomalie de l’Atlantique sud, où le champ magnétique terrestre y capte cinquante fois plus de rayons cosmiques qu’ailleurs). Cela peut non seulement mettre en danger les équipements à long terme, mais aussi affecter la santé des astronautes à bord de stations orbitales (figure 1).
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Enfin, il n’est pas inutile de signaler que les occupants de vols long courrier à très haute altitude reçoivent des doses d’exposition non négligeables (accumulation de dose) (figure ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - CAREL (C.) - Phénomènes généraux liés aux contextes radiatifs. - Nuclétudes S.A. Conférences RADECS (1989).
-
(2) - GAILLARD (R.) - Effets transitoires des rayonnements nucléaires. - Nuclétudes S.A. Conférence RADECS (1989).
-
(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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