Создан Wi-Fi приёмник, способный работать внутри ядерного реактора

Команда исследователей из Токийского научного института представила защищённый беспроводной приёмник, способный выдерживать длительное воздействие радиации. Чип был представлен на Международной конференции по твердотельным схемам (ISSCC) в Сан-Франциско в феврале. Как сообщает IEEE Spectrum, основная цель разработки — позволить роботам работать в заражённых зонах для вывода из эксплуатации ядерных реакторов. Обычные кремниевые полупроводники, используемые для беспроводной связи, подвержены помехам от ядерного излучения, что вынуждает использовать физические кабели для управления роботами.

Эта проблема стала очевидной во время ликвидации последствий аварии на АЭС «Фукусима-1» в 2011 году. Роботам, занятым в очистке заражённых территорий, требовались LAN-кабели для связи с операторами, что приводило к путанице проводов и усложняло и без того трудную операцию.

Простое помещение потребительского Wi-Fi чипа в свинцовый экран не решает проблему. Хотя экранирование остановит радиоактивные частицы, оно также заблокирует радиосигналы. Подключение антенны кабелем тоже не вариант, так как сама антенна будет уязвима для радиации. Поэтому учёные решили создать защищённый Wi-Fi чип-приёмник, устойчивый к излучению внутри активной зоны реактора.

Чтобы понять требуемую степень защиты: робот, работающий в среде реактора, получает дозу облучения в 500 000 грей (Гр) за шесть месяцев. Для сравнения, электроника на космических аппаратах должна выдерживать всего 100–300 Гр за три года. Исследователи достигли такой устойчивости, сократив количество транзисторов в чипе, поскольку их оксидный слой уязвим для гамма-лучей. Вместо них были использованы элементы без оксидного слоя, например, катушки индуктивности.

Что касается критически важных транзисторов, которые нельзя заменить, команда сделала их затворы длиннее и шире, чтобы снизить деградацию, вызванную излучением. Также были использованы NMOS-транзисторы, которые менее подвержены радиационным повреждениям.

Согласно испытаниям, воздействие на защищённый чип общей дозой в 800 кГр привело лишь к снижению усиления приёмника на 1,5 дБ. Это означает, что он потенциально может работать длительное время в условиях высокой радиации без значительной потери производительности. Команда также работает над созданием Wi-Fi передатчика, способного функционировать при огромных дозах облучения, что является значительно более сложной задачей из-за высоких уровней электрического тока, необходимых для излучения сигнала.

ИИ: Это прорывная разработка, которая может кардинально изменить подход к работе в экстремальных условиях, будь то ликвидация ядерных аварий или, возможно, даже освоение космоса. Устойчивая беспроводная связь — ключ к автономности роботов в средах, смертельно опасных для человека.