Difficile trovare un ambiente più estremo di quello vicino a un reattore nucleare. E altrettanto difficile trovare un dispositivo (chip, transistor…) che resista alle sue temperature e radiazioni. Eppure all’Oak Ridge National Laboratory (ORNL) del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti stanno lavorando proprio su questo: un rivoluzionario transistor che riesca a resistere a tutto ciò, e a durare per ben 5 anni.
Dall’ORNL il transistor che resiste a un reattore nucleare
Sensori e transistor più precisi, e che siano in grado di resistere alle intense temperature e radiazioni all’interno di un reattore a energia nucleare. Su questo verte l’ultimo progetto dell’ORNL, ovvero un transistor in nitruro di gallio capace di sopportare temperature fino a 125 gradi Celsius (il limite di sicurezza di un reattore). E durare ben cinque anni in questi ambienti estremi.
Particolarità di questo transistor è la sua base chimica, il nitruro di gallio, un’innovazione rispetto al tradizionale silicio che, pur essendo un materiale ormai alla base dell’informatica, di certo non è il massimo per un ambiente estremo come quello di un reattore nucleare.
Giustamente precisa Tom’s Hardware, i tradizionali transistor a silicio non sono in grado di sopportare le intense condizioni nucleari. Per questo vengono posizionati dietro schermature protettive e collegati ai sensori analogici dentro il reattore tramite cavi.
Di contro, il nitruro di gallio sta dimostrando una notevole resilienza a queste condizioni. Nel test raccontato sul blog del laboratorio, i ricercatori hanno esposto alcuni transistor in nitruro di gallio per tre giorni a temperature fino a 125 gradi Celsius vicino al nucleo del reattore dell’Università Statale dell’Ohio. Invece di danneggiarsi dopo 3 giorni, i transistor sono sopravvissuti. E si parla di una dose di radiazione accumulata almeno 100 volte superiore a quella che un dispositivo standard in silicio può sopportare.
Anche nel caso della durata di vita del transistor (almeno di 5 anni per essere in linea con la normale finestra di manutenzione in una piscina di un reattore nucleare) dopo aver esposto i medesimi transistor a livelli di radiazione molto più alti nel nucleo stesso, il team ha concluso che essi potrebbero appunto durare ben 5 anni anche in questi ambienti.
Le applicazioni di questo transistor
Teoricamente il nitruro di gallio è già in uso a livello informatico, almeno per quanto riguardano i dispositivi compatti ad alta potenza, come i caricatori USB-C.
Parliamo però di un materiale che ancora oggi non ha una facile applicazione industriale. E questo a causa dei suoi alti costi e delle difficoltà che richiede la sua lavorazione. Non sono infatti molti settori in cui il suo utilizzo va per la maggiore. Oltre che di alcuni dispositivi “comuni”, il nitruro di gallio è alla base dei transistor che vengono impiegati nei voli spaziali, dove riescono a sopportare la radiazione ionizzante che si verifica quando il razzo lascia l’atmosfera terrestre.
Ma davanti a queste ultime scoperte, i transistor di nitruro di gallio ora acquistano tutto un altro valore. Potrebbero addirittura diventare i candidati ideali per i microreattori attualmente in fase di sviluppo, soprattutto per quanto riguarda il monitoraggio del reattore.
Non a caso, i transistor a silicio in uso per il monitoraggio sono tendenzialmente più suscettibili a guasti. Perciò richiedono molta manutenzione, comportando però perdite economiche significative per ogni giorno di inattività. Ridurre la frequenza della manutenzione diminuirebbe non solo i costi, ma anche i rischi per la sicurezza umana. Evitando così l’esposizione a ambienti radioattivi duri o la manipolazione di materiali radioattivi da parte del personale.
