Ядерная энергетика уже много лет испытывает на прочность полупроводниковые системы. Обычная электроника выдержать повышенный радиационный фон не в состоянии. Гамма-излучение внутри активной зоны реактора вызывает накопление положительных зарядов в оксидных слоях транзисторов, постепенно сдвигает пороговые напряжения, провоцирует токи утечки и в итоге полностью выводит чипы из строя. При демонтаже старых станций или проведении ремонтов инженеры продолжают полагаться на тяжелые кабельные линии и роботов с жестко ограниченной мобильностью.

Возможно, в этом году многое изменится. Японские специалисты из Института науки Токио разработали Wi-Fi ресивер, который сохраняет работоспособность после дозы в 500 килогрей. Это уровень облучения, эквивалентный полугоду непрерывной работы машины в самых горячих зонах реактора. Решение открывает путь к беспроводному управлению техникой там, где раньше без проводов было не обойтись.

Почему кабели до сих пор остаются главной головной болью работ на АЭС

После аварии на Фукусиме-1 в 2011 году роботы стали единственным реальным способом проникнуть в помещения, где уровень радиации для человека остается смертельно опасным. Эти машины успешно обследовали завалы из топливных обломков, вели детальную съемку и даже выполняли отдельные операции по очистке. Но все они управлялись через проводные локальные сети LAN. Кабели постоянно цеплялись за арматуру и обломки конструкций, запутывались в тесных переходах между отсеками, не выдерживали механических нагрузок при перемещении техники. Плюс требовали от операторов огромного количества времени на прокладку новых шлейфов, их защиту и частую замену поврежденных участков.

В результате весь процесс вывода атомной станции из эксплуатации растягивался на долгие годы. Общая стоимость работ постоянно увеличивалась, потому что приходилось поддерживать эту уязвимую инфраструктуру связи. Международное агентство по атомной энергии прогнозирует, что к 2050 году почти половина из более чем 400 действующих реакторов перейдет в стадию демонтажа.

Это огромный объем работ, который без изменений в системах связи будет выполняться медленно, дорого и с дополнительными рисками для людей. Новый радиационно-стойкий ресивер может изменить ситуацию: он позволяет отказаться от кабелей и дает роботам и дронам свободу перемещения даже в самых сложных зонах, где раньше провода мешали работе и тормозили весь процесс.

Зарабатывайте до 20% от чека клиента

Присоединяйтесь к партнерской программе до 31.05.2026 и получите повышенную ставку 20% от трат рефералов в первые 3 месяца.

Подробнее →

Детали проекта

Разработкой занималась группа японских исследователей из Института науки Токио совместно с коллегами. Результаты представили на конференции ISSCC 2026 в Сан-Франциско под названием «Радиационно-стойкий Wi-Fi-приемник на 2,4 ГГц для задач демонтажа атомных станций». Устройство работает в обычном Wi-Fi-диапазоне 2,4 ГГц и построено на стандартной технологии производства микросхем, которая давно используется в радиосвязи.

В схеме использовали базовый набор элементов, необходимых для приема сигнала: усилители, смеситель и другие стандартные узлы. Но ключевая идея была не в том, чтобы «усилить все по максимуму», а наоборот — убрать лишнее. Чем меньше компонентов, тем меньше уязвимых для радиации мест. Поэтому разработчики сознательно упростили архитектуру и отказались от избыточных элементов.

Такой подход позволил сохранить нормальную работу связи и при этом сделать чип гораздо устойчивее к радиации, которая обычно быстро выводит электронику из строя. Ключевую роль сыграло сочетание трех решений: уменьшение числа элементов, замена самых уязвимых транзисторов и изменение их размеров. Но давайте оценим подробности.

Гамма-излучение накапливает заряд внутри микросхем и постепенно нарушает работу транзисторов: они начинают вести себя нестабильно и пропускать лишний ток. Поэтому разработчики максимально упростили схему и оставили только самые необходимые элементы, а наиболее уязвимые транзисторы в ключевых узлах заменили на пассивные элементы, которые не боятся радиации. Так схема остается работоспособной даже там, где обычная электроника быстро выходит из строя.

Оставшиеся N-канальные транзисторы увеличили по длине и ширине затвора, одновременно сократив количество параллельных «пальцев» в многопальцевой структуре, что заметно снизило влияние краевых эффектов, где чаще всего возникают пути утечки тока после облучения. В результате чип сохранил всю необходимую для Wi-Fi производительность, но стал значительно устойчивее к радиации. Причем все это реализовали на стандартном кремнии 65-нанометрового процесса без перехода на какие-либо экзотические материалы на данном этапе разработки. Такой подход позволил избежать типичных проблем обычных КМОП-схем, где каждый лишний транзистор становился потенциальной точкой отказа, и в итоге получить устройство, которое продолжает работать даже после доз, способных полностью уничтожить любой коммерческий Wi-Fi-модуль.

Прототип размещали прямо над источником гамма-излучения и снимали характеристики поэтапно: сначала в нормальных лабораторных условиях, затем после накопленных 300 килогрей и наконец после суммарных 500 килогрей. Это соответствует полугоду непрерывной работы в сердце реактора.

Коммуникационные параметры в целом остались на уровне обычных коммерческих Wi-Fi-ресиверов, работающих в обычных условиях. Внезапных сбоев, резких падений сигнала или полной потери связи зафиксировано не было. Чип продолжал нормально принимать сигнал, все работает, как нужно.

А что с передатчиком

Пока готов только приемник, но работу над передатчиком уже начали, и для него рассматривают другие материалы, например алмаз — он лучше переносит высокие токи под радиацией. Даже в нынешнем виде технология уже позволяет использовать сразу десятки роботов и дронов в самых загрязненных зонах, где они смогут свободно перемещаться, быстро обследовать большие участки и передавать данные без риска запутаться в проводах или оборвать связь.

Все это может заметно ускорить демонтаж и упростить ремонты, а главное — снизить нагрузку на людей, которые работают на объекте. Технология может пригодиться и в космосе, где условия в плане радиации мягче, чем внутри реактора. Но ключевой эффект не в рекордной стойкости к радиации, а в другом: появляется возможность отказаться от кабелей и дать технике свободу перемещения, что в итоге упрощает и ускоряет работу в сложных условиях.