Un chip resistente alle radiazioni potrebbe dare impulso allo smantellamento delle centrali nucleari. / Radiation-resistant chip could boost nuclear decommissioning

Un chip resistente alle radiazioni potrebbe dare impulso allo smantellamento delle centrali nucleari. / Radiation-resistant chip could boost nuclear decommissioning

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Alcuni ricercatori giapponesi hanno sviluppato un ricevitore Wi-Fi in grado di resistere a forti radiazioni e di consentire l'utilizzo di robot wireless per lo smantellamento di centrali nucleari.

L'impiego di robot nei siti nucleari è relativamente diffuso; la centrale nucleare di Fukushima Daiichi, in Giappone, ne fa un ampio uso in seguito al devastante terremoto ed allo tsunami che hanno colpito il paese nel 2011. Nella maggior parte dei casi, tuttavia, questi robot sono controllati tramite connessioni cablate, il che ne limita la funzionalità e può comportare problemi operativi.

Sebbene i robot wireless possano offrire dei vantaggi, gli ambienti ad alta radiazione sono ostili alla tecnologia wireless. Le intense radiazioni gamma possono intrappolare le cariche negli strati isolanti all'interno dei transistor, causando dispersioni elettriche, indebolendo i segnali ed aumentando il rumore. 

I ricercatori dell'Istituto di Scienze di Tokyo (Science Tokyo) hanno sviluppato un chip ricevitore Wi-Fi a 2,4 GHz in grado di resistere a dosi di radiazioni fino a 500 kilogray (kGy). Il chip include un amplificatore a basso rumore per potenziare i segnali deboli in ingresso, oltre ad un amplificatore a guadagno variabile per regolare l'intensità del segnale. Secondo il professore associato Atsushi Shirane di Science Tokyo, queste caratteristiche consentono la comunicazione wireless in ambienti con livelli di radiazione estremi.  

"Tale tolleranza risponde ai requisiti dello smantellamento delle centrali nucleari, che comporta l'esposizione ad intense radiazioni gamma emesse dai detriti di combustibile", ha affermato il professore associato Shirane, del Laboratorio per la ricerca interdisciplinare futura in scienza e tecnologia di Science Tokyo.

"L'introduzione di un sistema wireless di questo tipo elimina la necessità di cablaggi complessi e consente un funzionamento efficiente e senza interruzioni di un gran numero di robot."

Per rendere il ricevitore più resistente alle radiazioni, il gruppod ha riprogettato il chip riducendo il numero totale di transistor. Un minor numero di transistor significa un minore accesso per le radiazioni che possono causare accumulo di carica e danni. Nell'amplificatore a guadagno variabile, un transistor normalmente utilizzato per controllare il guadagno è stato sostituito con un induttore, un componente passivo molto meno sensibile alle radiazioni.

Durante i test in cui l'esposizione cumulativa ha raggiunto i 500 kGy, il guadagno del segnale del dispositivo è diminuito di soli 1,4 decibel, mentre il fattore di rumore è aumentato di non più di 1,26 decibel ed il consumo energetico è diminuito di circa due milliwatt. Nel complesso, si afferma che le prestazioni del chip sono rimaste paragonabili a quelle dei ricevitori Wi-Fi commerciali standard in ambienti privi di radiazioni.

"Realizzando chip Wi-Fi in grado di funzionare stabilmente anche in ambienti con livelli di radiazione estremamente elevati, si promuoverà il controllo remoto wireless tramite robot e droni, consentendo una riduzione del rischio di esposizione alle radiazioni per i lavoratori ed un miglioramento della sofisticazione delle procedure operative", ha affermato Shirane.

ENGLISH

Researchers in Japan have developed a Wi-Fi receiver that can withstand heavy radiation and enable wireless robots for nuclear decommissioning.

The use of robots at nuclear sites is relatively widespread, with Japan’s Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant employing them extensively in the wake of the country’s devastating 2011 earthquake and tsunami. In most cases, however, these robots are controlled via wired connections, which limits functionality and can lead to operational challenges.

While wireless robots could offer benefits, as high radiation environments are hostile to wireless technology. Intense gamma radiation can trap charges in insulating layers within transistors, causing electrical leakage, weakening signals, and increasing noise. 

The researchers, from the Institute of Science Tokyo (Science Tokyo), developed a 2.4GHz Wi-Fi receiver chip that can withstand radiation doses of up to 500 kilograys (kGy). It includes a low-noise amplifier to boost weak incoming signals, alongside a variable-gain amplifier to adjust signal strength. According to Science Tokyo’s Associate Professor Atsushi Shirane, these characteristics enable wireless communication in extreme radiation environments.  

“Such tolerance addresses the requirements of nuclear power plant decommissioning, which involves exposure to intense gamma radiation emitted from fuel debris,” said Associate Professor Shirane, from Science Tokyo’s Laboratory for Future Interdisciplinary Research of Science and Technology.

“Introducing such a wireless system eliminates the need for complex cabling and enables efficient and seamless operation of a large number of robots.”

To make the receiver more resistant to radiation, the team redesigned the chip to reduce the total number of transistors. Fewer transistors mean less access for radiation that can cause charge buildup and damage. In the variable-gain amplifier, a transistor normally used to control gain was replaced with an inductor, a passive component that is much less sensitive to radiation.

During tests where cumulative exposure hit 500kGy, the device’s signal gain decreased by only 1.4 decibels, while noise figure increased by no more than 1.26 decibels and power consumption decreased by around two milliwatts. Overall, it’s claimed the chip’s performance remained comparable to that of standard commercial Wi-Fi receivers in radiation-free environments.

“By realising Wi-Fi chips that operate stably even under ultra-high-dose radiation environments, wireless remote operation using robots and drones will be promoted, enabling reductions in worker radiation exposure risk and advances in work sophistication,” said Shirane.

Da:

https://www.theengineer.co.uk/content/news/radiation-resistant-chip-for-wireless-nuclear-robots?rcip=giuseppecotellessa%40libero.it&utm_campaign=Daily%20Bulletin%20-%20240326%20-%20Tuesday&utm_content=&utm_term=https%3A%2F%2Fwww.theengineer.co.uk%2Fcontent%2Fnews%2Fradiation-resistant-chip-for-wireless-nuclear-robots&utm_medium=email&utm_source=The%20Engineer