Вот что переживёт атомную войну: инженеры создали чип для работы в самых экстремальных условиях

Инженеры из Университета штата Мэн сделали прорыв в области ядерной энергетики, разработав датчик, который способен работать прямо в активной зоне ядерного реактора, где температура достигает 1000 °C, а нейтроны воздействуют на материалы. Эти датчики открывают новые горизонты для мониторинга и управления ядерными реакторами, решая проблемы, с которыми сталкивались старые технологии.

Проблемы старых датчиков и решение команды Перейры де Куньи

Ядерные реакторы — это экстремальные условия: температура в активной зоне превышает 800°C, а нейтронное излучение разрушает атомы в полупроводниках. Ранее существующие датчики измеряли нейтронный поток или температуру снаружи реактора, что не гарантировало точности данных. Маурисио Перейра де Кунья и его команда решили эту проблему с помощью новейших нанотехнологий.

Их инновационный чип, использующий специальные материалы, устойчивые к радиации, позволяет измерять не только температуру, но и мощность реактора и деформацию стенок в реальном времени. По словам Перейры де Куньи, это "первая демонстрация технологии микрочипа, способной измерять мощность реактора до 800°C".

Преимущества нового датчика

Устойчивость к экстремальным условиям

Прототипы датчиков были испытаны в лаборатории Огайского университета, который является частью сети Минэнерго США. Чипы прошли неделю в самом центре реактора под воздействием гамма-излучения и нейтронного потока, при этом не было зафиксировано ни одного сбоя. Ранее аналогичные датчики могли работать в таких условиях только несколько часов. В отличие от обычных полупроводников, используемых в старых датчиках, карбид кремния не плавится и сохраняет свою структуру даже при сильном излучении.

"Помимо экстремальных температур, мы теперь подвергаем эти датчики мощному внутриреакторному ядерному излучению. Это добавляет новое измерение сложности в разработку материалов, которые могут выжить в таких условиях и остаться функциональными", — добавил старший исследователь Лука Дусетт.

Перспективы для ядерной энергетики и микрореакторов

Новые датчики будут играть ключевую роль в снижении простоя ядерных станций и снижении затрат на обслуживание. Кроме того, эти технологии ускорят запуск микрореакторов - компактных ядерных установок, которые идеально подходят для удаленных регионов, микросетей и небольших городов. Микрореакторы обещают стать важным шагом в будущем энергетики, обеспечивая стабильную и безопасную энергию в малых масштабах.

В дальнейшем команда планирует усовершенствовать датчики, сделав их беспроводными и без батарей. Энергия будет поступать от радиосигнала запроса, что исключает необходимость в батареях и упрощает эксплуатацию.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

Ошибка: традиционные датчики не могли точно измерять параметры в активной зоне реактора, что приводило к ошибкам и снижению безопасности.

Последствие: это создавало риски для безопасности и экономическую нагрузку на ядерные станции, поскольку точные данные были необходимы для стабильной работы реакторов.

Альтернатива: новые датчики, способные работать при высоких температурах и экстремальных уровнях радиации, устраняют эти проблемы, повышая точность измерений и безопасность работы ядерных установок.

А что если бы…

Если бы такие датчики не были разработаны, ядерные станции продолжали бы сталкиваться с проблемами в получении точных данных о внутреннем состоянии реакторов, что могло бы привести к снижению эффективности или даже аварийным ситуациям. Это открытие меняет подходы к мониторингу и безопасности, делая их более точными и надежными.

Плюсы и минусы новых датчиков

FAQ

Какие преимущества новых датчиков перед старыми?
Новые датчики могут работать при температуре до 1000°C и под воздействием гамма- и нейтронного излучения, что значительно повышает точность и безопасность.

Как эти датчики помогут ядерной энергетике?
Они позволят точно контролировать работу реакторов, снижая простои и затраты на обслуживание, а также улучшат безопасность.

Как будут работать беспроводные датчики?
Датчики будут получать энергию от радиосигнала запроса, что исключает необходимость в батареях и упрощает эксплуатацию.

3 интересных факта

1. Эти датчики могут выдерживать температуру до 1000°C, что делает их уникальными для работы в активной зоне реакторов.
2. Они были успешно испытаны в условиях ядерного излучения в лаборатории Огайского университета, продержавшись неделю без сбоев.
3. Команда ученых планирует создать беспроводные версии этих датчиков, которые будут получать энергию от радиосигнала.

Исторический контекст

Ядерная энергетика всегда требовала высокоточных методов мониторинга, и новейшие разработки в области датчиков обеспечивают надежность и безопасность на новых уровнях. Эти технологии могут стать основой для дальнейшего развития микрореакторов, которые имеют огромный потенциал в будущей энергетике.