橡樹嶺國家實驗室 (ORNL) 的研究人員發現，氮化鎵半導體能夠成功抵御核反應堆核心附近的惡劣環境。這一發現可以使電子元件更靠近運行中的反應堆中的傳感器，從而實現更精確、更準確的測量，同時具有安全性和操作性優勢。

透過顯微鏡觀察的氮化鎵晶體管

傳感器用于收集反應堆信息，并能在設備故障發生前識別潛在故障，從而有助于防止代價高昂的非計劃停機。但傳感器所連接的復雜電路必須遠離反應堆堆芯，以保護電子設備免受熱量和輻射的影響。用于從傳感器傳輸數據的長電纜可能會拾取額外的噪音并降低信號質量。

氮化鎵是一種所謂的寬帶隙半導體，比硅更耐高溫和輻射，并且目前已在市場上銷售，但目前尚未廣泛使用。美國能源部實驗室的研究人員將氮化鎵晶體管放置在俄亥俄州立大學研究反應堆核心附近，成功連續三天經受住了高溫和輻射。在持續 125°C 的溫度下，晶體管能夠承受比標準硅器件高 100 倍的累積輻射劑量，表現超出預期。

凱爾·里德 (Kyle Reed) 和黛安·埃澤爾 (Dianne Ezell) 在反應堆池中測試傳感器晶體管時收集數據

首席研究員、橡樹嶺國家實驗室傳感器與電子小組成員凱爾·里德 (Kyle Reed) 表示：“我們完全預料到晶體管會在第三天被毀壞，但它們卻幸存了下來。”他還補充說，這項工作使得測量運行中的核反應堆內部狀況“更加可靠和準確”。

通過將晶體管暴露在反應堆核心的高輻射水平下數天，研究人員得出結論，氮化鎵晶體管能夠在反應堆中存活至少五年，這是此類組件的正常維護窗口。

這項研究對先進微反應堆也可能具有重要意義，因為先進微反應堆體積小，需要能夠承受比目前運行的反應堆更惡劣的輻射條件的傳感器。然而，俄亥俄州立大學的測試表明，熱量對氮化鎵的危害比輻射更大。研究人員目前正在進一步了解熱量的影響。

ORNL 核能和極端環境測量小組負責人 Dianne Ezell 表示，更好的核能監測意味著安全性的提高和運營成本的降低，而減少維護停機頻率則可降低人身安全風險。“每天關閉反應堆都會造成數十萬美元的損失，”她說。“如果我們要使核能與其他能源行業在經濟上具有競爭力，我們就必須保持低成本，”她說。“這樣就可以避免讓人們處于惡劣的輻射環境中或經常接觸放射性物質，”她補充道。