Cette thèse porte sur l'étude du rayonnement cosmique nucléaire chargé d'énergie comprise entre quelques centaines de MeV et 1~TeV. Celle-ci peut apporter des réponses à des questions aussi fondamentales que l'asymétrie entre matière et antimatière primordiales, la nature de la matière sombre ou la propagation du rayonnement cosmique. L'étude de ces phénomènes passe par la détection d'antimatière légère. Or l'interaction du rayonnement cosmique primaire au voisinage de la terre conduit à la production et au piégeage de particules secondaires, dont des noyaux légers d'antimatière. Ce travail vise à caractériser cette dernière composante de bruit physique pour des expériences ballons ou satellites. Ceci a été mené à bien grâce à une simulation Monte-Carlo tridimensionnelle prenant en compte de manière réaliste les interactions nucléaires. Cette étude montre en particulier l'importance du phénomène de piègeage magnétique et de l'interaction inélastique non-annihilante pour les particules présentes à 400~km d'altitude. La deuxième partie porte sur l'étude de l'imageur annulaire Cherenkov de l'expérience AMS qui permettra d'effectuer une séparation isotopique du rayonnement cosmique nucléaire chargé. La résolution en vélocité du détecteur a donc été étudiée lors de tests cosmiques et sous faisceau. Il en ressort que le détecteur est compris et que ses performances sont conformes aux attentes. Enfin, un travail de simulation prenant en compte le trigger et l'efficacité de détection d'AMS a été entrepris sur le rapport isotopique $^(10)$Be/$^(9)$Be qui montre les capacités d'AMS pour la contrainte des paramètres astrophysiques de propagation du rayonnement cosmique.

Dans un contexte technologique où le degré d'intégration des circuits en micro et optoélectronique est de plus en plus fort, il apparaît nécessaire aux concepteurs de ces circuits de disposer d'outils de simulation complets permettant non seulement d'étudier le fonctionnement des différents éléments constitutifs des sous-systèmes qu'ils réalisent, mais également d'évaluer les performances globales de l'ensemble. Ce travail de thèse porte sur l'élaboration de modèles de composants optoélectroniques en utilisant le langage VHDL-AMS, langage particulièrement bien adapté à la modélisation de systèmes multi-domaines en intégrant les différentes contraintes: l'électronique, l'optique, la thermique ou la mécanique. Ce langage offre aussi la possibilité de modéliser à différents niveaux d'abstraction un même système. Notre travail se situe dans le contexte du projet SHAMAN, dont le but était de modéliser chaque composant d'un microsystème opto-électronique à haut débit, courte distance et à fortes interactions thermiques et mécaniques. La mise en œuvre d'une méthodologie de modélisation hiérarchique permettant de commuter entre deux conceptions ascendante et descendante amène à des solutions optimales en termes de performances, de coût et de temps de conception: ceci en ré-utilisant des composants virtuels dont l'utilisation est régie par des règles de propriétés intellectuelles (IP).

In this thesis, the conditions of using the maintenance method live work at the Swedish TSO, Svenska Kraftnät has been analyzed. The study is limited to only include live work on 220 and 400 kV. The live work method is a type of maintenance that can be done, on lines or stations, even though they are still energized. The purpose of this thesis has been to map the present live work situation at these levels in Sweden. The study is based mostly on interviews with people who have specific field competence with in live work but also with personnel at Svenska Kraftnät. Besides the study of Swedish usage of the method, a study of other countries was made. Live work isn’t new in Sweden, the method was first used here in the 1950’s. The method partially came back in the 1970’s, but it wasn’t until 1997 that the method was fully permitted in Sweden. Before 1997 government permission was mandatory to have to be allowed to use live work. This rule was changed in 1997 and now the method is equally valued to the other methods. This study also shows that there are incentives for using more live work in Sweden, especially now when the country has been split into four different electricity markets. But there are several obstacles for a development in live work usage. If Svenska Kraftnät wants to increase their live work usage there are many actions that have to be made. In the end of this study these actions are presented.

Total ionizing dose (TID) radiation effects modeling and simulation on digital, analog and mixed signal systems remains a significant bottle neck in the development of radiation-hardened electronics. Unverified modeling techniques and the very high computational cost with today's commercial simulation tools are among the primary hindrances to the timely hardened IC design, particularly to the design in commercially available processes. SPICE-based methods have been used for total dose radiation degradation simulations. While SPICE is effective in predicting the circuit behavior under circumstances when the electrical parameters stay constant during operation, it's not effective predicting aging behavior with gradual change with time. Behavioral modeling language, such as VHDL-AMS is needed to effectively capture the time-dependent degradation in these parameters in response to environmental stresses, such as TID radiation.This dissertation describes a method for accurate and rapid TID effect simulation of complex mixed-signal circuits. The method uses a hierarchical structure where small sub-circuits, such as voltage comparators, references, etc. are simulated using SPICE. These SPICE simulations of small circuits for multiple radiation doses are used to tune behavioral VHDL-AMS models for the sub-circuits. The created behavioral models therefore contain the electrical circuit behavior combined with the radiation response. The entire combined system is then simulated using VHDL-AMS.In a simulation experiment that was used to validate the speed and accuracy of the new method, a commercial 8-bit sub-ranging analog to digital converter netlist containing more than 2000 MOS transistors was simulated with TID models using a contemporary SPICE-based method and the new method. The new method shortened the simulation time by three orders of magnitude, while accuracy remained within reasonable limits compared to the SPICE-based method. Moreover, the automated procedures for circuit node bias monitoring, TID model replacement and result collection that are included in the simulation code of the new method decreased the "hands-on" engineering work significantly. Results from an experiment where the new TID effect simulation method was used as a hardness assurance test procedure for integrated circuits designed to be operated in radiation-harsh environments are also included in this dissertation.

Zugl.: Chemnitz, Techn. Univ., Diss., 2010

Techn. Hochsch., Diss., 2001--Aachen.

Techn. Hochsch., Diss., 2003--Aachen.

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Les systèmes sur puces intègrent aujourd’hui sur le même substrat des parties analogiques et des unités de traitement numérique. Tandis que la complexité de ces systèmes s’accroissait, leur temps de mise sur le marché se réduisait. Une conception descendante globale et coordonnée du système est devenue indispensable de façon à tenir compte des interactions entre les parties analogiques et les partis numériques dès le début du développement. Dans le but de répondre à ce besoin, cette thèse expose un processus de raffinement progressif et méthodique des parties analogiques, comparable à ce qui existe pour le raffinement des parties numériques. L'attention a été plus particulièrement portée sur la définition des niveaux analogiques les plus abstraits et à la mise en correspondance des niveaux d’abstraction entre parties analogiques et numériques. La cohérence du raffinement analogique exige de détecter le niveau d’abstraction à partir duquel l’utilisation d’un modèle trop idéalisé conduit à des comportements irréalistes et par conséquent d’identifier l’étape du raffinement à partir de laquelle les limitations et les non linéarités aux conséquences les plus fortes sur le comportement doivent être introduites. Cette étape peut être d’un niveau d'abstraction élevé. Le choix du style de modélisation le mieux adapté à chaque niveau d'abstraction est crucial pour atteindre le meilleur compromis entre vitesse de simulation et précision. Les styles de modélisations possibles à chaque niveau ont été examinés de façon à évaluer leur impact sur la simulation. Les différents modèles de calcul de SystemC-AMS ont été catégorisés dans cet objectif. Les temps de simulation obtenus avec SystemC-AMS ont été comparés avec Matlab Simulink. L'interface entre les modèles issus de l'exploration d'architecture, encore assez abstraits, et les modèles plus fin requis pour l'implémentation, est une question qui reste entière. Une bibliothèque de composants électroniques complexes décrits en SystemC-AMS avec le modèle de calcul le plus précis (modélisation ELN) pourrait être une voie pour réussir une telle interface. Afin d’illustrer ce que pourrait être un élément d’une telle bibliothèque et ainsi démontrer la faisabilité du concept, un modèle d'amplificateur opérationnel a été élaboré de façon à être suffisamment détaillé pour prendre en compte la saturation de la tension de sortie et la vitesse de balayage finie, tout en gardant un niveau d'abstraction suffisamment élevé pour rester indépendant de toute hypothèse sur la structure interne de l'amplificateur ou la technologie à employer. / Systems on Chip (SoC) embed in the same chip analogue parts and digital processing units. While their complexity is ever increasing, their time to market is becoming shorter. A global and coordinated top-down design approach of the whole system is becoming crucial in order to take into account the interactions between the analogue and digital parts since the beginning of the development. This thesis presents a systematic and gradual refinement process for the analogue parts comparable to what exists for the digital parts. A special attention has been paid to the definition of the highest abstracted analogue levels and to the correspondence between the analogue and the digital abstraction levels. The analogue refinement consistency requires to detect the abstraction level where a too idealised model leads to unrealistic behaviours. Then the refinement step consist in introducing – for instance – the limitations and non-linearities that have a strong impact on the behaviour. Such a step can be done at a relatively high level of abstraction. Correctly choosing a modelling style, that suits well an abstraction level, is crucial to obtain the best trade-off between the simulation speed and the accuracy. The modelling styles at each abstraction level have been examined to understand their impact on the simulation. The SystemC-AMS models of computation have been classified for this purpose. The SystemC-AMS simulation times have been compared to that obtained with Matlab Simulink. The interface between models arisen from the architectural exploration – still rather abstracted – and the more detailed models that are required for the implementation, is still an open question. A library of complex electronic components described with the most accurate model of computation of SystemC-AMS (ELN modelling) could be a way to achieve such an interface. In order to show what should be an element of such a library, and thus prove the concept, a model of an operational amplifier has been elaborated. It is enough detailed to take into account the output voltage saturation and the finite slew rate of the amplifier. Nevertheless, it remains sufficiently abstracted to stay independent from any architectural or technological assumption.

Since the dawn of the nuclear age, radioactive technetium (Tc)-99 has been released into the environment from nuclear weapons testing, spent fuel reprocessing facilities, and other nuclear activities. Quantifying the measurement, effect, and risk of trace concentrations of Tc-99 is paramount to understanding the isotope’s behaviour in human-environment systems. Ground state Tc-99 decays by beta emission (Emax — 292 keV) with a half-life (t1/2= 2.11 x 105 y), while the metastable isomer Tc-99m (t1/2 = 6.0 h) decays rapidly by emitting a gamma photon. Technetium-99 is present in the environment in mobile pertechnetate (TcO4−) form. Tc-99 is used as an oceanographic tracer to investigate seawater movement and coastal pollution using seaweed as a bioindicator. The purpose of this study is to develop a sample preparation method to measure low concentrations, down to femtogram levels, of Tc-99 in environmental samples such as seaweed, water and medical Tc-99m waste using an accelerator mass spectrometer (AMS). When present in its soluble form, Tc (VII)can be reduced to Tc (IV) in the presence of a strong reducing agent such as SnCl2, then precipitated out of solution as an iron hydroxide by the addition of an iron carrier. Using AMS to measure precipitates prepared through a simple one-step co-precipitation method show high levels of isobaric interferences by Ruthenium-99 (Ru-99) and impurities by the co-precipitation of other hydroxides. A double-step co-precipitation method was determined to be efficient at reducing interferences of impurities present in the final precipitate. Using Tc-99m as a chemical tracer, the efficiencies of different oxidizing- reducing agents were compared to optimize the yield of Tc-99. The aims and objectives of the study are first: to develop a method for the separation and purification of Tc-99 from Ru-99 by ARS-II with ABEC column. Second: to develop methods for the removal of interferences and extraction of Tc-99 from iii environmental small size samples, and third: to develop a method to analyze Tc-99 by low energy AMS. Concentrations of Tc-99 were measured in seaweed samples with a newly developed oxidation-reduction method using Tc-99m as a yield tracer. The detection of Tc-99 from seaweed samples follows a two-step procedure. The first step is the oxidation of technetium from Tc (IV) to Tc (VII) oxidation state with H2O2 followed by iron hydroxide precipitation. The second step is the reduction of Technetium from Tc (VII) to the Tc (IV) oxidation state with SnCl2 followed by iron hydroxide co-precipitate. The co-precipitate contains the Tc (IV) and is dried at 80oC and then at 200oC to remove excess water, then mixed with PbF2 to produce TcF5– in the AMS ion source. The purification and separation of Ru-99 from Tc-99 is done by ARS-II with ABEC column and measure by AMS. Currently, the most sensitive practical choice for Tc-99 is ICP-MS, with typical LOD at picogram (pg.) levels. This translates to 10-100s of litres required for a seawater sample. AMS has shown potential <10 fg LOD, which translates to volume requirement of sub-litre to litres for seawater samples, this would make the AMS quantification of Tc-99 an incredibly useful and competitive alternative.