美國國家實驗室證明半導體可以在核反應堆附近生存

2024年6月25日，美國國家核能辦公室發表聲明，橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的一項新研究證明氮化鎵半導體可以在核反應堆核心附近的惡劣環境中成功存活。

研究發現

這一發現可能使得在運行中的反應堆中將電子元件放置得更靠近傳感器成為可能，從而實現更精確的測量和更緊湊的設計。

這些研究結果可能有一天會導致在核反應堆中使用無線傳感器，包括目前正在開發的先進小型模塊化和微型反應堆設計。

更靠近核心

傳感器用于從核反應堆中收集信息，可以在設備故障發生前識別潛在問題。這有助于防止計劃外停機，每天可能導致公司損失數百萬美元的發電收入。

傳感器連接到復雜的電路，這些電路通常放置在遠離反應堆核心的地方，以保護電子設備免受熱和輻射的影響。

結果是，數據通過長電纜進行處理，可能會拾取額外的噪音并降低信號質量。

為了縮短電纜并提高傳感器的準確性和精度，ORNL研究人員探索了使用氮化鎵作為替代硅基晶體管的可能性。氮化鎵通常用于消費電子產品中，是一種更能抵抗熱和輻射的寬帶隙半導體材料。

氮化鎵的耐熱性

ORNL研究人員將氮化鎵晶體管放置在俄亥俄州立大學的一個研究反應堆核心附近，這些晶體管成功地經受了連續三天的高熱和輻射測試，在反應堆功率達到90%的情況下記錄了7小時。

這些晶體管能夠承受比標準硅設備高出100倍的累計輻射劑量，并在125攝氏度的持續溫度下運行——遠遠超出了團隊的初期預期。

“我們完全預期在第三天會殺死晶體管，但它們幸存了下來，”研究負責人、ORNL傳感器和電子小組成員Kyle Reed說道。“我們的工作使得測量運行中的核反應堆內部條件變得更加穩健和準確。”

研究表明，氮化鎵晶體管能夠在反應堆中存活至少五年，這是電子設備需要與維護計劃保持一致的最短時間，從而避免了不必要的停機來更換失效組件。

這項研究對于先進的微型反應堆來說也可能是一個關鍵發現，由于其緊湊的尺寸，這些反應堆需要能夠承受比目前美國反應堆更惡劣的輻射條件的傳感器。