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Die Erfindung betrifft Detektoren für nukleare Ereignisse
und Insbesondere derartige Detektoren zum Einsatz für den
Schutz einer elektronischen Ausrüstung, insbesondere
digitalen elektronischen Ausrüstung, gegenüber von Strahlung,
insbesondere Gammastrahlung, induzierten elektrischen
Effekten.
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Ein derartiger Nuklearereignisdetektor wird durch Strahlung
auf einem Flußpegel, der dazu neigt, die zu schützende
Ausrüstung zu stören oder dieser Schaden zuzufügen, in den
Betriebszustand getriggert. Die elektronischen Komponenten
der Ausrüstung, die insbesondere eines Schutzes bedürfen,
sind selbstverständlich Halbleiterbauelemente. Während der
Gammabestrahlung erzeugen sämtliche vorgespannte
pn-Halbleitergrenzschichten oder -übergänge einen zur
Gammadosisrate proportionalen Fotostrom, wodurch eine Störung, ein
Latchup und ein Versagen ("Durchbrennen") der solche
Übergänge enthaltenden Halbleiterbaulemente hervorgerufen
werden. Im Fall von CMOS Bauelementen wird insbesondere der
Latchup-Effekt (wobei die logischen Elemente innerhalb des
Bauelements in einem fixierten Zustand gehalten werden) das
Versagen des Bauelements bewirken, es sei denn, das
Bauelement ist strombegrenzt oder die Leistung wird abgeführt.
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Bekannte Nuklearereignisdetektoren zum Schutz einer
elektronischen Ausrüstung wie die in Electrical Design News,
Band 30, August 1985,Seiten 133-140, beschriebenen
Detektoren umfassen eine Schaltungsvorrichtung zur Abtrennung der
Halbleiterbauelemente in der Ausrüstung von ihrer
Versorgung durch Erden einer Versorgungsleitung für die
Bauelemente bei Detektion eines Gammastrahlungsereignisses.
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In der Vergangenheit haben Designer Schaltungseinrichtungen
eingesetzt, die beispielsweise einen SCR (gesteuerten
Siliziumgleichrichter), Einzelleistungstransistoren oder
MOSFETS verwenden, die die gesamte Ausrüstung von der
Versorgung abtrennen, nachdem ein Gammaereignis detektiert worden
ist. Jedoch ist häufig der Fall, daß nicht sämtliche
Bauelemente Schutz bedürfen. Darüber hinaus wäre
wünschenswert, für einige Bauelemente die Vorkehrung zu treffen,
ihre Versorgung während und nach dem Ereignis zu behalten,
um essentielle Systemdaten zurückzuhalten. Bei Verwendung
eines Nuklearereignisdetektors, der nur lokal empfindliche
Bauelemente von der Versorgung abtrennt, könnte die Zeit
zur Reinitialisierung der Ausrüstung, beispielsweise deren
Rechner, stark verkürzt werden und essentielle Daten
könnten im "Hart"-Speicher zurückgehalten werden.
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Es ist ein Anliegen der vorliegenden Erfindung, einen
Nuklearereignisdetektor zu schaffen, der zum Einsatz bei
der effektiven lokalen Versorgungsabtrennung nur von
empfindlichen Bauelementen geeignet ist.
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Gemäß der Erfindung ist ein Nuklearereignisdetektor
vorgesehen, der aufweist: eine Strahlungsmeßeinrichtung, die ein
Ausgangssignal ansprechend auf den Einfall von Strahlung
auf sie über einem Schwellwertpegel erzeugt; eine
Schaltungseinrichtung, die auf das Ausgangssignal der
Meßeinrichtung anspricht, um ein Steuersignal zu erzeugen; einen
Anschluß zum Anschluß an eine Spannungsversorgungsleitung
für Vorrichtungen oder Bauelemente einer Ausrüstung, die
beim Auftreten eines nuklearen Ereignisses zu schützen
sind, und eine elektrische Schalteinrichtung, die einen
normalerweise offenen Schaltpfad zwischen dem Anschluß und
Masse vorsieht, wobei die Schalteinrichtung durch das
Steuersignal so gesteuert wird, daß ansprechend auf das
Einfallen von Strahlung auf die Meßeinrichtung über diesem
Schwellwertpegel der Schaltpfad schließt, um so den
Anschluß auf Masse zu legen, dadurch gekennzeichnet, daß
der Detektor ferner einen weiteren Anschluß zum Anschluß an
eine weitere Spannungsversorgungsleitung für Vorrichtungen
oder Bauelemente einer Ausrüstung aufweist, die beim
Auftreten eines nuklearen Ereignisses nicht zu schützen
sind, und eine weitere elektrische Schalteinrichtung
enthält, die einen normalerweise geschlossenen weiteren
Schaltpfad zwischen dem Anschluß und dem weiteren Anschluß
vorsieht, und worin die Schaltungseinrichtung auf das
Ausgangssignal der Meßeinrichtung anspricht, um ein
weiteres Steuersignal vor dem erstgenannten Steuersignal zu
erzeugen, wobei die weitere Schalteinrichtung durch das
weitere Steuersignal so gesteuert wird, daß ansprechend auf
das Einfallen von Strahlung auf die Meßeinrichtung über
diesem Schwellwertpegel, bevor der Schaltpfad schließt, der
weitere Schaltpfad öffnet, um so den weiteren Anschluß vom
erstgenannten Anschluß zu isolieren.
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Vorzugsweise umfaßt der Ereignisdetektor ferner eine
Ereignisverriegelungseinrichtung, die so angeschlossen, ist daß
sie von der Zeitsteuerschaltung ein Steuersignal empfängt
und hierdurch auf einen vorbestimmten abrufbaren Zustand
setzbar ist, der für das Ereignis repräsentativ ist.
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Vorzugsweise umfassen die Schaltungspfade der ersten und
zweiten Schaltungseinrichtung
MOSFET-Leistungseinrichtungen.
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Geeigneterweise werden die Schaltungsvorrichtungen von
einer Ladungspumpenschaltung erregt.
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Ein Nuklearereignisdetektor gemäß der Erfindung wird nun
beispielhalber unter bezug auf die beigefügte Zeichnung
beschrieben, die eine schematische Darstellung des Detektor
ist.
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Der Detektor ist in diskreter Form oder in Form einer
Hybridbaueinheit realisiert, wobei die Umgrenzung der
Baueinheit in der Zeichnung durch die durchgezogene Linie L
angezeigt ist.
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Der Detektor umfaßt: eine Strahlungsmeßeinrichtung 11; eine
Zeitsteuerschaltung 13; erste und zweite elektrische
Schalteinrichtungen 15a, 15b; eine
Ereignisverriegelungseinrichtung 17 oder Latcheinrichtung; und eine
Ladungspumpenschaltung 19.
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Die Strahlungsmeßeinrichtung 11 umfaßt einen Sensor 21,
typischerweise eine Fotodiode, und einen Verstärker 23,
dessen Eingang die über dem Sensor 21 auftretende Spannung
zugeführt wird, wobei das Ausgangssignal des Verstärkers 23
das Ausgangssignal der Meßvorrichtung 11 darstellt. Die
Verstärkung des Verstärkers 23 ist so ausgelegt, daß sie
durch eine Komonenteneinrichtung 25 variablen Werts
außerhalb der Ereignisdetektorbaueinheit gesteuert wird, um so
die bedarfsweise Festlegung des
Strahlungspegelschwellwerts, bei dem die Einrichtung 11 ein Ausgangssignal
liefert, zu ermöglichen. Die Komponente 25 umfaßt
typischerweise einen Widerstand, der zwischen Masse und einem
geeigneten Punkt in der Schaltung der Einrichtung 11,
beispielsweise einem Verzweigungspunkt zwischen dem Sensor
21 und dem Verstärker 23 geschaltet ist, wie in der
Zeichnung angezeigt ist.
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Die Zeitsteuerschaltung 13, deren Eingang mit dem Ausgang
der Einrichtung 11 verbunden ist, umfaßt eine
Zeitgeberschaltung 27, die mit einer Einrichtung 29, beispielsweise
einem variablen Kondensator, außerhalb der
Ereignisdetektorbaueinheit zur Variation der in ihr gebildeten
Zeitgebersignale verknüpft ist, und eine
Ausgangssteuerschaltung 31, die die durch die Zeitgeberschaltung 27
gebildeten Zeitgebersignale empfängt und ansprechend
hierauf Steuersignale in vorbestimmter zeitlich gesteuerter
Beziehung an ihren jeweiligen Ausgängen 33a, 33b bildet.
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Die Schalteinrichtungen 15a, 15b enthalten einen ersten
Schaltpfad 35a bzw. einen zweiten Schaltpfad 35b, wobei die
Schaltpfade 35a, 35b durch MOSFET-Leistungseinrichtungen
vorgesehen sind. Der erste Schaltpfad 35a ist zwischen dem
ersten und zweiten Anschluß 37a und 37b des
Ereignisdetektors geschaltet und der zweite Schaltpfad ist zwischen dem
Anschluß 37b und Masse geschaltet.
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Im Normalbetrieb des Detektors, d.h. bei Nichtvorliegen
eines nuklearen Ereignisses, ist der Schaltpfad 35a
geschlossen und der Schaltpfad 35b ist offen, wie in der
Zeichnung gezeigt ist.
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Die Schalteinrichtungen 15a, 15b werden durch die
Steuersignale gesteuert, die an den Ausgängen 33a und 33b der
Ausgangssteuerschaltung 31 der Zeitsteuerschaltung 13
auftreten, wie weiter unten erläutert ist.
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Die Schalteinrichtungen 15a, 15b werden durch die
Ladungspumpenschaltung 19 erregt, die durch Impulse angesteuert
wird, die geeigneterweise von einem Taktimpulsgenerator in
der durch den Ereignisdetektor zu schützenden Ausrüstung
abgeleitet werden (nicht dargestellt), um eine
Versorgungsspannung für die Schalteinrichtungen 15a, 15b von
typischerweise 15 Volt über einen Ausgangskondensator 39 der
Ladungspumpenschaltung 19 bereitzustellen.
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Die Ausgangssteuerschaltung 31 der Zeitsteuerschaltung 13
enthält einen Transistor (nicht dargestellt) mit offenem
Kollektor, wobei der Kollektor dieses Transistors mit einem
Ausgang 33c der Schaltung 31 verbunden ist. Der Ausgang 33c
ist mit einem Ausgangsanshluß 41 des Ereignisdetektors
verbunden, um an diesem einen Impuls vorzusehen, der dazu
benutzt wird, eine Datenverarbeitungseinrichtung in der zu
schützenden Ausrüstung dahingehend zu informieren, daß ein
nukleares Ereignis aufgetreten ist.
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Die Ereignisverriegelung 17 wirkt so, daß sie im Fall des
Auftretens eines Signals am Ausgang 33a der
Ausgangssteuerschaltung 31 das Auftreten eines nuklearen Ereignisses
anzeigend ein Datenbit speichert. Die Ereignisverriegelung
17 wird durch ein der Verriegelung 17 über einen Anschluß
43 des Ereignisdetektors zugeführtes Lesesignal abgefragt,
woraufhin das in der Verriegelung gespeicherte Datenbit,
falls infolge des Auftretens eines nuklearen Ereignisses
vorhanden, an einem Anschluß 45 des Ereignisdetektors
erscheint. Die Verriegelung 17 wird durch Anlegen eines
Impulses über einen Anschluß 47 des Ereignisdetektors
zurückgesetzt.
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Im Einsatz des Ereignisdetektors ist der Anschluß 37a mit
einer Hauptspannungsversorgungsleitung der zu schützenden
Ausrüstung verbunden. Bauelemente in der Ausrüstung, die
beim Auftreten eines nuklearen Ereignisses keines Schutzes
bedürfen, werden direkt von dieser
Spannungsversorgungsleitung gespeist. Bauelemente in der Ausrüstung, die eines
derartigen Schutzes bedürfen, werden über eine zweite an
den Anschluß 37b des Ereignisdetektors angeschlossene
Spannungsversorgungsleitung der Ausrüstung gespeist. Wie
oben festgestellt, sind bei Nichtvorliegen eines nuklearen
Ereignisses die Schaltpfade 35a und 35b offen bzw.
geschlossen, so daß sämtliche Bauelemente in der Ausrüstung
mit der Hauptversorgungsleitung der Ausrüstung für eine
Versorgung hierdurch verbunden, wobei die zu schützenden
Bauelemente über den Schaltpfad 35a hiermit verbunden sind.
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Beim Auftreten eines nuklearen Ereignisses mit dem Resultat
der Detektion von Gammastrahlung durch den Sensor 21
oberhalb des durch die Komponente 25 gesetzten
Schwellwertpegels,
erzeugt die Zeitsteuerschaltung 13 ein Steuersignal
an ihrem Ausgang 33a, das der Schalteinrichtung 15a
zugeführt wird, um so den Schaltpfad 35a zu öffnen, wodurch die
Spannungsversorgung zu den zu schützenden Bauelementen
abgetrennt wird, während die Versorgung zu den anderen
Bauelementen in der Ausrüstung aufrechterhalten wird.
Vorübergehend nach dem Auftreten des Steuersignals am
Ausgang 33a erzeugt die Zeitsteuerschaltung 13 nach einer
durch die Komponente 29 bestimmten Zeit ein Steuersignal an
ihrem Ausgang 33b, das der Schalteinrichtung 15b zugeführt
wird, um das Schließen des Schaltpfades 35b zu bewirken,
wodurch der Anschluß 37b und damit die zweite
Versorgungsleitung der Ausrüstung geerdet werden, und wodurch jegliche
in den zu schützenden Bauelementen und der damit
verknüpften Schaltung gespeicherte Restenergie auf Masse abgeleitet
wird. Es ist zu beachten, daß infolge des geöffneten
Zustands des Schaltpfads 35a zu diesem Zeitpunkt das
Schließen des Schaltpfads 35b nicht die Spannungsversorgung
der Bauelemente beeinflußt, die bei Auftreten eines
nuklearen Ereignisses nicht von der Versorgung abzutrennen sind.
Daher ermöglicht der Ereignisdetektor sowohl das Abtrennen
der Versorgung zu den zu schützenden Bauelementen als auch
die Ableitung von gespeicherter Restenergie bezüglich der
Bauelemente ohne Unterbrechung der Versorgung der
Bauelemente, die nicht abzutrennen sind.
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Es versteht sich, daß während im beispielhalber
beschriebenen Ereignisdetektor Leistungs-MOSFETS die Schaltpfade 15a,
15b vorsehen, in anderen Ereignisdetektoren gemäß der
Erfindung stattdessen jegliche
Hochgeschwindigkeit-Schaltelemente mit geringem Schaltpfadwiderstand verwendbar sind.
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Es versteht sich, daß ein erfindungsgemäßer
Ereignisdetektor so aufgebaut sein wird, daß er selbst durch
Gammastrahlung im wesentlichen unbeeinträchtigt ist. Dies kann unter
Anwendung bekannter Strombegrenzungs- und
Kompensationstechniken
in den Schaltungen des Ereignisdetektors erzielt
werden.
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Es versteht sich ferner in diesem Zusammenhang, daß während
im beispielhalber beschriebenen Ereignisdetektor nur die
variablen Komponenten 25, 29 außerhalb der
Detektorbaueinheit liegen, in anderen Anordnungen gemäß der Erfindung
weitere Komponenten, insbesondere die
Leistungsschalteinrichtungen 15a, 15b, außerhalb der Baueinheit liegen
können.