В ядерных реакторах проходит много интересных процессов, но сегодня исследовать их невозможно – электроника не выдерживает такой жары и радиации. Исследователи из Национальной лаборатории Ок-Риджа (ORNL) недавно успешно разработали транзистор, изготовленный из нитрида галлия (GaN), который может выдерживать тепло и радиацию внутри ядерного реактора. Ученые обнаружили, что транзистор GaN может выдерживать температуру до 125 градусов по Цельсию, которая является пределом порога безопасности реактора, и они прогнозируют, что он может работать в течение пяти лет в экстремальных условиях.
Традиционные кремниевые транзисторы не могли выдерживать интенсивную радиационную среду, поэтому их нужно размещать за экранированием. Это означает, что эти процессоры должны быть подключены к аналоговым датчикам внутри реактора с помощью кабелей.
«Наша работа делает измерения условий внутри работающего ядерного реактора более надежными и точными, – сказал Кайл Рид, руководитель группы, стоящей за исследованием ORNL. – Если у вас длинные кабели, вы получаете много шума, который может мешать точности информации датчика. Расположив электронику поближе к датчику, вы увеличиваете его точность».
Кремниевые чипы восприимчивы к радиации, причем даже фонового излучения Вселенной достаточно, чтобы изменить информацию в них. Гораздо более мощные источники радиации, такие как находящиеся внутри ядерного реактора, могут повредить их. Вот почему традиционные процессоры не выжили бы в такой враждебной среде.
GaN используется большую часть десятилетия, как правило, в компактных мощных устройствах, таких, как зарядные устройства для ноутбуков USB-C. Однако он не имеет распространенного другого применения, поскольку нитрид галлия, как правило, дороже и с ним труднее работать, чем с кремнием. Тем не менее его выносливость делает его идеальным кандидатом для таких нишевых применений, как размещение в ядерном реакторе.
Чипы GaN использовались для космических полетов, где они могут противостоять ионизирующему излучению, возникающему, когда ракета покидает земную атмосферу. Согласно тестированию ORNL, процессор GaN может просуществовать не менее трех дней при температуре до 125 градусов Цельсия вблизи ядра исследовательского реактора Университета штата Огайо. В конце концов, команда пришла к выводу, что устройство GaN, которое они испытали, может прослужить более пяти лет вблизи активной зоны реактора — это обычный необходимый цикл технического обслуживания для атомных станций.
Что еще более интересно, чипы GaN более восприимчивы к термическому повреждению, чем радиации. «Поскольку конечной целью является разработка схем с этими материалами, как только мы поймем влияние температуры и радиации, мы сможем компенсировать их в конструкции схемы», — сказал Рид.
Помимо лучшей точности датчиков и записи, GaN-чипы также имеют решающее значение для разработки меньших модульных реакторов. Помимо обычных правительственных и военных применений, разработка этих портативных ядерных установок также может способствовать нашему будущему ИИ, поскольку графические процессоры с каждым годом становятся все более энергоемкими. На самом деле Microsoft планирует построить некоторые из них для своих центров обработки данных, и правительство США уже ведет переговоры с технологическими компаниями по поводу их будущих требований к электроэнергии.
