在IEEE國際固態電路會議上,東京科學研究所展示了一項突破性成果——一款專為核反應堆強輻射環境設計的Wi-Fi芯片。該芯片可承受高達50萬戈瑞的輻射劑量,是航天電子設備耐輻射能力的千倍以上,為核反應堆退役機器人提供了可靠的無線通信解決方案。
核反應堆內部環境對電子設備的要求近乎苛刻。傳統硅基半導體在強輻射下極易失效,導致機器人只能依賴物理線纜控制。然而,線纜不僅容易纏繞,還限制了機器人的活動范圍,大幅降低了清理效率與操作安全性。東京科學研究所的研發團隊正是針對這一痛點,開啟了抗輻射Wi-Fi芯片的研發工作。
研發過程中,團隊面臨諸多技術難題。簡單的物理屏蔽方案被率先排除,因為鉛等材料雖能阻擋輻射,卻會阻斷無線信號傳輸。外接天線方案同樣不可行,因為天線本身也會受到輻射干擾。最終,團隊決定從芯片架構入手,打造一款能直接承受核反應堆核心輻射的Wi-Fi接收器。
在晶體管層面,團隊進行了抗輻射加固設計。他們通過增加硅MOSFET晶體管的柵極長度和寬度,減少輻射敏感的PMOS晶體管使用,并用無氧化層的電感器替代部分元件。這些改進有效緩解了伽馬射線在氧化層中捕獲電荷導致的性能退化問題,使芯片在強輻射環境下仍能保持穩定工作。
測試數據顯示,這款接收器在輻射前的性能與普通Wi-Fi接收器相當。經過500千戈瑞總輻射劑量后,設備增益僅下降約1.5分貝,遠低于行業預期。這一成果為核反應堆清理工作提供了重要技術支撐,尤其針對福島第一核電站事故后的高污染區域清理任務,具有重大現實意義。
目前,研發團隊正致力于實現雙向通信功能,重點開發耐輻射發射器。早期試驗版本在300千戈瑞輻射下出現損壞,團隊正探索使用金剛石等新型半導體材料,以進一步提升發射器的耐輻射性能。這一研究方向有望為核工業領域帶來更多創新突破。











