Инженеры из Университета штата Мэн создали датчик, который работает прямо в активной зоне ядерного реактора — при 1000 °C и под нейтронным обстрелом.
Ядерные реакторы – это котлы под давлением, где температура в активной зоне переваливает за 800 ℃, а нейтроны разрушают атомы в полупроводниках. Старые датчики меряют поток нейтронов или тепло снаружи, рискуя ошибками. Команда Маурисио Перейры де Куньи решила эту головоломку за два года тестов.
Их чип – нанотехнология из специальных материалов, устойчивых к излучению. Он фиксирует мощность реактора, деформацию стенок и температуру в реальном времени. Представьте, что микро-чип из кремния передает данные, пока вокруг кипит плазма.
Тесты в лаборатории
«Это первая демонстрация технологии микрочипа, способной измерять мощность реактора до 800℃ », – отметил Перейра де Кунья.
Прототипы попали в лабораторию Огайского университета – часть сети Минэнерго. Там чип пробыл неделю в сердце реактора под гамма-излучением и нейтронным потоком. Не было выявлено ни сбоя, ни деградации. Раньше такие датчики держались максимум пару часов, а теперь целую неделю. Лука Дусетт, старший исследователь, объясняет:
«Помимо экстремальных температур, мы теперь подвергаем эти датчики мощному внутриреакторному ядерному излучению одновременно. Это добавляет совершенно новое измерение сложности в плане того, какие материалы для датчиков могут выжить в таких условиях и остаться функциональными».
Ранее, с 2013 по 2024 год, команда устанавливала аналогичные сенсоры в паровых котлах штата Мэн, на угольной электростанции в Вирджинии и в ветровых турбинах залива Пенобскот. Они отработали без сбоев три года. Теперь технологию адаптировали для ядерных условий, добавив защиту от гамма-лучей и нейтронов. В основе лежит карбид кремния – материал, который не плавится и сохраняет структуру под облучением. Испытания включали циклы резкого нагрева и охлаждения, имитирующие реальный режим работы реактора.
Зачем нужны такие «стойкие» чипы
Чипы сократят простои станций, существенно снизят затраты на обслуживание и ускорят запуск микрореакторов — компактных ядерных установок, идеальных для удаленных регионов, микросетей и обслуживания небольших городов.
В планах — сделать датчики беспроводными и без батарей: энергию они будут получать прямо из радиосигнала запроса, как обычное радио, которое ловит волну и сразу выдает звук
Перейра де Кунья заключает:
«Успешная разработка этих датчиков устранит и облегчит технологические барьеры, которые сейчас препятствуют внедрению передовых ядерных реакторов».