新型抗辐射 Wi‑Fi 接收器问世 可在核反应堆内保持机器人联网

日本科研团队近日开发出一款能够在核反应堆内部极端辐射环境中稳定工作的 Wi‑Fi 接收器，为未来利用机器人安全退役老旧核电站提供了关键通信技术支撑。这款由东京科学大学团队研制的接收器在辐照试验中表现出远超常规电子元件的抗辐射能力，其耐受辐射剂量约为传统电子设备的 1000 倍。

相关研究于今年早些时候在旧金山举行的 IEEE 国际固态电路会议（ISSCC）上公布，数据显示，这款 Wi‑Fi 接收器在承受高达 500 千戈瑞（kGy）的辐射后仍能正常工作。这一耐受水平甚至超过一般航天级电子元件的设计指标。项目负责人、东京科学大学研究生Yasuto Narukiyo介绍，一台在核反应堆内部执行任务的机器人，六个月内所承受的累积辐射就可能超过 500 kGy，而相比之下，航天电子设备通常只需要在三年内承受约 100 至 300 戈瑞的剂量。

Yasuto Narukiyo以及日本高能加速器研究机构组成的团队，目标是打造适用于核电站退役工作的全无线化机器人控制系统。目前部署在福岛第一核电站等现场的机器人主要依靠局域网有线电缆进行通信，这些电缆不仅容易缠绕，限制了机器人活动范围，也影响系统的可靠性。

在技术层面，高辐射环境对传统电子器件破坏极大。当伽马射线轰击硅基元件时，会在晶体管周围的氧化层中俘获正电荷，从而导致电路性能漂移甚至失效。为应对这一问题，东京团队对 2.4GHz 频段的 Wi‑Fi 接收器进行了重新设计，包括减少晶体管数量、调整晶体管几何结构，并用更具抗辐射优势的 NMOS 晶体管和电感替代原本更易受损的 PMOS 晶体管。

Yasuto Narukiyo指出，PMOS 晶体管在辐射作用下更容易出现损伤，是因为正电荷会同时在氧化层内部以及氧化层与半导体界面累积，从而显著影响器件特性。因此，新设计尽量减少了 PMOS 器件的使用比例，以提升整体抗辐射稳定性。在经历最高 500 kGy 的辐照测试后，该接收器的增益仅下降约 1.5 分贝，性能衰减幅度较小，并在试验前后与普通商用 Wi‑Fi 接收器相比均表现出相近水平。

凭借这一耐久性，新型接收器有望在核反应堆内部发挥重要作用，为负责巡检、清理和拆除作业的机器人提供可靠的无线通信链路。目前全球核电站退役进程正在加速：在已关闭的 204 座反应堆中，真正完成整体拆除的大型机组仅有 11 座，另有约 200 座预计将在未来 20 年内陆续关停。在此背景下，如何让机器人在高辐射、高风险环境下稳定联网，被视为提升退役效率与安全性的关键一环。

在取得接收端突破后，Yasuto Narukiyo团队的下一步目标是开发同样具备高抗辐射能力的发射端芯片，实现真正意义上的双向无线通信。这一任务更具挑战性，因为发射机需要产生更高电流以输出 Wi‑Fi 信号。此前的一款发射机原型在 300 kGy 的辐照条件下即宣告失效。为此，研究团队正探索包括金刚石在内的新型半导体材料，希望在材料层面进一步提升器件的辐射耐受极限，使发射端能够与当前的接收器相匹配。

研究团队表示，如果发射与接收两端的抗辐射无线芯片都能达到既定目标，未来核电站内部机器人将有望摆脱缆线束缚，在复杂空间中实现更远距离、更高灵活度的任务执行。这不仅有助于应对福岛等极端事故后的长期退役工作，也可为全球范围内即将进入退役期的大量核电机组提供更加安全、高效的技术方案。