Les semi-conducteurs au nitrure de gallium peuvent résister avec succès à l 'environnement hostile à proximité d'un cœur de réacteur nucléaire, ont découvert des chercheurs de l'Oak Ridge National Laboratory ( ORNL). La découverte pourrait permettre de placer les composants électroniques plus près des capteurs dans un réacteur en fonctionnement, ce qui permettrait d 'obtenir des mesures plus précises et plus sûres, tout en présentant des avantages opérationnels.

Transistors en nitrure de gallium, vus au microscope ( Image : Kyle Reed / ORNL)

Les capteurs sont utilisés pour recueillir des informations à partir d 'un réacteur et peuvent identifier les défaillances potentielles de l'équipement avant qu'elles ne se produisent, aidant ainsi à prévenir les arrêts imprévus coûteux. Mais les circuits complexes auxquels les capteurs sont connectés doivent être placés loin du coeur du réacteur pour protéger l 'électronique de la chaleur et du rayonnement. Les longs câbles utilisés pour transmettre les données des capteurs via peuvent capter du bruit supplémentaire et dégrader le signal.

Le nitrure de gallium est un semi-conducteur dit à large bande interdite qui est plus résistant à la chaleur et au rayonnement que le silicium, et qui est disponible dans le commerce, bien que peu utilisé actuellement. Des chercheurs du laboratoire du département américain de l 'énergie ont testé ses propriétés en plaçant des transistors en nitrure de gallium près du cœur d'un réacteur de recherche à l'Université d'État de l'Ohio, où ils ont résisté avec succès à une chaleur et à un rayonnement élevés pendant trois jours consécutifs. Les transistors ont été capables de gérer une dose de rayonnement accumulée 100 fois plus élevée que les dispositifs en silicium standard à une température soutenue de 125 ° C, dépassant les attentes.

Kyle Reed et Dianne Ezell recueillent des données alors que le transistor du capteur est testé dans la piscine du réacteur, qui peut être vu derrière eux ( Image : Michael Huson / The Ohio State University)

« Nous nous attendions à tuer les transistors le troisième jour, et ils ont survécu », a déclaré le chercheur principal Kyle Reed, membre du groupe Capteurs et électronique de l 'ORNL, ajoutant que le travail rend la mesure des conditions à l'intérieur d'un réacteur nucléaire en fonctionnement « plus robuste et précise ».

En exposant les transistors à des niveaux de rayonnement élevés pendant des jours dans le coeur même du réacteur, les chercheurs ont pu conclure que les transistors au nitrure de gallium sont capables de survivre au moins cinq ans dans un réacteur, la fenêtre normale d 'entretien pour de tels composants.

La recherche peut également être importante pour les microréacteurs avancés qui, en raison de leur taille compacte, auront besoin de capteurs capables de résister à des conditions de rayonnement plus défavorables que les réacteurs actuellement en exploitation. Toutefois, les essais effectués à l 'Ohio State University ont montré que la chaleur était plus nocive pour le nitrure de gallium que le rayonnement. Les chercheurs s 'efforcent maintenant de mieux comprendre les effets de la chaleur.

Une meilleure surveillance nucléaire signifie une sûreté accrue et des coûts d 'exploitation réduits, et la réduction de la fréquence des pannes de maintenance réduit les risques pour la sécurité humaine, a déclaré Dianne Ezell, chef du groupe Mesures nucléaires et environnementales extrêmes de l'ORNL. "Des centaines de milliers de dollars sont perdus chaque jour qu 'un réacteur est arrêté", a-t-elle déclaré. « Si nous voulons rendre le nucléaire économiquement compétitif par rapport à d 'autres industries énergétiques, nous devons maintenir nos coûts bas », a-t-elle déclaré. « Vous êtes en mesure d 'éviter de placer des gens dans des environnements de rayonnement rigoureux ou de manipuler des matières radioactives aussi souvent », a-t-elle ajouté.

Recherché et écrit par World Nuclear News