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美研發(fā)可耐受高溫高輻射的半導體材料,有望大幅提升反應堆運行安全性

2024-06-28 09:09  來源:中核智庫  瀏覽:  

美國橡樹嶺國家實驗室(ORNL)研究發(fā)現(xiàn),氮化鎵半導體能夠承受核反應堆堆芯附近的高溫高輻射。這一發(fā)現(xiàn)為研發(fā)反應堆尤其是微堆傳感器數(shù)據(jù)先進無線傳輸電路開辟了新途徑。

傳統(tǒng)上,為保護電子器件,傳感器電路通常被置于遠離堆芯的位置,導致數(shù)據(jù)傳輸距離增加,影響信號質(zhì)量。為解決這一問題,橡樹嶺研究團隊探索了使用氮化鎵替代傳統(tǒng)硅基晶體管的可能性。

俄亥俄州立大學研究堆進行的嚴苛測試證明,氮化鎵晶體管具有驚人的耐高溫耐輻射能力。在為期三天的測試中,氮化鎵晶體管在125℃持續(xù)高溫下,承受了比標準硅器件高100倍的累積輻射劑量,遠超預期。這項成果將顯著提升核反應堆內(nèi)部構(gòu)件測量的可靠性和精確度。

研究表明,氮化鎵晶體管有望在反應堆中持續(xù)工作至少五年,因此不會對核電廠的持續(xù)運行造成影響。這對于正在研發(fā)的先進微堆尤為重要:由于其設(shè)計緊湊,需要能承受更嚴酷輻射環(huán)境的傳感器電路。

氮化鎵已在移動通信領(lǐng)域得到應用,研究人員期望未來能在此基礎(chǔ)上利用氮化鎵電路實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的無線傳輸。同時,俄亥俄州立大學正在開發(fā)計算機模型,以預測不同電路設(shè)計在各種溫度和輻射條件下的性能。這項研究得到了美國能源部核能辦公室資金支持。

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