Японські науковці з Токійського інституту наук представили новий бездротовий приймач, здатний функціонувати в екстремально радіаційних середовищах, де традиційна електроніка швидко виходить з ладу. Презентація пристрою відбулася на престижній конференції ISSCC у Сан-Франциско, що стало суттєвим кроком у вирішенні проблем дистанційного керування технікою в ядерних реакторах.
Про це розповідає KURAZH
Відмова від дротів у небезпечному середовищі
Зіткнувшись із необхідністю експлуатації роботів у зоні аварії на АЕС Фукусіма-1, японські інженери вирішили проблему, яка тривалий час обмежувала рухливість та ефективність подібних пристроїв. Традиційна кремнієва електроніка втрачає працездатність під потужним радіаційним впливом, оскільки іонізуюче випромінювання руйнує структуру напівпровідників. Використання дротів, таких як LAN-кабелі, створювало додаткові ризики: вони легко заплутувалися серед уламків та обмежували можливості маневрування роботів.
Водночас захистити звичайний Wi-Fi модуль екрануванням неможливо: матеріали, які затримують радіацію, блокують і радіосигнал. Саме тому розробники радикально змінили архітектуру чипа, щоб він міг функціонувати безпосередньо в небезпечних зонах без необхідності додаткового захисту.
Революційна стійкість до радіації та нові підходи до конструкції
Дослідження показали, що в зоні ядерної аварії обладнання може отримати до 500 000 грей опромінення за пів року. Для порівняння, смертельна доза для людини — лише 5–10 грей, а космічна електроніка розрахована максимум на 100–300 грей за три роки. Японський чип розроблений для роботи у тисячі разів агресивнішому середовищі.
Ключем до успіху стала відмова від оксидних шарів у конструкції та застосування технології NMOS із більшими розмірами затворів. У тих випадках, де не обійтися без транзисторів, спеціалісти максимально спростили внутрішню структуру пристрою і замінили компоненти на стійкі до радіації аналоги. Саме оксидні шари вразливі до накопичення заряду під впливом радіації, що і призводить до деградації стандартних мікросхем.
“Під час лабораторних випробувань новий приймач піддали сумарній дозі у 800 000 грей. Це призвело лише до незначного зниження посилення сигналу — приблизно на 1.5 дБ”.
Результати тестів засвідчили, що навіть після екстремального опромінення приймач зберігає працездатність та демонструє лише мінімальні втрати у якості сигналу. На поточному етапі команда зосереджена на розробці відповідного передавача, що є складнішим завданням через вищі енергетичні потреби та вимоги до стабільності роботи компонентів у жорстких умовах.
Японські розробки відкривають нові можливості для застосування електроніки у галузях, де раніше це було неможливо. Окрім підвищення безпеки роботизованих операцій у ядерній промисловості, такі рішення можуть стати основою для створення майбутніх квантових процесорів та інших інноваційних технологій.
