В городах будущего микрореакторы могут стать источником энергии для домов, обеспечивая безопасность благодаря чипу, который передает данные в реальном времени.
Инженеры Университета штата Мэн разработали датчик, способный функционировать в активной зоне ядерного реактора при экстремальных условиях — температуре до тысячи градусов по Цельсия и воздействии нейтронного излучения.
Ядерные реакторы представляют собой котлы, работающие под высоким давлением, где температура в активной зоне превышает 800 ℃, а нейтронное излучение разрушает атомы в полупроводниковых материалах. Традиционные датчики измеряют параметры реактора косвенно, что увеличивает риск ошибок. За два года интенсивных исследований команда Маурисио Перейры де Куньи нашла решение этой проблемы.
Разработанный чип, созданный с использованием нанотехнологий и специальных материалов, устойчив к радиации. Он в реальном времени фиксирует мощность реактора, деформации его стенок и температуру. Это устройство способно передавать данные даже в условиях, когда вокруг него бушует плазма.
Испытания в лаборатории показали, что это первый микрочип, способный измерять мощность реактора при температуре до 800℃.
Прототипы были отправлены в лабораторию Огайского университета, входящую в сеть Министерства энергетики США. В течение недели чип находился в активной зоне реактора под воздействием гамма-излучения и нейтронного потока, при этом не было обнаружено ни сбоев, ни деградации его работы. Раньше подобные датчики могли функционировать максимум несколько часов, а теперь они выдерживают целую неделю.
Старший исследователь Лука Дусетт отметил, что помимо экстремальных температур, чипы теперь подвергаются мощному внутриреакторному ядерному излучению, что значительно усложняет задачу выбора материалов, способных сохранять свои свойства в таких условиях.
С 2013 по 2024 год команда устанавливала подобные сенсоры в паровых котлах штата Мэн, на угольной электростанции в Вирджинии и в ветровых турбинах залива Пенобскот.
Эти устройства работали без сбоев в течение трех лет. Теперь технологию адаптировали для использования в ядерных условиях, добавив защиту от гамма-лучей и нейтронов. Основой нового чипа стал карбид кремния, который не плавится и сохраняет свою структуру под воздействием радиации. Испытания включали циклы резкого нагрева и охлаждения, имитируя реальные условия работы реактора.
Такие «стойкие» чипы позволят сократить время простоя ядерных станций, значительно снизить затраты на их обслуживание и ускорить запуск микрореакторов, которые идеально подходят для удаленных регионов, микросетей и небольших городов.
В будущем планируется сделать датчики беспроводными и отказаться от батарей, чтобы они могли получать энергию напрямую из радиосигнала, подобно обычным радиоприемникам.
«Успешная разработка этих датчиков устранит технологические барьеры, препятствующие внедрению передовых ядерных реакторов», — отметил Перейра де Кунья.