Chips são projetados para suportar radiação no interior do LHC

Eletrnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 12/08/2025

Inferno da eletrnica

Aceleradores de partculas, como o LHC, aceleram partculas a velocidades prximas da luz antes de faz-las colidir, criando turbilhes de energia e novas partculas que imitam at mesmo as condies que s devem ter existido logo aps o Big Bang.

No um bom lugar para colocar aparelhos eletrnicos, como computadores, muito sensveis a condies muito mais amenas do que isso – se fabricar eletrnicos de nvel espacial j complicado e caro, imagine faz-los resistir a nveis de radiao que no apenas detonam os bits e a lgica dentro de qualquer equipamento eletrnico, mas podem at mesmo torrar os prprios chips.

Mas no h outro jeito: As colises produzem uma quantidade enorme de dados, e esses dados precisam ser coletados o mais prximo possvel da coliso, antes que as partculas geradas decaiam em outras, conforme a energia se dissipa.

Os componentes eletrnicos comerciais, que podemos comprar no comrcio prontos para uso, simplesmente no conseguem sobreviver s condies dentro do acelerador, e o mercado de circuitos resistentes a esse nvel de radiao pequeno demais para atrair investimentos dos grandes fabricantes de chips.

Ento, os cientistas precisam fabricar seus prprios chips em seus laboratrios acadmicos.

“A indstria simplesmente no consegue justificar o esforo, ento a academia teve que intervir,” disse o professor Peter Kinget, da Universidade de Colmbia, nos EUA. “As prximas descobertas feitas com o LHC sero acionadas por um chip da Colmbia e medidas por outro.”

“Os chips comerciais torraram”

Os chips projetados pelos pesquisadores so chamados de conversores analgico-digitais, ou ADCs (analog-to-digital converters). Sua funo capturar sinais eltricos produzidos pelas colises de partculas dentro dos detectores e traduzi-los em dados digitais que os pesquisadores podem analisar.

Dentro do detector ATLAS, por exemplo, um dos quatro grandes detectores do LHC, os pulsos eltricos gerados pelas colises de partculas so medidos usando um dispositivo chamado calormetro de argnio lquido. um enorme tanque de argnio ultrafrio que captura um trao eletrnico de cada partcula que passa por ele. Os chips ADC convertem esses delicados sinais analgicos em medies digitais precisas, capturando detalhes que nenhum componente existente conseguiria registrar com confiabilidade.

“Ns testamos componentes comerciais padro e eles simplesmente torraram. A radiao era muito intensa. Ns nos demos conta ento que, se quisssemos algo que funcionasse, teramos que projet-lo ns mesmos,” disse Rui Xu, membro da equipe.

Em vez de criar mtodos de fabricao inteiramente novos, a equipe usou processos comerciais de semicondutores e desenvolveu novas tcnicas em nvel de circuito. Isso envolveu escolher e dimensionar cuidadosamente os componentes e organizar as arquiteturas e leiautes dos circuitos para minimizar os danos causados pela radiao.

A equipe tambm construiu sistemas digitais que detectam e corrigem erros automaticamente em tempo real, produzindo chips que so resilientes o suficiente para suportar as condies excepcionalmente severas do LHC – e com uma vida til estimada em mais de uma dcada.

Testes

O primeiro chip, chamado de gatilho do ADC, filtra cerca de um bilho de colises por segundo, selecionando instantaneamente apenas os eventos cientificamente mais promissores para registro. Ele serve como um guardio digital que decide o que merece uma investigao mais aprofundada. Ele j teve seu funcionamento validado no detector ATLAS.

O segundo chip, o ADC de aquisio de dados, faz a parte seguinte do trabalho, digitalizando com preciso os sinais selecionados pelo primeiro chip. O novo ADC passou recentemente nos testes finais e agora est em fase de produo, devendo ser instalado na prxima atualizao do LHC.

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