1 はじめに

SEE 軌道上イベント率を計算するには、デバイスの SEE 断面積と特定の軌道で遭遇する粒子のフラックスの両方が必要です。デバイス SEE 断面は通常実験的に決定され、軌道上の粒子のフラックスは経験的データに基づいて様々なソフトウェア アルゴリズムを用いて計算されます。代表的な事象発生率を生成する目的で、低地球軌道 (LEO) の例と静止地球軌道の例 (GEO) を Cosmic Ray Effects on Micro-Electronics 96 (CREME96) を用いて計算しました。これらの軌道速度は、多数の電子機器間でイベント速度の計算を比較するための指標として使用されるため、国際宇宙ステーション (ISS) で見られる全方向のフラックスに直接適用することはできないことに注意してください。CREME96 コードは、地球近傍軌道上の放射線環境の推定を可能にするプログラム群であす^[1、2]。CREME96 は、航空宇宙業界で利用可能ないくつかのツールの 1 つで、正確な宇宙環境計算を提供します。導入以来、CREME モデルは軌道上のデータと比較され、精度が実証されてきました。特に、CREME96 には、フラックスが短時間で数桁増加する可能性がある現実的な「最悪の場合」太陽粒子イベントモデルが組み込まれています。

保守的なイベント率を生み出すために、最悪週モデル(過去 45 年間で 1 週間に及ぶ最大の太陽光イベントに基づく)が選択されました。この事象は 99％ の信頼水準で最悪の事象に相当するとされています^[3、4]。統合された磁束には、太陽と銀河の源からの重イオンへの陽子が含まれています。100mil (2.54mm) のアルミニウムでは、最小限のシールド構成を想定しています。LEO にある国際宇宙ステーション (ISS) と GEO 環境の 2 つの軌道環境が推定された。図 1-1 に、これら 2 つの環境における積分されたフラックス (高入射 LET から低エネルギー) を示します。Y 軸は、高い LET から低い LET まで積分された磁束を表しています。特定の LET 値における積分フラックスの値は、実際には、その特定の LET 値におけるすべてのイオン イベントをそれより高いすべての LET に積分したものです。これらの軌道速度は、30MeV 未満のイベント レートの計算が過大評価される可能性があるため、30MeV を超える LET に最も適しています。

Y 軸は、高い LET から低い LET まで積分された磁束を表しています。特定の LET 値における積分フラックスの値は、実際には、その特定の LET 値におけるすべてのイオン イベントをそれより高いすべての LET に積分したものです。これらの軌道速度は、30MeV 未満のイベント レートの計算が過大評価される可能性があるため、30MeV を超える LET に最も適しています。

図 1-1 最悪の週と 100mil (2.54mm) のアルミニウム遮蔽を仮定した CREME96 によって計算された、LEO-ISS (黒線) とGEO (赤線) 環境における積分粒子流量と入射 LET の関係

図 1-1 は、CREME96 を使用して最悪の週と 100mil (2.54mm) のアルミニウム遮蔽を仮定して計算された、LEO-ISS (黒線) と GEO (赤線) 環境における積分粒子流量と入射 LET の関係を示しています。Y 軸は、高い LET から低い LET まで積分された磁束を表しています。特定の LET 値における積分フラックスの値は、実際には、その特定の LET 値におけるすべてのイオン イベントをそれより高いすべての LET に積分したものです。

このデータを使用すると、任意の LET の積分粒子フラックスを抽出できます。イベント率の計算を簡素化するために、すべての断面積曲線が正方形であると仮定します。つまり、開始 LET 未満では断面積は完全にゼロですが、開始 LET を超えると断面積は飽和断面積と均一に等しくなります。図 1-2 は、緑の曲線が実際のワイブル曲線を、赤の破線で示した「正方形」近似データに当てはめている近似値を示しています。これにより、1 回の乗算でイベント レートを計算できます。イベント レートは、オンセット LET の積分フラックスと飽和断面積の積になります。明らかに、二乗近似の下の面積が実際の断面曲線よりも大きいため、イベント レートの過剰推定につながりますが、上限イベント レートの推定値を計算するために、この変更により、フラックス曲線と断面曲線上の積分を行う必要がなくなります。

図 1-2 デバイスの断面と入射 LET の関係。ワイブル近似 (黒) が正方形近似 (赤破線) によってどのように「簡略化」されているかを示しています。

図 1-2 に、デバイス の断面図とインシデント レット LET の対比を示します。この図は、ワイブル フィット (黒) が正方形近似 (赤い破線) を使用して「簡略化」していることを示しています。

イベント レートの計算方法を 図 1-2 示すには、断面がに示されているデバイスの GEO 軌道のイベント レートを計算する必要があるとします。図 1-1 の赤い曲線と、図 1-2 から得られた開始入射 LET 値 (約 65MeV-²/mg) を使用すると、GEO 積分フラックスは約 3.24 × 10^–4 ions/cm² 日であることがわかります。イベント レートは、図 1-2 の積分磁束と飽和断面積の積 (約 5.3 x 10^-6 cm²) です。

式 1.

式 2.

式 3.