日本的NTT公司和北海道大學聯合發佈研究成果稱，在迄今爲止未被測量的10meV到1MeV的低能量範圍内，以連續資料的方式成功測量出了各個中介子能量的半導體軟錯誤發生率，在世界上首次揭開了其全貌。NTT與北海道大學及名古屋大學合作，於2020年在世界上首次測量了高能中介子範圍（1MeV至800MeV）的軟錯誤發生率，並在此基礎上進一步獲得了本次成果。相關成果已發表在《IEEE Transactions on Nuclear Science》上。
圖1 低能中介子的軟錯誤率（供圖：NTT）
在支撐社會基礎設施的電子設備中，需要針對因太陽耀斑和銀河系輻射（宇宙射線）引發故障的軟錯誤對策。當來自太空的宇宙射線與地球大氣層中的氧氣和氮氣發生碰撞時，會產生中介子。這些中介子與電子設備中的半導體發生碰撞時，會引發存儲資料被改寫的「軟錯誤」，嚴重時甚至會導致通訊障礙，對社會基礎設施造成重大影響。
因此，作爲針對此類危害的對策，NTT建立了一種可以重現軟錯誤並對其進行因應和評估的軟錯誤測試技術，並由集團所屬公司「NTT advanced technology」自2016年開始提供「軟錯誤測試服務」。
目前，包括通訊領域在内的衆多領域的電子設備都在進行軟錯誤測試，致力於構建安全可靠的社會基礎設施。此外，在2018年，由NTT牽線制定了關於軟錯誤對策和評估的ITU-T建議。
爲了解決電子設備中的軟錯誤，最重要的是在系統設計時要考慮到每個設備因軟錯誤導致故障的頻率。
另一方面，由於軟錯誤的故障頻率與到達該設備的中介子所攜帶的能量會有較大差異，所以獲取軟錯誤發生率的能量依賴性（中介子所具有的各個能量的軟錯誤發生率）詳細資料是必不可少的。
在本次研究中，研究團隊使用2020年發佈的高速軟錯誤偵檢器，透過飛行時間法測量了1MeV或以下的低能中介子引發的軟錯誤。飛行時間法是透過測量中介子飛行一定距離的時間來計算速度，並將其轉化爲動能的方法。
測量實驗中，安裝在高強度質子加速器設施（J-PARC）的物質·生命科學實驗設施 （MLF）上的中子源特性試驗設備（NOBORU）使用了NTT開發的高速軟錯誤偵檢器。
此外，北海道大學使用金箔活化法評估了該設施中照射的中介子強度。以高解析度連續測量了積體電路的一種——FPGA（Field－Programmable Gate Array）針對各個中介子能量出現的軟錯誤發生率。
實驗獲得的資料表明，軟錯誤發生率在0.1MeV附近最少，但隨着能量的變低反而會出現錯誤發生率擧升的趨勢。據推測，這大概是由於半導體中微量存在的硼10的影響。
另外，在低能量中介子中，被稱爲熱中介子的靠近25meV（2.5*10-8MeV）能帶的中介子軟錯誤發生率也較高。
這種熱中介子是由於高能中介子進進水、塑膠、電子基底層等含氫物質減速程序中產生的，因此數量會根據週遭環境產生很大變化。
例如，如果用水冷卻半導體，則熱中介子會大幅增加。利用本次獲得的資料，可以類比考慮到電子設備週遭環境的軟錯誤導致的故障次數，並根據該能量範圍採取對策。
今後，NTT將透過類比考慮到電子設備週遭環境的軟錯誤導致的故障次數，以及採取低能領域軟錯誤的對策等，繼續操作致力於構建更安全、更有保障的社會基礎設施，。
此外，將來還計劃將取得的研究成果應用於宇宙空間的宇宙射線對策，實施NTT追求的宇宙綜合計算網路，並進一步應用於人類探索太空的進程。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：IEEE Transactions on Nuclear Science
題目：Energy-resolved SEU cross section from 10-meV to-800 MeV neutrons by time-of-flight measurement
DOI：10.1109/TNS.2023.3245142
