新型抗輻射 Wi?Fi 接收器問世 可在核反應堆內保持機器人聯網

日本科研團隊近日開發出一款能夠在核反應堆內部極端輻射環境中穩定工作的 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出遠超常規電子元件的抗輻射能力，其耐受輻射劑量約為傳統電子設備的 1000 倍。

相關研究于今年早些時候在舊金山舉行的 IEEE 國際固態電路會議（ISSCC）上公布，數據顯示，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。目前部署在福島第一核電站等現場的機器人主要依靠局域網有線電纜進行通信，這些電纜不僅容易纏繞，限制了機器人活動范圍，也影響系統的可靠性。

在技術層面，高輻射環境對傳統電子器件破壞極大。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，包括減少晶體管數量、調整晶體管幾何結構，并用更具抗輻射優勢的 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揮重要作用，為負責巡檢、清理和拆除作業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 年內陸續關停。在此背景下，如何讓機器人在高輻射、高風險環境下穩定聯網，被視為提升退役效率與安全性的關鍵一環。

在取得接收端突破后，Yasuto Narukiyo團隊的下一步目標是開發同樣具備高抗輻射能力的發射端芯片，實現真正意義上的雙向無線通信。這一任務更具挑戰性，因為發射機需要產生更高電流以輸出 Wi?Fi 信號。此前的一款發射機原型在 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，使發射端能夠與當前的接收器相匹配。

研究團隊表示，如果發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，在復雜空間中實現更遠距離、更高靈活度的任務執行。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。