A geração de energia nuclear consome muita energia – calor, pressão e radiação extremos – que cada parte de um reator deve suportar sempre. Naturalmente, conceber o aparelho perfeito é uma tarefa difícil, mas os investigadores continuam a descobrir formas surpreendentes de fazer avançar a tecnologia nuclear, a mais recente das quais envolve um pequeno chip com um desempenho não tão pequeno.
Em um recente liberarPesquisadores da Universidade do Maine anunciaram novos sensores microeletrônicos que toleram tanto os níveis de radiação quanto as temperaturas extremas do núcleo de um reator nuclear. Ao mesmo tempo, o sensor captura dados operacionais em tempo actual, proporcionando aos engenheiros e operadores informações valiosas sobre a atividade do reator.
“Como muitos reatores avançados atualmente em desenvolvimento operam nessas temperaturas, há uma grande demanda por sensores para monitorá-los”, disse Mauricio Pereira da Cunha, investigador principal do projeto, no comunicado. “O desenvolvimento bem-sucedido destes sensores abordará e aliviará as barreiras tecnológicas que atualmente impedem a implantação de reatores nucleares avançados.”
Acendendo o calor
O sensor foi projetado para ficar dentro da fornalha de reatores de fissão nuclear, que gera grandes cargas de energia ao dividir duas moléculas pesadas. Especificamente, os pesquisadores esperam instalar os sensores em reatores avançados de alta temperaturaque funcionam com gás hélio e contêm materiais cerâmicos para gerar energia nuclear de forma mais eficiente e segura.
No entanto, estes reactores atingem temperaturas mais elevadas do que as que os sensores existentes podem suportar, uma vez que as suas vantagens advêm das “maiores eficiências térmicas que são alcançadas a temperaturas mais elevadas”, explicaram os investigadores.
A equipe, por outro lado, tinha duas décadas de experiência no refinamento de sensores semelhantes. Isto motivou-os a passar os últimos dois anos a desenvolver e testar um sensor suficientemente forte para os reactores da próxima geração – e, enquanto o faziam, tornar o sensor minúsculo para alargar a sua gama de aplicações.
Chip pequeno, grandes implicações
Para o projeto, a equipe criou sete sensores, todos testados no Laboratório de Reatores Nucleares da Universidade Estadual de Ohio, segundo um relatório. relatório pelo Escritório de Energia Nuclear do Departamento de Energia. Cada sensor tinha 100 nanômetros de espessura – aproximadamente 1.000 vezes mais fino do que um fio de cabelo – e carregava eletrodos de liga à base de platina embalados com tampas de alumina.
Impressionantemente, todos os sete sensores “permaneceram funcionais” e “não mostraram sinais de degradação”, apesar de cinco dias em que o reator os detonou na sua potência máxima, a cerca de 800 graus Celsius (1.500 graus Fahrenheit), explicou o relatório. As primeiras análises também implicaram que os sensores também eram resistentes à radiação.
“Além das temperaturas extremas, agora também estamos expondo esses sensores a níveis intensos de radiação nuclear no núcleo ao mesmo tempo”, disse Luke Doucette, cientista sênior de pesquisa do projeto, no comunicado. “Isso adiciona uma dimensão inteiramente nova de dificuldade em termos de quais tipos de materiais de sensores podem sobreviver nessas condições e permanecer funcionais.”
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