Los investigadores han hecho un receptor Wi-Fi que es lo suficientemente difícil para trabajar dentro de un reactor nuclear. Ellos esperan que el receptor sea parte de un sistema de comunicaciones inalámbricas para la robótica utilizada descomposición reactores.
Yasuto Narukiyo, estudiante graduado del Instituto de Ciencias de Tokio, presentado el receptor inalámbrico en el IEEE International Solid-State Circuits Conference ()ISSCCEn San Francisco en febrero. El receptor sufrió una dosis total de radiación de 500 kilograys, órdenes de magnitud superiores a las dosis típicamente toleradas por la electrónica en el espacio exterior.
Después del desastre nuclear de 2011 Fukushima Daiichi planta, ingenieros comenzaron a usar robots para ayudar a caracterizar y limpiar el sitio. La mayoría de estos requieren cables de red de área local (LAN) que pueden enredarse, dice Narukiyo. Su equipo, que incluye a su asesor Atsushi Shirane y Masaya Miyahara de la Organización de Investigación de Alta Aceleración de la Energía de Japón (KEK), tiene como objetivo desarrollar un sistema inalámbrico para controlar robots en este entorno duro.
Incluso en circunstancias menos dramáticas, las plantas nucleares no duran para siempre, y necesitan ser desmanteladas y descontaminadas con seguridad para que los sitios puedan ser reutilizados, un proceso llamado descomunión. El proceso es largo y corre el riesgo de exponer a la gente a la radiación, por lo que los ingenieros esperan que los robots puedan venir al rescate.
La necesidad de estos robots está creciendo. Según un Estudio 2024, de 204 reactores que han sido cerrados, sólo 11 plantas con una capacidad superior a 100 megavatios han sido completamente descompuestos, y 200 reactores más alcanzarán el final de sus vidas en los próximos 20 años.
Mientras que la electrónica para la exploración espacial suele ser necesaria para soportar dosis de radiación de 100 a 300 grays durante tres años, un robot que opera en un reactor nuclear necesita soportar más de 500 kGy durante seis meses, dice Narukiyo, al menos 1.000 veces la dosis. Un brazo robótico hecho por KUKA fue capaz de resiste sólo 164.55 Gimnasio de daño antes de fallar. Para comparación, la lente del ojo absorbe sólo 60 milligrays durante una TC del cerebro.
Hardening de radiación
Para “Harden” el 2.4-gigahertz Receptor Wi-Fi contra niveles intensos de radiación, Narukiyo y su equipo cambiaron su mezcla de componentes, minimizaron el número total de transistores, y con la geometría de los transistores que quedaron.
Los transistores, MOSFETs de silicio (metal-óxido semiconductor efectos sobre el terreno transistores), contienen una capa de óxido que es particularmente vulnerable a los daños causados por la radiación. Las manchas de los rayos gamma pueden atrapar cargos positivos en el óxido, degradando el rendimiento del dispositivo y causando errores. También cambiaron el diseño de los propios transistores. La puerta del dispositivo controla el flujo de corriente a través del transistor. Cuanto más pequeño sea, más su rendimiento será degradado por una dosis de radiación. Así que hicieron las puertas más largas y más anchas.
Los investigadores probaron el receptor Wi-Fi colocandolo encima de una fuente de radiación.Yasuto Narukiyo, Sena Kato, et al.
En segundo lugar, consideraron las diferencias en cómo la radiación afecta a los transistores PMOS, en los que la corriente se lleva principalmente por cargas positivas, y NMOS, donde los electrones fluyen. Los transistores PMOS son más vulnerables a los daños de radiación porque la carga positiva queda atrapada tanto en el óxido como en la interfaz entre el óxido y el resto del semiconductor. Estos agregan y desplazan el transistor hacia el estado libre, dice Narukiyo. Para compensar, el nuevo diseño receptor minimiza el uso de PMOS, reemplazando estos transistores con otros elementos como inductores que no tienen una capa de óxido. Los transistores NMOS son más resistentes, dice Narukiyo, porque los cargos positivos atrapados en el óxido se cancelan en cierta medida por cargos negativos que quedan atrapados en la interfaz.
Narukiyo y su equipo midieron el rendimiento del receptor antes de la exposición a la radiación, y otra vez después de la explosión con una dosis total de 300 kGy y luego 500 kGy. Antes de ser irradiado, mostró un rendimiento comparable a los receptores típicos de Wi-Fi. Después de alcanzar la dosis de radiación más alta, la ganancia del receptor había disminuido alrededor de 1,5 decibel.
Narukiyo dice que el receptor está lo suficientemente endurecido, y ahora espera mejorar su rendimiento. También está trabajando en un transmisor, que permitiría comunicaciones bidireccionales. Esto es más difícil debido a la necesidad de producir altos niveles de corriente para generar la señal Wi-Fi. Dice que una versión anterior que intentó fue rota por una dosis de 300 kGy. El grupo explora el uso de otros semiconductores, como diamantePara endurecer el transmisor.
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