桑迪亞這款晶體感測器是用什麼材料做的？

感測器採用稀土石榴石晶體，材料包括鋱鈧鋁石榴石（TSAG）與鋱鎵石榴石（TGG），大小約與鉛筆橡皮擦相當，這類材料的光學特性會隨電磁力變化而改變，非常適合用於磁場量測。

這款感測器和傳統磁場感測器有什麼不同？

這款感測器採用電絕緣材料，不會在高輻射環境中短路；不需頻繁校準與維護，可降低運營成本；在SPHINX測試中也顯示比傳統感測器更小的統計誤差，能在傳統感測器失效的惡劣環境下正常運作。

研究團隊已於2024年12月取得專利，並有一家企業取得授權。目前已完成空氣與真空環境測試，正進行低密度電漿評估，最終目標是在商業核融合系統所需的高密度電漿條件下完成測試。

美國桑迪亞國家實驗室（Sandia National Laboratories）的研究團隊開發出一款以雷射為基礎的微型晶體感測器，能在最惡劣的環境中追蹤強磁場，並有望提升未來核融合發電廠的診斷能力。

這款感測器採用大小約與鉛筆橡皮擦相當的稀土石榴石晶體，可在常規磁場感測器難以應付的環境中正常運作，包括強輻射、電磁干擾以及融合電漿環境。目前，該感測器已申請參加2026年R&D 100大獎——這是全球每年評選100項最具創新性技術的重要競賽。

桑迪亞物理學家、感測器共同發明人Israel Owens博士表示，團隊對目前的進展感到相當滿意。「我們認為這項技術在磁場量測方面是一項重大突破，」他強調，「特別是在核融合研究、高能物理及電力公用事業領域，我們認為它將是不可或缺的工具。」

這款裝置由一個小型雷射、一塊稀土石榴石晶體、兩個光學濾波器以及一個光偵測器組成。雷射穿過晶體時，其偏振方向會發生旋轉；當晶體暴露於磁場中，旋轉量也會隨之改變，從而讓感測器能精確量測磁場強度。

根據桑迪亞的說明，晶體由稀土材料製成，包括鋱鈧鋁石榴石（TSAG）與鋱鎵石榴石（TGG）。由於這類材料的光學特性會隨電磁力的變化而改變，因此非常適合用於磁場量測。

研究團隊自2021年起開始研發這款感測器，初衷是改善世界上最強大的實驗室輻射源——Z Machine內部的量測精度。Z Machine被用於基礎科學研究、磁化內爆慣性核融合研究以及國家安全應用。

團隊在桑迪亞的高能輻射百萬伏特電子源三號（HERMES III）以及短脈衝高強度奈秒X射線輻射器（SPHINX）進行了感測器測試，結果顯示其性能與傳統磁場感測器相當，且在惡劣環境中能提供更穩定一致的量測結果。

Owens表示，這款感測器更為精確，且能在傳統感測器失效的環境下正常運作。「我們在SPHINX進行了相當大量的測試，與傳統感測器相比，我們觀察到更小的統計誤差。」他補充道。

研究團隊指出，相較於傳統感測器，這款石榴石基感測器不需要頻繁校準與維護，有望降低運營成本。此外，由於其材料為電絕緣體而非金屬，可避免電子探針在高輻射環境中常見的問題。

這項技術對核融合能源研究尤具價值——核融合裝置中需要利用強磁場約束超高溫電漿，精確監控這些磁場對於理解電漿行為及維持穩定的反應爐運作至關重要。

Owens表示，這款感測器未來或許能在電漿環境內部運作，而傳統金屬感測器在這類環境中會發生短路，光纖感測器也會因輻射照射而性能退化。「我們的技術具備在傳統感測器會短路的區域運行的獨特能力，」他在一份聲明中指出。

不過，這項技術目前仍在持續研發中。在於空氣和真空環境中成功完成測試後，桑迪亞團隊已開始在低密度電漿中評估感測器的表現，並計劃最終在商業核融合系統所需的高密度電漿條件下進行測試。

桑迪亞輻射與電氣科學中心主任Bryan Oliver強調了這項感測器的重要性：「這款磁光感測器技術，是在困難的輻射與電磁環境中量測變化磁場的革命性診斷工具。」他如此總結道。目前，研究團隊已於去年12月取得專利，並已有一家企業取得技術授權。

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