Полупроводник GaN выживает в ядерном реакторе

Исследователи из Национальной лаборатории Ок-Ридж (ORNL) недавно успешно разработали транзистор из нитрида галлия (GaN), который может противостоять нагреву и радиации вблизи активной зоны ядерного реактора. Ученые обнаружили, что GaN-транзистор может выдерживать температуру до 125 градусов Цельсия (257F), что является пределами порога безопасности реактора, и прогнозируют, что он может прослужить пять лет в экстремальных условиях.

Традиционные кремниевые транзисторы не могли выдерживать интенсивные ядерные условия, поэтому их приходилось размещать за защитой. Это означает, что эти процессоры должны быть подключены к аналоговым датчикам внутри реактора с помощью кабелей.

«Наша работа делает измерение условий внутри действующего ядерного реактора более надежным и точным», — сказал Кайл Рид, руководитель группы исследований ORNL. «Когда у вас длинные кабели, вы получаете много шума, который может повлиять на точность информации датчика. Размещая электронику ближе к датчику, вы повышаете его точность и точность».

Кремниевые чипы восприимчивы к радиации, а случайных частиц следовых радиоактивных материалов (и даже фонового излучения Вселенной) достаточно, чтобы изменить информацию внутри них, как объяснили в Veritasium. Гораздо более сильные источники радиации, такие как те, что находятся внутри ядерного реактора, могут даже повредить их. Вот почему традиционные процессоры не выживут в такой враждебной среде.

GaN использовался на протяжении большей части десятилетия, обычно в компактных и мощных устройствах, таких как зарядные устройства для ноутбуков USB-C. Однако большего применения он не видит, поскольку нитрид галлия, как правило, дороже и с ним сложнее работать, чем с кремнием. Тем не менее, его выносливость делает его идеальным кандидатом для подобных нишевых приложений.

Фактически, чипы GaN использовались в космических полетах, где они могут противостоять ионизирующему излучению, возникающему, когда ракета покидает атмосферу Земли. Согласно испытаниям ORNL, процессор GaN может прожить не менее трех дней при температуре до 125 градусов по Цельсию вблизи ядра исследовательского реактора Университета штата Огайо. В конце концов команда пришла к выводу, что протестированное ими устройство GaN может прослужить более пяти лет вблизи активной зоны реактора — обычный необходимый цикл технического обслуживания для атомных электростанций.

Что еще интереснее, так это то, что чипы GaN более подвержены термическому повреждению, чем радиации. «Поскольку конечной целью является проектирование схем с использованием этих материалов, как только мы поймем влияние температуры и излучения, мы сможем компенсировать их при проектировании схем», — сказал Рид.

Помимо более высокой точности датчиков и записи, чипы GaN также имеют решающее значение для разработки модульных реакторов меньшего размера. Помимо обычных правительственных и военных приложений, разработка этих портативных атомных электростанций может также способствовать нашему будущему искусственного интеллекта, поскольку графические процессоры с каждым годом становятся все более энергоемкими. Фактически, Microsoft планирует построить некоторые из них для своих центров обработки данных, а правительство США уже ведет переговоры с технологическими компаниями об их будущих потребностях в электроэнергии.

Источник: Tomshardware.com