Японские ученые из Токийского института наук представили новый беспроводной приемник, способный функционировать в экстремально радиационных средах, где традиционная электроника быстро выходит из строя. Презентация устройства состоялась на престижной конференции ISSCC в Сан-Франциско, что стало значительным шагом в решении проблемы дистанционного управления техникой в ядерных реакторах.
Об этом сообщает KURAZH
Отказ от проводов в опасной среде
Столкнувшись с необходимостью эксплуатации роботов в зоне аварии на АЭС Фукусима-1, японские инженеры решили проблему, которая долгое время ограничивала мобильность и эффективность подобных устройств. Традиционная кремниевая электроника теряет работоспособность под мощным радиационным воздействием, поскольку ионизирующее излучение разрушает структуру полупроводников. Использование проводов, таких как LAN-кабели, создавало дополнительные риски: они легко запутывались среди обломков и ограничивали возможности маневрирования роботов.
В то же время защитить обычный Wi-Fi модуль экранированием невозможно: материалы, которые задерживают радиацию, блокируют и радиосигнал. Именно поэтому разработчики радикально изменили архитектуру чипа, чтобы он мог функционировать непосредственно в опасных зонах без необходимости дополнительной защиты.
Революционная стойкость к радиации и новые подходы к конструкции
Исследования показали, что в зоне ядерной аварии оборудование может получить до 500 000 грей облучения за полгода. Для сравнения, смертельная доза для человека — всего 5–10 грей, а космическая электроника рассчитана максимум на 100–300 грей за три года. Японский чип разработан для работы в тысячу раз более агрессивной среде.
Ключом к успеху стало отказ от оксидных слоев в конструкции и применение технологии NMOS с большими размерами затворов. В тех случаях, где не обойтись без транзисторов, специалисты максимально упростили внутреннюю структуру устройства и заменили компоненты на стойкие к радиации аналоги. Именно оксидные слои уязвимы к накоплению заряда под воздействием радиации, что и приводит к деградации стандартных микросхем.
«Во время лабораторных испытаний новый приемник подвергли суммарной дозе в 800 000 грей. Это привело лишь к незначительному снижению усиления сигнала — примерно на 1.5 дБ».
Результаты тестов подтвердили, что даже после экстремального облучения приемник сохраняет работоспособность и демонстрирует лишь минимальные потери в качестве сигнала. На текущем этапе команда сосредоточена на разработке соответствующего передатчика, что является более сложной задачей из-за более высоких энергетических потребностей и требований к стабильности работы компонентов в жестких условиях.
Японские разработки открывают новые возможности для применения электроники в областях, где ранее это было невозможно. Кроме повышения безопасности роботизированных операций в ядерной промышленности, такие решения могут стать основой для создания будущих квантовых процессоров и других инновационных технологий.
