美国国家实验室证明半导体可以在核反应堆附近生存

2024年6月25日，美国国家核能办公室发表声明，橡树岭国家实验室（ORNL）的一项新研究证明氮化镓半导体可以在核反应堆核心附近的恶劣环境中成功存活。

研究发现

这一发现可能使得在运行中的反应堆中将电子元件放置得更靠近传感器成为可能，从而实现更精确的测量和更紧凑的设计。

这些研究结果可能有一天会导致在核反应堆中使用无线传感器，包括目前正在开发的先进小型模块化和微型反应堆设计。

更靠近核心

传感器用于从核反应堆中收集信息，可以在设备故障发生前识别潜在问题。这有助于防止计划外停机，每天可能导致公司损失数百万美元的发电收入。

传感器连接到复杂的电路，这些电路通常放置在远离反应堆核心的地方，以保护电子设备免受热和辐射的影响。

结果是，数据通过长电缆进行处理，可能会拾取额外的噪音并降低信号质量。

为了缩短电缆并提高传感器的准确性和精度，ORNL研究人员探索了使用氮化镓作为替代硅基晶体管的可能性。氮化镓通常用于消费电子产品中，是一种更能抵抗热和辐射的宽带隙半导体材料。

氮化镓的耐热性

ORNL研究人员将氮化镓晶体管放置在俄亥俄州立大学的一个研究反应堆核心附近，这些晶体管成功地经受了连续三天的高热和辐射测试，在反应堆功率达到90%的情况下记录了7小时。

这些晶体管能够承受比标准硅设备高出100倍的累计辐射剂量，并在125摄氏度的持续温度下运行——远远超出了团队的初期预期。

“我们完全预期在第三天会杀死晶体管，但它们幸存了下来，”研究负责人、ORNL传感器和电子小组成员Kyle Reed说道。“我们的工作使得测量运行中的核反应堆内部条件变得更加稳健和准确。”

研究表明，氮化镓晶体管能够在反应堆中存活至少五年，这是电子设备需要与维护计划保持一致的最短时间，从而避免了不必要的停机来更换失效组件。

这项研究对于先进的微型反应堆来说也可能是一个关键发现，由于其紧凑的尺寸，这些反应堆需要能够承受比目前美国反应堆更恶劣的辐射条件的传感器。