لأول مرة تم إنشاء شريحة دقيقة يمكنها تحمل حرارة المفاعل النووي

مهندسين من جامعة مين أنشأ جهاز استشعار يعمل مباشرة في قلب المفاعل النووي – عند درجة حرارة 1000 درجة مئوية وتحت قصف النيوترونات.

المفاعلات النووية عبارة عن غلايات ضغط، حيث تتجاوز درجة الحرارة في القلب 800 درجة مئوية، وتقوم النيوترونات بتدمير الذرات في أشباه الموصلات. تقيس أجهزة الاستشعار القديمة تدفق النيوترونات أو الحرارة من الخارج، مما قد يؤدي إلى حدوث أخطاء. قام فريق ماوريسيو بيريرا دي كونها بحل هذا اللغز على مدار عامين من الاختبارات.

رقاقتهم عبارة عن تقنية النانو مصنوعة من مواد خاصة مقاومة للإشعاع. فهو يسجل قوة المفاعل وتشوه الجدار ودرجة الحرارة في الوقت الحقيقي. تخيل شريحة سيليكون دقيقة تنقل البيانات بينما تغلي البلازما.

الاختبارات في المختبر

وأشار بيريرا دي كونيا إلى أن “هذا هو العرض الأول لتكنولوجيا الرقائق الدقيقة القادرة على قياس قوة المفاعل حتى 800 درجة مئوية”.

وانتهى الأمر بالنماذج الأولية في مختبر بجامعة أوهايو، وهو جزء من شبكة وزارة الطاقة. هناك أمضت الشريحة أسبوعًا في قلب المفاعل تحت إشعاع جاما وتدفق النيوترونات. لم يتم اكتشاف أي فشل أو تدهور. في السابق، كانت هذه المستشعرات تدوم لمدة ساعتين كحد أقصى، ولكن الآن لمدة أسبوع كامل. يوضح لوكا دوسيت، كبير الباحثين:

“بالإضافة إلى درجات الحرارة القصوى، فإننا نعرض الآن هذه المستشعرات للإشعاع النووي القوي داخل المفاعل في نفس الوقت. وهذا يضيف بعدًا جديدًا تمامًا من التعقيد فيما يتعلق بمواد الاستشعار التي يمكنها البقاء على قيد الحياة في هذه الظروف والبقاء وظيفية.”

في السابق، في الفترة من 2013 إلى 2024، قام الفريق بتركيب أجهزة استشعار مماثلة في غلايات البخار في ولاية ماين، ومحطة طاقة تعمل بالفحم في فرجينيا، وتوربينات الرياح في خليج بينوبسكوت. لقد عملوا دون فشل لمدة ثلاث سنوات. والآن تم تكييف هذه التكنولوجيا لتلائم الظروف النووية، مما أضاف حماية من أشعة جاما والنيوترونات. وهو يعتمد على كربيد السيليكون، وهي مادة لا تذوب وتحتفظ ببنيتها تحت الإشعاع. وتضمنت الاختبارات دورات تسخين وتبريد سريعة، لمحاكاة التشغيل الفعلي للمفاعل.

لماذا هناك حاجة إلى مثل هذه الرقائق “المقاومة”؟

سوف تقلل الرقائق من توقف المحطة، سوف يقلل بشكل كبير من تكاليف الصيانة وتسريع بدء التشغيل المفاعلات الدقيقة — منشآت نووية مدمجة، مثالية للمناطق النائية والشبكات الصغيرة وتخدم المدن الصغيرة.

الخطط هي صنع أجهزة استشعار لاسلكية وخالية من البطاريات: سوف يتلقون الطاقة مباشرة من إشارة الراديو المطلوبة، مثل الراديو العادي الذي يلتقط الموجة وينتج الصوت على الفور

ويختتم بيريرا دي كونها:

“إن التطوير الناجح لهذه المجسات سيؤدي إلى إزالة وتخفيف الحواجز التكنولوجية التي تعيق حاليًا تنفيذ المفاعلات النووية المتقدمة.”