В ядерних реакторах відбувається багато цікавих процесів, але сьогодні дослідити їх неможливо – електроніка не витримує такої спеки та радіації. Дослідники з Національної лабораторії Ок-Ріджа (ORNL) нещодавно успішно розробили транзистор, виготовлений з нітриду галію (GaN), який може витримувати тепло та радіацію всередині ядерного реактора. Вчені виявили, що транзистор GaN може витримувати температуру до 125 градусів за Цельсієм, що є межею порогу безпеки реактора, і вони прогнозують, що він може працювати протягом п’яти років в екстремальних умовах.
Традиційні кремнієві транзистори не могли витримувати інтенсивне радіаційне середовище, тому їх потрібно було розміщувати за екрануванням. Це означає, що ці процесори повинні бути підключені до аналогових датчиків всередині реактора за допомогою кабелів.
«Наша робота робить вимірювання умов усередині працюючого ядерного реактора більш надійними та точними, — сказав Кайл Рід, керівник групи, що стоїть за дослідженням ORNL. – Якщо у вас довгі кабелі, ви отримуєте багато шуму, який може заважати точності інформації датчика. Розташувавши електроніку ближче до датчика, ви підвищуєте його точність».
Кремнієві чипи сприйнятливі до радіації, причому навіть фонового випромінювання Всесвіту достатньо, щоб змінити інформацію в них. Набагато потужніші джерела радіації, як-от ті, що знаходяться всередині ядерного реактора, можуть пошкодити їх. Ось чому традиційні процесори не вижили б у такому ворожому середовищі.
GaN використовується більшу частину десятиліття, як правило, у компактних потужних пристроях, таких як зарядні пристрої для ноутбуків USB-C. Однак він не має поширеного іншого застосування, оскільки нітрид галію, як правило, дорожчий і з ним складніше працювати, ніж з кремнієм. Тим не менш, його витривалість робить його ідеальним кандидатом для таких нішевих застосувань, як розміщення в ядерному реакторі.
Чипи GaN використовувалися для космічних польотів, де вони можуть протистояти іонізуючому випромінюванню, яке виникає, коли ракета залишає земну атмосферу. Згідно з тестуванням ORNL, процесор GaN може проіснувати принаймні три дні при температурі до 125 градусів Цельсія поблизу ядра дослідницького реактора Університету штату Огайо. Врешті-решт команда дійшла висновку, що пристрій GaN, який вони випробували, може прослужити понад п’ять років поблизу активної зони реактора — це звичайний необхідний цикл технічного обслуговування для атомних станцій.
Що ще цікавіше, чіпи GaN більш сприйнятливі до термічного пошкодження, ніж радіації. «Оскільки кінцевою метою є розробка схем із цими матеріалами, як тільки ми зрозуміємо вплив температури та радіації, ми зможемо компенсувати їх у конструкції схеми», — сказав Рід.
Окрім кращої точності датчиків і запису, GaN-чипи також мають вирішальне значення для розробки менших модульних реакторів. Крім звичайних урядових і військових застосувань, розробка цих портативних ядерних установок також може сприяти нашому майбутньому ШІ, оскільки графічні процесори з кожним роком стають все більш енергоємними . Насправді Microsoft планує побудувати деякі з них для своїх центрів обробки даних, і уряд США вже веде переговори з технологічними компаніями щодо їхніх майбутніх вимог до електроенергії.
