Новый материал для транзисторов имеет потенциал для применения в ядерной отрасли
Исследователи из Национальной лаборатории Оук-Риджа обнаружили, что полупроводники на основе нитрида галлия могут успешно противостоять суровым условиям активной зоны ядерного реактора. Это открытие позволит разместить электронные компоненты в жестких условиях, что будет гарантировать более точные и правдивые показания датчиков.
Датчики в активной зоне используются для сбора информации из реактора и могут выявить потенциальные неисправности оборудования до того, как они случатся. Чем выше точность датчика – тем вероятнее предсказать поломку и предотвратить внеплановые остановки ядерной установки. Сложные схемы, к которым подключаются датчики, должны размещаться как можно дальше от активной зоны реактора, чтобы электроника не подвергалась воздействию тепла и радиации. Однако длинные кабели, передающие данные с датчиков, могут поглощать дополнительные шумы и ухудшать сигнал, внося погрешность в правдивость данных.
Решением этой проблемы является нитрид галлия – широкозонный (может работать при более высоких температурах, напряжениях и частотах) полупроводник, который является более доступным и устойчивым к теплу и радиации, чем кремний. Исследователи из Национальной лаборатории Оук-Риджа протестировали его свойства, разместив транзисторы на основе нитрида галлия близко к активной зоне исследовательского реактора в Университете штата Огайо, где элементы успешно выдержали высокую температуру и радиацию в течение трех дней подряд.
Модификация транзисторов оказалась настолько удачной, что превзошла ожидания исследователей, поскольку они перенесли в 100 раз большую поглощенную дозу радиации, чем стандартные кремниевые элементы, при постоянной температуре 125°C.
Подвергая транзисторы воздействию высоких доз радиации в активной зоне в течение нескольких дней, исследователи сделали вывод, что транзисторы на основе нитрида галлия способны проработать у реактора пять и более лет.
В будущем исследование также применимо для усовершенствованных микрореакторов, которые из-за своих компактных размеров потребуют датчиков, способных выдерживать более неблагоприятные радиационные условия, чем эксплуатируемые сейчас реакторы. Кроме положительных аспектов, тестирование в Университете штата Огайо показало, что тепло было более вредным для нитрида галлия, чем радиация, поэтому исследователи работают над дальнейшим изучением тепловых эффектов.