Los semiconductores de nitruro de galio pueden resistir con éxito el duro entorno cercano al núcleo de un reactor nuclear, según han descubierto investigadores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL). El descubrimiento podría permitir que los componentes electrónicos se coloquen más cerca de los sensores en un reactor en funcionamiento, lo que daría lugar a mediciones más precisas y precisas con beneficios operativos y de seguridad.

Transistores de nitruro de galio, vistos a través de un microscopio (Imagen: Kyle Reed/ORNL)

Los sensores se utilizan para recopilar información de un reactor y pueden identificar posibles fallas en el equipo antes de que ocurran, lo que ayuda a evitar costosas paradas no programadas. Pero los complejos circuitos a los que están conectados los sensores deben colocarse lejos del núcleo del reactor para proteger la electrónica del calor y la radiación. Los largos cables utilizados para transmitir los datos de los sensores a través pueden captar ruido adicional y degradar la señal.

El nitruro de galio es un semiconductor llamado de banda ancha que es más resistente al calor y a la radiación que el silicio, y está disponible comercialmente, aunque no ampliamente utilizado actualmente. Investigadores del laboratorio del Departamento de Energía de Estados Unidos probaron sus propiedades colocando placing ores de nitruro de galio cerca del núcleo de un reactor de investigación en la Universidad Estatal de Ohio, donde resistieron con éxito altas temperaturas y radiación durante tres días consecutivos. Los The ores fueron capaces de manejar una dosis acumulada de radiación 100 veces mayor que los dispositivos de silicio estándar a una temperatura sostenida de 125 ° C, funcionando más allá de las expectativas.

Kyle Reed y Dianne Ezell recopilan datos mientras se prueba el transistor del sensor en la piscina del reactor, que se puede ver detrás de ellos (Imagen: Michael Huson/The Ohio State University)

"Esperábamos matar los the ores al tercer día, y sobrevivieron", dijo el investigador principal Kyle Reed, miembro del grupo Sensores y Electrónica de ORNL, y agregó que el trabajo hace que la medición de las condiciones dentro de un reactor nuclear en funcionamiento sea "más robusta y precisa".

Al exponer los the ores a días de altos niveles de radiación en el propio núcleo del reactor, los investigadores pudieron concluir que los transistors ores de nitruro de galio son capaces de sobrevivir al menos cinco años en un reactor, la ventana de mantenimiento normal para tales componentes.

La investigación también puede ser importante para los microrreactores avanzados, que debido a su tamaño compacto necesitarán sensores capaces de soportar condiciones de radiación más adversas que los reactores actualmente en funcionamiento. Sin embargo, las pruebas realizadas en la Universidad Estatal de Ohio demostraron que el calor era más perjudicial para el nitruro de galio que la radiación. Los investigadores están trabajando ahora para entender mejor los efectos del calor.

Un mejor monitoreo nuclear significa mayor seguridad y menores costos operativos, y reducir la frecuencia de los cortes de mantenimiento reduce los riesgos de seguridad humana, dijo Dianne Ezell, líder del grupo de Mediciones Nucleares y Ambientales Extremas de ORNL. "Cientos de miles de dólares se pierden cada día que se apaga un reactor", dijo. "Si vamos a hacer que la energía nuclear sea económicamente competitiva con otras industrias energéticas, tenemos que mantener nuestros costos bajos", dijo. "Se puede evitar poner a las personas en entornos de radiación hostiles o manejar material radiactivo con la misma frecuencia", agregó.

Investigado y escrito por World Nuclear News