抗輻射能力超越航太設備千倍！日本研發可耐核反應爐環境的 Wi-Fi 接收器，未來可望應用於核電廠無人機器人

抗輻射能力超越航太設備千倍，日本研發耐核反應爐 Wi-Fi 接收器

東京科學研究所近日在 IEEE 國際固態電路會議上，展示了一款可耐受核反應爐強輻射環境的 Wi-Fi 晶片，引發業界高度關注。

承受 50 萬戈雷輻射，抗輻射能力為航太設備千倍以上

核反應爐環境對電子設備的要求極為嚴苛，而這款裝置可承受高達 50 萬戈雷（Gray）的輻射劑量，是航太電子設備耐受力的 1,000 倍以上，主要目的是為核反應爐除役機器人提供可靠的無線通訊方案。

所謂戈雷（Gray），是國際單位制中電離輻射吸收劑量的標準單位，用於衡量單位質量物質所吸收的輻射能量，1 戈雷等於 1 公斤物質吸收 1 焦耳的輻射能量。

研發初衷：解決福島核電廠清理難題

根據科技媒體 Tom's Hardware 報導，該晶片的設計初衷主要針對福島第一核電廠事故後的清理工作，讓機器人能在高污染區域長時間執行任務。

在核輻射環境下，傳統矽基半導體極易受到干擾，導致機器人必須依賴實體線纜進行控制，而線纜又容易纏繞，嚴重影響清理效率與操作安全性。這也是目前在高輻射環境中部署無人載具與機器人所面臨的最大瓶頸之一。

從晶片架構突破，克服多重技術挑戰

東京科學研究所團隊在研發過程中遭遇諸多挑戰。首先，簡單的物理屏蔽無法解決問題——鉛屏蔽雖然能阻擋放射性輻射，但也會阻斷無線訊號傳輸。此外，由於天線本身也會受到輻射干擾，外接天線方案同樣不可行。

最終，研發團隊決定從晶片架構入手，打造能直接承受核反應爐核心輻射環境的 Wi-Fi 接收器。團隊從電晶體層面進行了抗輻射強化設計，具體措施包括：

• 增加矽 MOSFET 電晶體的閘極長度與寬度
• 減少使用對輻射敏感的 PMOS 電晶體
• 以無氧化層的電感器替代部分元件

這些改進有效緩解了伽馬射線在氧化層中捕獲電荷所導致的效能退化問題。

測試結果令人振奮

測試數據顯示，該接收器在輻射前的性能與一般 Wi-Fi 接收器相當。在承受 500 千戈雷（500 kGy）總輻射劑量後，設備增益僅下降約 1.5 分貝（dB），表現極為出色。

下一步：開發耐輻射發射器實現雙向通訊

目前團隊正致力於開發耐輻射發射器，以實現完整的雙向通訊功能。不過早期試驗版本在 300 千戈雷輻射下即損壞，團隊正積極探索使用鑽石（金剛石）等半導體材料來提升發射器的耐輻射性能。

對無人載具產業的啟示

這項技術突破不僅對核電廠除役作業具有重大意義，也為未來在極端環境下操控無人機、機器人等無人載具提供了全新的通訊解決方案。隨著全球核電廠陸續進入除役階段，耐輻射無線通訊技術的需求將持續增長，也為相關無人載具的應用開闢了新的市場空間。

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