Laboratoria

Laboratorium Industrialnych Badan Radiograficznych dla Mikroukładów LIBRaM

W laboratorium LIBRaM przewiduje się osiągnięcie poziomu techniczno-technologicznego umożliwiającego wykorzystywanie oraz budowę detektorów specjalnego typu i zastosowania, w szczególności do obrazowania promieniowaniem X, szybkich pomiarów energii i widma promieniowania, zastosowań specjalnych i unikalnych technik radiacyjnych. Posiadane i opracowywane detektory umożliwią testy płytek układów elektronicznych, układów warstwowych, struktur, układów mechaniki precyzyjnej itp.

W laboratorium LIBRaM dysponujemy szeroką gamą detektorów – przede wszystkim obrazujących prom. RTG, ale nie tylko.

W szczególności do obrazowania 1D, 2D i 3D, radiografii szybkiej, pomiarów energii promieniowania X, tomografii klasycznej (z wykorzystaniem tomografu przemysłowego) oraz niekonwencjonalnej – z możliwością zbudowanie układu własnego o znacznych gabarytach.

Posiadane i opracowywane detektory umożliwiają testy np. płytek układów elektronicznych, układów warstwowych, struktur, układów mechaniki precyzyjnej itp.

Możliwe jest kompleksowe badania obiektów z wykorzystaniem różnych technik, metod i urządzeń.

Wyposażeniu laboratorium w sprzęt towarzyszy zgromadzone doświadczenie i know-how, a także własne oprogramowanie obrazujące, dzięki któremu obrazy cyfrowe o dużej głębi bitowej mogą zostać poddane specjalistycznemu przetwarzaniu, w celu uwypuklenia pożądanych cech.

Przewiduje się rozwijanie kompleksowych zestawów – od konwersji promieniowania na sygnał elektryczny, poprzez cyfrowe przetwarzanie sygnałów, aż do oprogramowania przetwarzającego obrazy. Obrazowanie 2D oraz tomograficzne wykonywane będzie różnymi technikami oraz w szerokich zakresach energii, dlatego zastosowane wyposażenie ma charakter uniwersalny. Posiadane wyposażenie oraz rozwijane technologie, wraz z wykorzystaniem transferu technologii opracowywanych na potrzeby światowych eksperymentów fizyki wysokich energii, stawiają laboratorium LIBRaM w pierwszym rzędzie laboratoriów badawczo – technologiczno – usługowych. Posiadane wyposażenie zapewnia możliwość kompleksowego rozwoju w wielu kierunkach urządzeń będących połączeniem mechaniki precyzyjnej, elektroniki i oprogramowania. Techniki radiacyjne, a w szczególności aplikacje wiązane z wykorzystaniem promieniowania X w szerokim zakresie energii, przeżywają obecnie swoisty renesans. Znajdują coraz częściej i szerzej zastosowanie w medycynie (diagnoza i terapia), przemyśle (m.in. radiografia i tomografia przemysłowa, kontrola przygotowania paczkowanej żywności, radiacyjna zmiana własności materiałów, urządzenia pomiarowe) i ochronie granic. Zainteresowanie to obserwowane jest również w Polsce. Natomiast ośrodki rozwijające nowe opracowania skupione są w pojedynczych placówkach badawczych i akademickich. Laboratorium LIBRaM będzie aktywnym pomostem pomiędzy wiodącym ośrodkiem w Świerku a krajowymi firmami korzystającymi z badań nieniszczących czy sterylizacji radiacyjnej. Podmioty zewnętrzne zwykle z uwagi na brak środków nie są w stanie prowadzić aplikacyjnych badań B+R i dokonywać zakupu drogiego wyposażenia na potrzeby badawcze.

Laboratorium zaawansowanego druku 3D

Zgodnie z założeniami Projektu, PNT będzie bazą dla rozwoju nowoczesnych podmiotów gospodarczych oraz umożliwi szybkie wdrażanie wyników badań naukowych do zastosowania w przemyśle. Infrastruktura PNT zapewni możliwość kształtowania wielu modeli współpracy z przedsiębiorcami, w ramach świadczonej pomocy de minimis. Jednym z podstawowych celów PNT jest oferowanie rozwiązań technicznych o najwyższym stopniu innowacyjności, co przełożyć się ma na rozwój przedsiębiorstw z sektora MŚP w regionie mazowieckim.

Realizując powyższe założenia, w projekcie budowy i wyposażenia PNT przewidziano laboratorium zaawansowanego druku 3D. Wyjątkowość tego laboratorium na tle innych inicjatyw wynika z unikatowej konfiguracji urządzeń drukujących tak, aby możliwe było wykonywanie wydruków zarówno w metalach zarówno reaktywnych (tytan) jak i niereaktywnych (aluminium). Powyższe umożliwi drukowanie elementów przeznaczonych do zastosowań medycznych ze stopów tytanu, np. w celu wytwarzania spersonalizowanych implantów medycznych.

Infrastruktura laboratorium druku 3D PNT ma charakteryzować się szerokim spektrum oferowanych materiałów, łatwością użycia oraz najwyższej jakości wydrukiem, z uwzględnieniem wierności odtwarzania modeli komputerowych. W związku z powyższym, w celu odpowiedniego doboru parku maszynowego przeprowadzono szczegółową analizę dostępnych rozwiązań rynkowych oraz sprawdzono opinie użytkowników tego typu urządzeń. Analiza ta spośród dostępnych na rynku urządzeń umożliwiających wydruk w metalach i ich stopach wskazała na dwóch producentów: EOS i Concept Laser. Obie w/w firmy dostarczają maszyny umożliwiające wykorzystanie szerokiego spektrum materiałów w druku modeli przeznaczonych do niskoseryjnych produkcji. Niemniej jednak, biorąc pod uwagę aspekt technologiczny, wskazać należy, iż to firma Concept Laser korzysta z całego szeregu nowoczesnych technologii, których nie oferuje firma EOS.

Wyjaśnić należy, iż nowatorska technologia zastosowana przez producenta Concept Laser polega na tym, że warstwa drukowana nie jest spiekana liniowo wzdłuż jednego wyznaczonego kierunku, ale spawanie wykonywane jest w technologii wyspowej. W procesie tym warstwa spiekana jest w sposób stochastyczny – wyspa po wyspie, aż do całkowitego utworzenia warstwy. Takie rozwiązanie ma dwie bardzo ważne konsekwencje:

  • unika się kumulacji ciepła w jednym rejonie, co powoduje, że warstwa nie wykazuje naprężeń termomechanicznych;
  • spiekanie punktowe w rejonach, które nie są rejonami sąsiadującymi naśladuje technikę spawania ręcznego, sprawiając, że docelowy model wykazuje zminimalizowane naprężenia typowo procesowe.

Biorąc pod uwagę powyższe, rozwiązania proponowane przez producenta Concept Laser pozwalają na wyjątkowo precyzyjne odzwierciedlenie modeli komputerowych oraz na pozbawienie ich wydruków wad procesowych, wynikających z naprężeń struktury. Jest to innowacyjne i jedyne w swoim rodzaju rozwiązanie, które pozwala uzyskać wyjątkowo precyzyjne wydruki metalowe w szerokim spektrum metali, zarówno reaktywnych, jak i niereaktywnych. W związku z powyższym, elementy drukowane z wykorzystaniem unikatowej technologii oferowanej przez firmę Concept Laser, mogą znaleźć zastosowanie w miniaturowych źródłach promieniowania oraz akceleratorach, co pozwoli rozwinąć zdolności prototypowania dla powiązanych z NCBJ, firmami produkującymi urządzenia z zakresu detekcji i akceleracji cząstek. Dodatkowo, opisana powyżej technologia oferowana wyłącznie przez producenta Concept Laser, umożliwia wykonywanie wszelkiego rodzaju elementów biozgodnych w zakresie implantologii w sposób znacznie bardziej precyzyjny niż dotychczas. Wyjątkowość zastosowanej przez firmę Concept Laser technologii potwierdzają liczne chroniące ją patenty.

Ponadto rozwiązanie opisane powyżej, jako jedyne pozwala w jednej maszynie obrabiać zarówno tytan i jego pochodne oraz aluminium i jego pochodne, jaki i stal nierdzewną, złoto i srebro. Nie jest to rozwiązanie łatwe, a to ze względu na reaktywność np. tytanu. W unikatowym rozwiązaniu zastosowanym przez producenta Concept Laser, komora spiekająca jest w pełni oddzielona, co zapewnia jej własną atmosferę pracy. Również wyjątkowo niski stopień strat surowca (kształtujący się na poziomie mniejszym niż 1%), stanowiąc okoliczność niezwykle istotną w eksploatacji materiałów tak kosztownych, jak tytan czy złoto, potwierdza unikatowość rozwiązania producenta Concept Laser.

Należy podkreślić, że żaden z konkurentów nie zapewnia równie szerokiego spektrum materiałów możliwych do wykorzystania w oferowanych przez nich drukarkach 3D, oraz nie dysponuje technologią minimalizującą naprężenia modeli. Powyższe cechy świadczące o unikatowości rozwiązania Concept Laser umożliwiają wykonywanie potrzebnych elementów produkcyjnych w pojedynczych egzemplarzach, co wpisuje się w model współpracy z firmami zewnętrznymi, pracującymi nad szczególnie skomplikowaną aparaturą, która wymaga wytwarzania specyficznych części w niewielkiej liczbie sztuk.

Laboratorium Testów Nanomechanicznych

W ostatnich kilku latach badania nad nanomateriałami rozwinęły się do rangi jednych z najbardziej eksploatowanych kierunków badawczych. Z punktu widzenia badań i analizy zachodzących w nich zjawisk od samego początku niezastąpionymi narzędziami były metody mikroskopowe, takie jak mikroskopia transmisyjna (TEM), skaningowa (SEM) czy mikroskopia siła atomowych (AFM).

Zauważono jednak, że materiały o rozmiarach nanometrycznych wykazują często inne właściwości mechaniczne czy elektryczne niż te same materiały o rozmiarach makro i nawet mikroskopowych. Wynika to między innymi z rosnącego wpływu granic międzyziarnowych. Spowodowało to rozwinięcie badań zajmujących się testami materiałowymi w nanoskali. Podstawowym narzędziem analitycznym wykorzystywanym do takich badań są mikroskopy AFM sprzężone z głowicą nanoindentacyjną. Zaletą takich urządzeń jest możliwość wykorzystania ich w badaniach materiałów narażonych na promieniowanie jonizacyjne, których wykorzystanie planowane jest w energetyce jądrowej, a także inne nanomateriały bądź materiały w skali makro, których pewne właściwości mechaniczne mogą być zbadane dokładnie w skali nano takie jak ścieralność powierzchni czy odporność na mikroudary. Jedną z istotnych gałęzi przemysłu w dzisiejszych czasach sa powłoki, które powodują, że standardowe materiły nabierają nadzwyczajnych właściwości fizyko-chemiczne. Warstwa modyfikowana jest wtedy dość cienka, rzędu ułamka do kilku mikrometrów. Pomiar własności mechanicznych takich warstw możliwy jest jedynie metodami nanomechanicznymi.

Niezmiernie istotnym kierunkiem badań nad wykorzystaniem energetyki jądrowej jest opracowywana IV generacja wysokotemperaturowych reaktorów jądrowych tzw. HTR (ang. High temperaturę reactor). Reaktory te będą miały bardzo szerokie zastosowanie ze względu na podwyższona temperaturę pracy (rzędu 80 stopni Celsjusza) oraz opłacalną budowę bloków kilkusetmeagwatowych zamiast gigawatowych. Powoduje to, że urządzenia te są o wiele wydajniejsze od dotychczasowych wszędzie tam gdzie potrzebne jest ciepło procesowe w dużych ilościach do procesów przemysłowych (np. wielkie zakłady chemiczne). Dodatkowo sama konstrukcja reaktora umożliwia prace przy dużo większym wypaleniu paliwa (co powoduje mniej radioaktywne odpady) oraz jest dużo bardziej odporna na ewentualne awarie. Niemniej jednak, prace nad nowymi materiałami wykorzystywanymi w tego typu urządzeniach muszą być ciągle prowadzone aby wybrać jak najlepszych kandydatów na materiały konstrukcyjne.

Laboratorium wyposażone jest w urządzenie zbudowanego na bazie mikroskopu sił atomowych wyposażonego w szereg opcji dodatkowych pozwalających przeprowadzić kompleksowe testy struktury materiałowej oraz mechaniczne w nanoskali w temperaturze przekraczającej 500 C. Niezbędnym wyposażeniem laboratorium, które będzie wykorzystywana są również piece oporowe (stanowiące wkład własny w projekt) pozwalające uzyskiwać temperatury rzędu 1500 stopni Celsjusza, co wraz z możliwościami przeprowadzania naświetlania próbek materiałowych w narodowym Centrum Badań Jądrowych pozwoli na prace nad materiałami do zastosowań w reaktorach wysokotemperaturowych.

Laboratorium umożliwi między innymi:

  • Charakteryzację mikro i nanomechaniczną w skali nanometrycznej
  • Zbadanie wpływu rozmiarów struktur nanowymiarowych na własności materiałów
  • Badanie mechaniki struktur 2 i 1 wymiarowych, w tym układów MEMS
  • Określenie własności mechanicznych grafenu
  • Badania materiałów w warunkach narażenia na promieniowanie jonizacyjne
  • Badanie tzw. „smart materials” jak stopy z pamięcią kształtu.
  • Badanie materiałów strukturalnych takich jak w poprzednich punktach, ale dodatkowo pracujących w wysokich temperaturach (do 1500 stopni Celsjusza)
Laboratorium Elektroniki Odpornej na Radiacje

Rozwiązania techniczne

  • Montaż układów BGA

Umożliwia to wykorzystanie układów elektronicznych o dużej liczbie wyprowadzeń, takich jak procesory czy układy FPGA, które zajmują znaczniej mniejszą powierzchnię w porównaniu do alternatywnych technologii. Jest to technologia, bez której nie jest możliwe tworzenie urządzeń elektronicznych, które by były konkurencyjne na rynku.

  • Wielokrotne lutowanie i odlutowywanie układów, w tym w obudowach BGA

Jest to szczególnie istotne przy badaniu wpływu promieniowania, by w przypadku uszkodzenia (lub podejrzenia o uszkodzenie), móc samodzielnie wymienić kluczowe układy elektroniczne w urządzeniu. Możliwość wymiany wszystkich typów elementów elektronicznych (w tym BGA) na miejscu zwiększa bezpieczeństwo, ponieważ urządzenia będące w fazie testów radiacyjnych (napromieniowane) nie będą musiały być wysyłane na zewnątrz Parku w celu dokonania napraw lub zmian.

  • Stanowisko do inspekcji montażu (w tym BGA)

Efektywne wykorzystanie najnowszych technik montażu (np. BGA, SMT), z uwagi na zaawansowanie technologiczne, wymaga możliwości inspekcji w celu zagwarantowania jakości i niezawodności tworzonych rozwiązań.

  • Zaawansowane testowanie i uruchamianie systemów elektronicznych

Oprócz możliwości testowania urządzeń w ekstremalnych warunkach, istotne jest, aby laboratorium umożliwiało tworzenie zaawansowanych produktów rynkowych, wykorzystujących najnowsze technologie, np. gigabitowa komunikacja szeregowa, światłowody, GSM, Wi-Fi, RFID, itp. Do tego celu niezbędnie jest zapewnianie odpowiednich narzędzi, takich jak szybkie oscyloskopy, analizatory stanów logicznych, analizatory widma, analizatory sieci, mierniki mocy itp.

Odnosząc się do potrzeby stworzenia przedmiotowego laboratorium, należy podkreślić, że elektronika jest jedną z najbardziej rozwijających się dziedzin przemysłu na świecie. Z każdym rokiem rozwiązania elektroniczne są stosowane w coraz to nowych obszarach, jak również coraz to kolejne dziedziny życia stają się całkowicie zależne od elektroniki, np. telekomunikacja, medycyna, komunikacja lotnicza, komunikacja samochodowa itp.

Istnieje pewna grupa zastosowań, która wymaga systemów elektronicznych odpornych na wpływ radiacji. W sposób oczywisty jest to np. Energetyka Jądrowa, medycyna, czy przemysł lotniczy i kosmiczny. Oprócz wymienionych, mogą istnieć systemy o znaczeniu krytycznym (np. instalacje militarne), gdzie niedopuszczalna jest usterka spowodowana oddziaływaniem promieniowania kosmicznego (miony przelatujące przez atmosferę) na układy elektroniczne.

Z racji unikalnej lokalizacji Parku, w ośrodku jądrowym w Świerku, powstaje możliwość realizacji systemów dedykowanych do takich zastosowań, oraz ich pełnego i pewnego testowania na miejscu.

W ramach Laboratorium Elektroniki Odpornej na Radiacje mamy do czynienia z tworzeniem i wyposażeniem następujących pomieszczeń:

Laboratorium uruchomieniowe: zapewni dostęp do narzędzi niezbędnych przy uruchamianiu i testowaniu prototypowych układów elektronicznych. Laboratorium będzie wyposażone w stół laboratoryjny z półkami (umieszczonymi powyżej blatu) do ustawiania sprzętu elektronicznego, pokryty matą antystatyczną podłączoną do uziemienia, fotel, lampę stołową laboratoryjną z lupą, komputer stacjonarny, wielokanałowy stabilizowany zasilacz laboratoryjny, mały 4-kanałowy oscyloskop, ręczny miernik uniwersalny, generator funkcyjny.

Wykaz najważniejszych dostępnych urządzeń

  • duży zaawansowany oscyloskop z pasmem analogowym 12.5 GHz,
  • analizator stanów logicznych o prędkości do 4 GHz,
  • analizator widma do 26 GHz,
  • generator przebiegów arbitralnych do 1 GHz,
  • generator RF do 6 GHz
  • zestaw różnych kabli połączeniowych,
  • zestaw programatorów najpopularniejszych układów programowalnych,
  • zestaw podstawowych narzędzi mechanicznych (wkrętaki, szczypce, pęsety, etc) niezbędnych przy pracy z układami elektronicznymi,
  • małą sieciową kolorową drukarkę laserową (służącą do wydruków schematów elektrycznych, oscylogramów oraz innych wyników pomiarów).

Laboratorium testowe: zapewni możliwość testowania układów elektronicznych w różnych warunkach klimatycznych:

  1. płynna regulacja temperatury w zakresie: -80C do 170C,
  2. płynna regulacja wilgotności: 5-98%
  3. możliwość podłączenia zewnętrznych sygnałów elektrycznych do urządzenia testowanego (zasilanie, sygnały komunikacyjne, etc).

Dodatkowo stanowisko testowe powinno udostępniać możliwość przeprowadzenia testów wibracyjnych na badanym urządzeniu. Szerokie spektrum zmian parametrów pracy zapewni funkcjonalność symulatora przestrzeni kosmicznej. Komora powstanie na specjalne zamówienie, dlatego niżej przestawione parametry są przybliżone.

Praktyczne zastosowania, odbiorcy końcowi

Laboratorium stwarza możliwość testowania systemów elektronicznych w ekstremalnych warunkach, takich jak: skrajne temperatury, wilgotności, przeciążenia czy promieniowanie jonizujące. Otwiera przed Parkiem możliwości realizacji rozwiązań dla różnych segmentów rynku (niedostępnych dla większości firm), takich jak energetyka jądrową, przemysł lotniczy, kosmiczny, wojskowy itp.

Odbiorcą badań będą różne gałęzie gospodarki, jak telekomunikacja, elektronika użytkowa, automatyka, specjalistyczne urządzenia pomiarowe, itp. oraz dziedziny o podwyższonym stopniu ryzyka, takie jak przemysł lotniczy, kosmiczny, wojskowy, medycyna, energetyka jądrowa, itp.

Laboratorium Testów Niezawodnościowych

Co to jest niezawodność i dlaczego ją testujemy?

Testowanie niezawodności jest częścią procesu testowania systemu i jego finalnej ewaluacji. Precyzując dalej, testowanie niezawodności dotyczy skrupulatnego testowania elementów składających się na dany system oraz właściwego prowadzenia testów pod kątem ich ewaluacji i definicji wszystkich ścieżek krytycznych w systemie mogących być głównych źródłem późniejszych zakłóceń w prawidłowej i ciągłej pracy systemu.

Jak w każdej procedurze testowania, również w testowaniu niezawodności można wyszczególnić konkretne etapy takiego procesu:

  • Przygotowanie testów
  • Przeprowadzenie fazy testowej
  • Bieżące ewaluacje testów
  • Zbieranie danych wynikowych
  • Analiza i ostateczne wnioski
  • Sporządzenie raportu z testu

Kluczowym celem testów niezawodności danego systemu czy produktu w sensie urządzenia jest określenie, czy spełnia on wytyczne MTBF (średni czas bezawaryjnej pracy, czyli czas ciągłej pracy najczęściej wyrażany w tysiącach bądź milionach godzin). Aby osiągnąć ten cel system musi być zaprogramowany tak, by pracował w ściśle określony sposób, dedykowany do detekcji konkretnych błędów w określonym czasie. Wykrywane błędy, a w konsekwencji usterki w działalności systemu są odnotowywane w trakcie przeprowadzania testu, a sam test modyfikowany tak, aby osiągnąć najbardziej miarodajny wynik. Wytrzymałość systemu określana jest ostatecznie na podstawie uzyskanych wyników i jego minimalnego czasu życia.

Obecnie istnieją liczne metody testowania oraz bardzo rozbudowane narzędzia statystyczne umożliwiające niemal bezbłędne oszacowanie niezawodności danego systemu, jednakże większość z nich zakłada dystrybucję ekspotencjalną jako najbardziej właściwą do analizy niezawodności systemu. Kryteria uwzględniające akceptowalność systemu (a w zasadzie jego niezawodność) bazują na narzędziach statystycznych uwzględniających takie parametry, jak: wielkość danej próbki (urządzenia), współczynniki określające ryzyko błędów wynikających z rozbieżności w komunikacji względnej producenta i klienta, jak i dokładność samych pomiarów oraz oczywiście ich wyników.

Samo testowanie jest niezwykle interesujące również z punktu widzenia samej inżynierii, gdyż każdy przypadek jest wyjątkowy i wymaga indywidualnego podejścia. Co więcej w celu uzyskania ostatecznego sukcesu wymagane jest łączenie wiedzy inżynieryjnej, narzędzi statystycznych oraz precyzyjny przepływ informacji z klientem umożliwiający dokładne przygotowanie testów pod konkretnie zdefiniowane cele i obostrzenia dotyczące niezawodności konkretnego systemu.

Rodzaje testów klimatycznych.

Pierwszym typem testu, jaki przeprowadza się w komorach klimatycznych jest HAST ( Higly Accelerated Temperature and Humidity). Jest to tak zwany test przyspieszony, czyli najbardziej ceniony w testach niezawodności i uwzględnia on zarówno czynnik wilgotnościowy, jak i temperaturowy. Test ten różni się tym od klasycznych testów wilgotnościowych, ze temperatura w komorze jest ustawiana na min 100 stopni C, co sprawia, że atmosfera wewnątrz komory wypełnia się parą wodną. Sprawia, to nie tylko, że cząstki wody ulegają znacznemu rozdrobnieniu, co zwiększa penetrację wewnątrz urządzenia, ale również zwiększa ciśnienie wewnątrz komory, co w konsekwencji przyspiesza penetracje.

Drugi typ testów jest najlepszą odpowiedzią na pytanie, jak kombinacja czynników zewnętrznych będzie wpływać na wnętrze i podzespoły naszego urządzenia, a w konsekwencji na jego finalne działanie. Metoda ta nosi nazwę CERT (Combined Environmental Reliability Test) i pozwala na wykrycie wszelkich usterek, tak tanio i szybko, jak to tylko możliwe. Kluczem, do trafnego zastosowania owej metody jest właściwa kombinacja wartości współczynników przyspieszających. Pozytywną cechą metody jest również możliwość ustalenia konkretnych warunków środowiskowych powodujących dany defekt.

Przy odtwarzaniu wpływu czynników środowiskowych zwykle dzieli się je na dwie grupy, czyli primary environment- czyli czynniki naturalne, traktowane w podejściu aksjomatycznie, można je również w przypadku diagramów niezawodności (p-diagrams) oznaczyć, jako KNP (key noise parameters), czyli czynniki których nie możemy kontrolować, a jedynie uwzględnić w ostatecznych profilu niezawodnościowym urządzenia. Drugi typ czynników środowiskowych, to czynniki wtórne- secondary environment, czyli, te co są już pośrednio dziełem człowieka i możemy je w pewnym stopniu kontrolować, a co za tym idzie noszą nazwę KCP (key control parameters).

Mieszane testy środowiskowe są szczególnie ważne dla przemysłu samochodowego i części samochodowych, dla innych gałęzi transportu (głównie kolej i statki), ale ostatnimi czasy stosuję się również testy poszczególnych urządzeń elektronicznych codziennego użytku. Tutaj trzeba by przygotować się do ogólnej akredytacji PCA, a następnie przeprowadzać testy już pod konkretne normy naszych klientów, gdyż nie bylibyśmy w stanie spełniać wszystkich norm, które często dzielą się jeszcze na wewnętrzne normy producentów oraz na ogólnie przyjęte normy danego przemysłu. Naszą rolę upatruję głównie na polu doradczym.

Idealnym uzupełnieniem mieszanych testów środowiskowych jest wprowadzenie do układu mierzącego dodatkowych wibracji. Metoda ta jest często nazywana combined multiaxial testing, od trójwymiarowego źródła drgań. Zakupiony przez nas sprzęt laboratoryjny umożliwia przeprowadzanie mieszanych testów środowiskowych połączonych z drganiami sinusoidalnymi, losowymi, bądź konkretnymi udarami. Fakt ten w połączeniu z posiadaniem reaktora atomowego oraz rozmaitego sprzętu do po-testowej analizy materiałowej daje nam sporą przewagę rynkowa i umożliwia przeprowadzanie wielu skomplikowanych komercyjnych procesów badawczych. Dodatkowo moglibyśmy weryfikować nie tylko normy niezawodności, ale również szeroko rozumiane normy bezpieczeństwa, co daje kolejne możliwości wypracowania wymiernego zysku.

Bardzo interesującym dla nas zagadnieniem jest też na pewno grupa testów radiacyjnych elementów elektronicznych. Nadal nie ma w zasadzie na świecie ośrodków, które w jednoznaczny sposób łączyłyby jednocześnie kompetencje elektroniczne i jądrowe. Uważam, że w chwili obecnej jest to nasz silny atut.

Laboratorium Ferromagnetyków

W obecnej chwili coraz większym problemem są tak zwane zakłócenia elektromagnetyczne (EMI). Coraz więcej urządzeń wykorzystuje transmisję bezprzewodową co powoduje że spektrum otaczających nas częstotliwości mikrofalowych jest coraz większe. Z tego względu istotne jest prowadzenie badań nad materiałami pochłaniającym promieniowanie elektromagnetyczne szerokiego spektrum częstotliwości. W laboratorium ferromagnetyków odbywać się będą prace związane z testowaniem produkowanych na zewnątrz. Laboratorium to będzie nie infrastrukturą, ale zestawem kompetencji i urządzeń z innych laboratoriów pozwalających na testowanie wyżej wymienionych materiałów w polach promieniowania elektromagnetycznego od zakresu częstotliwości radiowych to częstotliwości promieniowania X bez pasma terahercowego i widzialnego.

Materiały te będą testowane pod kątem mechanicznym, klimatycznym, ich właściwości powierzchniowych oraz elektrycznych w zakresach promieniowania X i wysokich częstotliwości (do 26 GHz).

Laboratorium MEMS

Mikrosystemy uznane są przez Komisję Europejską za jedna Key Enabling Technologies (KET) co oznacza, że jest to technologia, która coraz częściej będzie używana w praktycznie każdym urządzeniu domowym I przemysłowym I już jest to w dużym stopniu w fazie realizacji. Każdy samochód oraz każdy telefon komórkowy posiada szereg czujników MEMS na pokładzie, które umożliwiają realizacje zaawansowanych funkcji takich jak pomiar żyroskopowy czy przyspieszeniowy w urządzeniach, które ważą kilka gramów.

W laboratorium MEMS będzie można testować układy mikromechaniczne w zakresie pomiarów elektrycznych oraz odporności na promieniowanie. Tym pierwszym będzie służyć stacja testowa igłowa umożliwiające pomiary układów zarówno opakowanych jak i nieopakowanych oraz niepociętych na płytkach krzemowych w celu kontroli procesu w czasie ich produkcji.

Stacja będzie sprzęgnięta z analizatorem parametrów półprzewodnikowych typu Keithley 4200 z zaawansowanymi automatycznymi pomiarami stałoprądowymi.

Należy zaznaczyć, że w Europie nie istnieje laboratorium, które pozwala w jednym miejscu przeprowadzać testy radiacyjne oraz elektryczne i mechaniczne mikrosystemów. Połącznie laboratorium niezawodnościowego, radiacyjnego, tomografii 3D oraz pomiarów MEMS jest unikalną strukturą badawczą, która może być doskonałym zapleczem testowym dla firm działającym w systemie fabless (projekt i testowanie bez wytwarzania), których jest w Europie coraz więcej.

Clean Room

Pomieszczenie będzie składać się z jednego modułu, którego stopień czystości powinien spełniać normę międzynarodową ISO 14 644-1 i być co najmniej klasy 8 w skali od 1 do 9. Jest to optymalna klasą ze względu na oferowaną czystość i niewygórowane koszty eksploatacji porównywalna z dobra salą operacyjną. Dzięki pomieszczeniu typu CR będzie można prowadzić badania nad opracowaniem nowych technologii, takich jak:

  • budowa detektorów scyntylacyjnych i półprzewodnikowych przeznaczonych do

rejestracji i spektrometrii promieniowania X i gamma,

  • zaawansowany packaging układów elektronicznych i układów MEMS z wykorzystaniem materiałów tłumiących promieniowanie jonizujące,
  • zaawansowany packaging układów elektronicznych i układów MEMS z wykorzystaniem materiałów tłumiących promieniowanie elektromagnetyczne
  • pomiary nanomechaniczne i nanostrukturalne z wykorzystaniem najnowocześniejszych urządzeń takich jak mikroskop sił atomowych z przystawką nanoindentera,
  • hermetyzcja zestawów układów scalonych i innych elementów elektronicznych.

Rozwój badań podstawowych oraz wyrafinowane projekty eksperymentów fizycznych stymulują potrzeby badań nad opracowaniem nowych metod wykonania detektorów scyntylacyjnych, półprzewodnikowych, packagingu układów elektronicznych i MEMS, hermetyzację zestawów układów scalonych itp. Z drugiej strony, nowo opracowane urządzenia, ze względu na swoją jakość, znajdą zastosowanie w medycynie (ochrona radiologiczna, terapia), ochronie środowiska (skażenia) , przemyśle.

Praktyczne zastosowania, odbiorcy końcowi

Nowe typy detektorów scyntylacyjnych i półprzewodnikowych znajdą zastosowanie w dziedzinie badań podstawowych oraz w wielu dziedzinach gospodarki narodowej: medycynie, ochronie środowiska, ze względu na budowę elektrowni jądrowych w naszym kraju. Odbiorcami będą ośrodki naukowe: uniwersytety, politechniki, instytuty badawczo-rozwojowe oraz stacje sanitarno-epidemiologiczne.

Opracowywanie technologii packagingu, również jest wyzwaniem ze względu na dość złożony proces, który jest ciężki do zautomatyzowania. Dodatkowo, wykorzystanie materiałów opracowanych w innych laboratoriach takich jak laboratorium ferrimagnetyków pozwoli wykonywać układy „opakowane” w sposób umożliwiający ich użycie w środowiskach o podwyższonym poziomie promieniowania, zarówno elektromagnetycznego jak i jonizującego. Odbiorcami tego typu usług jest sektor energetyki jądrowej oraz przemysłu kosmicznego co daje nam możliwość zaistnienia na tymże rynku jako pierwszy ośrodek oferujący tego typu usługi w Polsce. Warto zauważyć, że przemysł kosmiczny, który wydaje się odległy dla kraju takiego jak Polska, może być przyciągnięty poprzez właśnie odpowiedni wachlarz usług, które musza być komplementarne. To co może być udziałem polskich grup badawczych to opracowywanie różnego rodzaju komponentów elektronicznych do zastosowań kosmicznych oraz testy różnego rodzaju materiałów strukturalnych. Normy zarówno te stosowane w USA jak i te w Europie (np. ESA) wyraźnie określają stopień odporności komponentów elektronicznych na promieniowanie, aby mogłyby one być dopuszczone do użytku np. w satelitach. To samo dotyczy każdego materiału mającego mieć zastosowanie w tych warunkach. Synergia możliwości otrzymywania kontrolowanych pól promieniowania wraz z dobrze wyposażonym laboratorium elektronicznym, MEMS i testami materiałowymi otwierają możliwości czynnego uczestnictwa w jednej z najbardziej zaawansowanych gałęzi przemysłu.

Ponadto, dzięki budowie pomieszczenia typu CLEAN ROOM, stworzony zostanie ośrodek umożliwiający testy, naprawy i regeneracje detektorów różnych typów i firm.

Laboratorium Radiacyjnych Badań i Modyfikacji Materiałów

Modyfikacja wiązką jonów, domieszkowanie implantacyjne na drodze kinetycznego wprowadzania jonów domieszki do ciała stałego. Proces polega na bombardowaniu ciała stałego jonami o wysokiej energii. Jony te mogą służyć jako wektor transportu masy (domieszkowanie, implantacja jonów) lub jako wektor przekazu energii (defektowanie radiacyjne). Proces jest prowadzony w próżni i nie wytwarza żadnych odpadów zanieczyszczających środowisko.

Praktyczne zastosowania, odbiorcy końcowi

Odbiorcą usług będą zarówno firmy komercyjne, jak i laboratoria badawcze. W pierwszym przypadku typowymi przykładami zastosowań mogą być tworzywa elastomerowe (uszczelnienia lub połączenia klejone), kiedy to modyfikacja radiacyjna powoduje kilkukrotny spadek współczynnika tarcia lub wzmocnienie adhezji połączeń klejonych. W obu przypadkach uzyskany efekt jest znacznie lepszy, niż po zastosowaniu klasycznych metod chemicznych (sulfonowanie lub fluorowanie), jednocześnie nie wymaga stosowania agresywnych chemicznie kwasów. Innych przykładem modyfikacji radiacyjnej jest implantacja azotu do metali (głównie stali narzędziowych), kiedy to implantacja powoduje kilkukrotny wzrost odporności na zużycie bez zmian własności materiału rdzenia, klasy wykończenia powierzchni i wymiarów detalu. W obu przypadkach procesy wykonywane są dla odbiorców przemysłowych.

W zakresie usług dla laboratoriów badawczych planowane jest wykonywanie procesów domieszkowania i defektowania radiacyjnego, głównie pod kątem analizy wpływu uszkodzeń radiacyjnych na własności materiałów stosowanych w energetyce jądrowej. W chwili obecnej usługi takie mogą świadczyć jedynie dwa laboratoria w Polsce (IPJ i ITME), wydaje się więc, że oferta Laboratorium powinna spotkać się z dużym zainteresowaniem grup badawczych aplikujących do polskiego programu badań z zakresu energetyki jądrowej.

Pracownia neutronowej analizy aktywacyjnej

Pracownia neutronowa Parku Naukowo-Technologicznego wyposażona jest w unikatowy zestaw przyrządów umożliwiających prowadzenie badań ilościowych i jakościowych oddziaływania promieniowania neutronowego z materią. Niezależnie od stanu wyposażenia, jej potężnym atutem jest bliskość laboratoriów Narodowego Centrum Badań Jądrowych, które w razie potrzeby udostępnią dodatkowe zasoby, takie jak urządzenia jądrowe, specjalistyczna elektronika, promieniotwórcze źródła izotopowe, a przede wszystkim wiedzę i umiejętności swoich pracowników.

Sama pracownia może się pochwalić generatorem neutronów o energii 14 MeV i stabilnym strumieniu rzędu 2.5×10^8 n/s, dedykowanym dla potrzeb użytkowników infrastruktury PNT. Do badań spektrometrycznych wtórnego, wzbudzonego promieniowania gamma pracownia dysponuje na miejscu szerokim wachlarzem detektorów. Do dyspozycji jest półprzewodnikowy detektor germanowy o wydajności 65 %. Detektor jest typu ‚n’, a więc pozwala na pomiary w obecności promieniowania neutronowego. W przypadku zapotrzebowania na duże wydajności detekcji można posłużyć się 5-calowym detektorem scyntylacyjnym BGO, bądź przetestować efektywność zastosowania najbardziej popularnych detektorów z kryształem NaI(Tl) (jodek sodu). Pod ręką jest również znakomity 3-calowy detektor LaBr3, łączący w sobie wydajność detektorów scyntylacyjnych i energetyczną zdolność rozdzielczą, którą przewyższają jedynie detektory półprzewodnikowe.

Zgromadzone z pracowni zasoby oraz potencjał jakim dysponuje dzięki bezpośrednimi sąsiedztwu z laboratoriami Narodowego Centrum Badań Jądrowych umożliwia zaplanowanie i przeprowadzenie eksperymentów pozwalających na ocenę projektowanych, wdrażanych bądź już dostępnych produktów i technologii użytkowników PNT. Posiadamy doświadczenie w budowie i testowaniu technologii i elementów osłon biologicznych dla istniejących bądź projektowanych urządzeń czy instalacji jądrowych. Zasoby PNT i NCBJ pozwalają na przeprowadzenie odpowiednich symulacji oraz ich weryfikację doświadczalną. Obejmuje to udokumentowane sprawdzenie rozkładu przestrzennego dawek promieniowania, jego charakteru czy widma energetycznego. Opracowane w zakończonych obecnie projektach techniki badania składu izotopowego materiałów, oraz nabyte w trakcie komercjalizacji rezultatów doświadczenie, pozwalają na ocenę praktycznych możliwości w wybranych przez klientów zastosowaniach. Oznacza to istnienie alternatywnych w stosunku do chemicznych możliwości identyfikacji materiałów, które w pewnych warunkach mogą się okazać wygodniejsze w stosowaniu lub korzystniejsze z ekonomicznego punktu widzenia. Promieniowanie neutronowe, ze względu na swoją przenikliwość, oraz charakter oddziaływania z materią wykorzystuje się również w technikach radiograficznych, czyli prześwietleniowych. Odwrotnie niż promieniowanie X, neutrony łatwo przenikają przez materiały o dużym Z (metale), natomiast są silnie rozpraszane przez materiały lekkie, takie jak tworzywa sztuczne, co w pewnych warunkach pozwala na prześwietlenie obiektów całkowicie nieprzezroczystych dla urządzeń rentgenowskich. Na końcu warto też wspomnieć o możliwości badania uszkodzeń radiacyjnych wywołanych przez neutrony oraz wtórną aktywację elektroniki, a w szczególności procesorów i pamięci półprzewodnikowych.