Kesan radiasi, mitigasi
Cahaya matahari salah satu bentuk radiasi elektromagnetik yang memberi kesan kepada bumi. - Gambar hiasan
Pernahkah anda mendengar atau menonton televisyen mengenai topik berkenaan radiasi?
Perkataan radiasi mempunyai kaitan dengan tenaga atau benda bergerak melalui angkasa lepas.
Terdapat banyak bentuk radiasi dan cahaya matahari merupakan salah satu bentuk radiasi elektromagnetik.
Begitu juga dengan sinaran ultra ungu, sinaran inframerah dan radiasi gamma.
Istilah radiasi juga menerangkan zarah jirim yang bergerak dengan pantas.
Salah satunya yang terkandung dalam ruang angkasa lepas adalah radiasi kosmik atau lebih biasa disebut cosmic rays. Radiasi berkenaan tidak terbentuk daripada tenaga cahaya, tetapi terdiri daripada nukleus atom seperti hidrogen, helium, besi dan lain-lain yang bergerak melalui ruang angkasa lepas beratus-ratus ribu kilometer sesaat.
Dalam kelompok itu, ada beberapa elektron dalam sinar kosmik bergerak pada hampir kelajuan cahaya.
Satu bentuk radiasi yang lebih eksotik yang tidak terhasil daripada cahaya atau benda adalah radiasi neutrino.
Neutrino adalah zarah yang bergerak pada kelajuan cahaya seperti radiasi elektromagnet, tetapi ia bukan satu benda dan juga tidak dihasilkan oleh medan elektrik atau magnet.
Fenomena South Atlantic Anomaly (SAA) merujuk proton dan elektron terperangkap dalam medan magnet yang mengelilingi Bumi .
Radiasi angkasa lepas terdiri daripada ion yang wujud dalam bentuk tenaga dan zarah bercas tinggi.
Terdapat tiga sumber semula jadi radiasi angkasa lepas iaitu, Trapped radiation, Solar particle events (SPE) dan Galactic cosmic radiation (GCR).
Trapped enviroment ditakrifkan sebagai proton dan elektron yang terperangkap dalam medan magnet yang mengelilingi bumi.
South Atlantic Anomaly (SAA) adalah satu contoh trapped environment. Ini adalah hasil daripada dwikutub medan geomagnetik lebih kurang 11° dari paksi putaran Bumi dan anjakan kira-kira 500 kilometer ke arah Pasifik Barat.
Ini akan menyebabkan medan magnet di sepanjang rantau Atlantik Selatan berubah iaitu medan magnet di kawasan itu adalah lebih rendah daripada biasa.
Oleh itu, zarah bertenaga lebih tinggi terperangkap mencapai ketinggian yang lebih rendah di rantau SAA. Sebaliknya, Asia Tenggara memaparkan medan magnet yang lebih kuat, iaitu zarah yang terperangkap mempunyai kedudukan yang lebih tinggi.
Proton yang terperangkap terletak terutamanya di dalam kawasan lingkaran radiasi satu dan dua.
Taburan partikel proton yang terperangkap dipengaruhi oleh ketinggian dan kecenderungan orbit.
Pada ketinggian yang lebih tinggi, fluks tenaga menjadi lebih rendah dan bergantung kepada aktiviti solar dan ribut magnetik (magnetic storms).
Persekitaran transien adalah disebabkan oleh kesan nyalaan suria dan GCR.
Letusan solar yang menghasilkan proton yang bertenaga tinggi dengan partikel-partikel lain pada jumlah skala yang lebih kecil seperti partikel alfa, ion-ion berat dan elektron.
GCR adalah partikel bercas tinggi memasuki sistem solar bumi dari luar.
Mereka terdiri daripada proton, elektron dan nukleus yang telah diionkan sepenuhnya.
Walaupun fluks adalah rendah, GCR boleh menyimpan sejumlah besar tenaga untuk menyebabkan masalah kepada peralatan elektronik satelit.
Gambarajah menunjukkan Bremsstrahlung dihasilkan oleh elektron tinggi tenaga dipesongkan oleh medan elektrik nukleus atom. Sumber: Wikipedia
Untuk partikel solar, medan magnet bumi bertindak melindungi bumi sebagai perisai dari partikel solar menembusi atmosfera bumi.
Alat elektronik satelit yang mengalami kesan-kesan radiasi jangka panjang, kebanyakannya disebabkan oleh proton dan elektron.
Kumulatif kerosakan jangka panjang pengionan kerana proton dan elektron boleh menyebabkan mengalami impak terhadap satelit seperti kenaikkan had arus elektrik yang telah ditetapkan, peningkatan kebocoran arus elektrik, perubahan masa pada sistem satelit, kemerosotan fungsi alat elektronik satelit.
Kesan radiasi angkasa lepas keatas satelit
a. Jumlah dos pengionan (total ionizing Dose: TID)
Satelit mengorbit Bumi rendah (LEO) yang bergerak melalui lingkaran Van Allen adalah kawasan partikel terperangkap beberapa kali sehari dan tahap fluks berubah dengan ketara dengan kecenderungan dan ketinggian orbit.
Lokasi bagi puncak fluks bergantung ke atas tenaga partikel itu sendiri. Untuk proton, puncak fluks pada ketinggian 3000 kilometer (KM).
Melebihi 3000 KM, tahap fluks proton jatuh dengan cepat bagi keadaan geomagnetik dan aktiviti solar yang biasa.
Walau bagaimanapun, tenaga proton sangat tinggi telah dikesan di kawasan ini selepas ribut geomagnetik yang besar.
Medan geomagnetik menyediakan perlindungan kepada satelit dari sinar kosmik dan nyalaan suria.
Apabila ketinggian bertambah, sinar kosmik dan nyalaan solar bertambah secara beransur-ansur.
Konsep yang sama digunapakai kepada kecenderungan, apabila terdedah kepada partikel ini bertambah, kecenderungan juga akan bertambah.
Pada LEO, sumber utama dos daripada proton dan elektron (zon lingkaran dalam).
Bremsstrahlung adalah radiasi sekunder yang dihasilkan apabila elektron yang yang terperangkap berinteraksi dengan satelit ketika cuba untuk menembusi struktur.
Bremsstrahlung boleh melanjutkan penembusan daripada radiasi utama yang membawa kepada peningkatan dalam pemendapan dos
Oleh itu, ini menunjukkan bahawa apabila satelit berada paras yang semakin tinggi; dos pengionan juga meningkat dengan kemuncaknya pada ketinggian 3,000 km.
Pada ketinggian rendah 600 km di LEO mungkin akan mengalami penurunan partikel proton dan ketumpatan elektron berbanding pada ketinggian yang lebih daripada 3000 km.
b. Peristiwa Tunggal yang Memberi Kesan (Single Event Effect : SEE)
Single Event Effect (SEE) berhubung secara langsung dengan degradasi oleh radiasi dan tenaga proton dan elektron yang tinggi.
Anomali SEE boleh dikelaskan kepada tiga jenis bentuk iaitu:
l Single Event Upset (SEU) - Boleh diketegorikan sebagai kegagalan alat atau sistem berfungsi dengan sempurna.
Dalam kata erti lain, alat atau sistem tersebut tidak dapat memberikan maklumat seperti yang diharapkan. Bukan diketegorikan sebagai pemusnah dan kesan dari SEU, alat atau sistem perlu atau tidak perlu di reset untuk kembali beroperasi seperti sedia kala.
l Single Event Latch-up (SEL) - Adalah kesan yang menyebabkan kenaikan arus elektrik secara mendadak melebihi spesifikasi yang telah ditetapkan pada satu-satu alat atau komponen.
Ia dikenalpasti disebabkan oleh apa yang dipanggil heavy ion yang dapat menembusi komponen dan merosakkan komponen tersebut dan juga menyebabkan gangguan kepada bekalan kuasa umumnya.
l Single Event Burnout (SEB) - Boleh menyebabkan kehadiran arus elektrik yang tinggi pada komponen transistor berkuasa tinggi. Apabila berlaku, ia akan membawa kepada kemusnahan kekal pada komponen tersebut.
Selain itu, kesan dari SEB boleh mengakibatkan gangguan isyarat pada komponen optik dan pembekuan data yang sedang dipindahkan dari satu sistem ke sistem yang lain.
Pelan mitigasi dari kesan radiasi angkasa lepas
Total Ionization dose (TID) ini boleh dicegah dengan menggunakan ketebalan perisai yang bersesuaian dan boleh dikira dengan menggunakan formula-formula tertentu berserta dengan menggunakan perisian yang khusus bagi mendapatkan analisis yang lebih terperinci.
Elektron yang terperangkap dan tenaga yang lebih rendah proton boleh dihentikan menembusi struktur satelit, walau bagaimanapun, tenaga
Proton yang tinggi masih boleh menyebabkan masalah kepada bahagian. Oleh itu, pemilihan bahan yang digunakan sebagai perisai dan juga konfigurasi reka bentuk bahan tersebut perlu dinilai dengan teliti.
Dalam usaha untuk memulihkan dari kesan SEE, pelan mitigasi diperlukan untuk berhadapan dengan masalah bit flip kesan dari SEU dan peningkatan arus elektrik yang tinggi secara mendadak kesan dari Single Event Latch-up (SEL).
Terdapat beberapa kaedah yang boleh membantu untuk melindungi daripada SEE dan SEL dengan menggunakan kaedah Error Detection and Correction (EDAC), Triple Module Redundancy (TMR) dan Microswitch.
Kajian dan juga ujian banyak dilakukan oleh pemaju satelit seperti ATSB® dalam usaha menangani isu-isu berkaitan radiasi di angkasa lepas termasuk pembangunan microswitch yang merupakan kaedah menangani isu berkaitan dengan SEL.
Selain itu, ATSB juga berusaha dengan memastikan setiap komponen sistem yang dicipta akan diuji tahap ketahanannya terhadap radiasi, panas serta sejuk yang ekstrem dan gegaran.
Info:
l Bremsstrahlung adalah sinaran elektromagnet yang dihasilkan oleh nyahpecutan zarah yang bercas apabila dipesongkan oleh zarah lain yang bercas.
l Zarah yang bergerak akan kehilangan tenaga kinetik, dan ditukarkan kepada tenaga foton bagi memelihara tenaga tersebut.
l Istilah ini juga digunakan untuk merujuk kepada proses untuk menghasilkan radiasi.
l Bremsstrahlung mempunyai spektrum yang berterusan, apabila kadar tenaga dari partikel meningkat, ia akan menjadi lebih kuat dan frekuensinya menjadi lebih tinggi.
Artikel Penuh: http://www.utusan.com.my/utusan/Sains_&_Teknologi/20121008/st_04/Kesan-radiasi-mitigasi#ixzz2ANVFGv5Z
© Utusan Melayu (M) Bhd
0 comments:
Post a Comment