日本科研團隊近日開發(fā)出一款能夠在核反應堆內部極端輻射環(huán)境中穩(wěn)定工作的 Wi?Fi 接收器，為未來利用機器人安全退役老舊核電站提供了關鍵通信技術支撐。這款由東京科學大學團隊研制的接收器在輻照試驗中表現(xiàn)出遠超常規(guī)電子元件的抗輻射能力，其耐受輻射劑量約為傳統(tǒng)電子設備的 1000 倍。

相關研究于今年早些時候在舊金山舉行的 IEEE 國際固態(tài)電路會議（ISSCC）上公布，數(shù)據(jù)顯示，這款 Wi?Fi 接收器在承受高達 500 千戈瑞（kGy）的輻射后仍能正常工作。這一耐受水平甚至超過一般航天級電子元件的設計指標。項目負責人、東京科學大學研究生Yasuto Narukiyo介紹，一臺在核反應堆內部執(zhí)行任務的機器人，六個月內所承受的累積輻射就可能超過 500 kGy，而相比之下，航天電子設備通常只需要在三年內承受約 100 至 300 戈瑞的劑量。

Yasuto Narukiyo以及日本高能加速器研究機構組成的團隊，目標是打造適用于核電站退役工作的全無線化機器人控制系統(tǒng)。目前部署在福島第一核電站等現(xiàn)場的機器人主要依靠局域網(wǎng)有線電纜進行通信，這些電纜不僅容易纏繞，限制了機器人活動范圍，也影響系統(tǒng)的可靠性。

在技術層面，高輻射環(huán)境對傳統(tǒng)電子器件破壞極大。當伽馬射線轟擊硅基元件時，會在晶體管周圍的氧化層中俘獲正電荷，從而導致電路性能漂移甚至失效。為應對這一問題，東京團隊對 2.4GHz 頻段的 Wi?Fi 接收器進行了重新設計，包括減少晶體管數(shù)量、調整晶體管幾何結構，并用更具抗輻射優(yōu)勢的 NMOS 晶體管和電感替代原本更易受損的 PMOS 晶體管。

Yasuto Narukiyo指出，PMOS 晶體管在輻射作用下更容易出現(xiàn)損傷，是因為正電荷會同時在氧化層內部以及氧化層與半導體界面累積，從而顯著影響器件特性。因此，新設計盡量減少了 PMOS 器件的使用比例，以提升整體抗輻射穩(wěn)定性。在經歷最高 500 kGy 的輻照測試后，該接收器的增益僅下降約 1.5 分貝，性能衰減幅度較小，并在試驗前后與普通商用 Wi?Fi 接收器相比均表現(xiàn)出相近水平。

憑借這一耐久性，新型接收器有望在核反應堆內部發(fā)揮重要作用，為負責巡檢、清理和拆除作業(yè)的機器人提供可靠的無線通信鏈路。目前全球核電站退役進程正在加速：在已關閉的 204 座反應堆中，真正完成整體拆除的大型機組僅有 11 座，另有約 200 座預計將在未來 20 年內陸續(xù)關停。在此背景下，如何讓機器人在高輻射、高風險環(huán)境下穩(wěn)定聯(lián)網(wǎng)，被視為提升退役效率與安全性的關鍵一環(huán)。

在取得接收端突破后，Yasuto Narukiyo團隊的下一步目標是開發(fā)同樣具備高抗輻射能力的發(fā)射端芯片，實現(xiàn)真正意義上的雙向無線通信。這一任務更具挑戰(zhàn)性，因為發(fā)射機需要產生更高電流以輸出 Wi?Fi 信號。此前的一款發(fā)射機原型在 300 kGy 的輻照條件下即宣告失效。為此，研究團隊正探索包括金剛石在內的新型半導體材料，希望在材料層面進一步提升器件的輻射耐受極限，使發(fā)射端能夠與當前的接收器相匹配。

研究團隊表示，如果發(fā)射與接收兩端的抗輻射無線芯片都能達到既定目標，未來核電站內部機器人將有望擺脫纜線束縛，在復雜空間中實現(xiàn)更遠距離、更高靈活度的任務執(zhí)行。這不僅有助于應對福島等極端事故后的長期退役工作，也可為全球范圍內即將進入退役期的大量核電機組提供更加安全、高效的技術方案。