Ядерная физика получила достоверные данные о воздействии нейтронного излучения на тиристоры, полупроводниковые приборы, необходимые для работы крупных реакторов типа токамак. Понимание сути происходящих в реакторе процессов позволит ученым и инженерам разработать более устойчивые к радиации материалы и оборудование для получения энергии управляемого термоядерного синтеза.

Команда ученых из Технологического университета Хэфэя исследовала воздействие нейтронного излучения в 14 МэВ на электрические свойства тиристоров. Эти устройства на основе монокристалла полупроводника широко используются в реакторах термоядерного синтеза для управления электрическими токами значительной мощности, необходимыми для создания и поддержания условий, необходимых для осуществления реакции, пишет IE.

Вдобавок, они входят в состав гасящего контура, защищающего сверхпроводящие магниты от внезапных сбоев. Однако, когда в результате реакции слияния дейтерия-трития высокие дозы нейтронов продолжительное время воздействуют на тиристоры, электрические характеристики этого устройства меняются. Это может приводить к выходу приборов из строя.

Ученые разработали математическую модель, которая соотносит различные ключевые параметры тиристоров с наблюдаемым под действием нейтронного излучения ухудшением характеристик: времени жизни носителей, подвижности и запирающего напряжения. Проведенные моделирование и эксперименты подтвердили верность и точность расчетов и позволили установить электрические параметры ухудшения характеристик.

Кроме того, стало понятно, как изменение производительности тиристоров влияет на систему защиты реактора. Оказалось, что увеличение тока утечки в поврежденных тиристорах может привести к сбоям в механизме безопасности токамака.

Понимание процессов нейтронного повреждения тиристоров позволит в будущем создать более надежные и эффективные материалы, устойчивые к радиационному воздействию.

Специалисты из Принстона применили технологию машинного обучения для улучшения конструкции сосудов, окружающих раскаленную плазму термоядерных реакторах типа токамак и стеллатор. В результате они добились оптимизации методов нагревания и поддержания стабильного контроля над реакцией в течение продолжительного времени.