Революционный стойкий к радиации транзистор повышает безопасность мониторинга ядерных реакторов

Нитрид галлия выдерживает нейтронное бомбардирование

Исследователи Оакриджской национальной лаборатории (ORNL) добились неожиданного успеха с транзисторами на нитриде галлия (GaN) — широкополосном полупроводнике. Устройство сохраняло работоспособность у ядра исследовательского реактора Огайо-стейтского университета.

GaN ранее тестировали на ионизирующем излучении в космосе (ракеты). Широкополосные полупроводники работают на более высоких частотах, температурах и дозах облучения. Но нейтронная среда реактора — более жесткий вызов. «Показываем, что GaN отлично подходит для нейтронной среды», — кайл Рид, ведущий исследователь ORNL.

Преимущества для ядерного мониторинга

• Датчики с электроникой ближе к зоне измерений — выше точность (длинные кабели вносят шумы)
• Транзисторы GaN выдержали в 100+ раз большую накопленную дозу радиации, чем кремниевые
• Тестирование: 3 дня при 125°C у ядра, 7 часов на 90% мощности реактора — выжили
• Ожидаемая жизнь >5 лет (стандартное окно обслуживания) — подтверждена

Значение для микрореакторов будущего

Переход от больших АЭС к микрореакторам (десятки-сотни МВт), развертываемым на грузовиках в военные/аварийные зоны. Компактность требует, чтобы все компоненты, включая сенсоры, работали в радиационном поле. GaN-транзисторы — ключ.

Дальнейшие исследования

• Тепло оказалось вреднее для GaN, чем радиация — изучение изоляционно тепловых эффектов
• Компьютерные модели схем под разными температурами/радиацией (Огайо-стейт)
• Беспроводная передача данных от сенсоров (GaN уже используется в RF/силовой электронике)

Экономика и безопасность

Стоимость остановки реактора — сотни тысяч долларов в день. Лучший мониторинг = раннее обслуживание = меньше простоев, ниже издержки, меньше рисков для персонала. GaN коммерчески доступен ~десять лет, но мало используется. ORNL открывает ниши за пределами потребительской электроники, стимулируя инвестиции и кадры.

Источник: ORNL, Огайо-стейтский университет.