861
Зелена енергія та ядерний кремній
Я думаю, що деякі люди знають, що вся відновлювана енергія сьогодні залежить від роботи науково-дослідних ядерних реакторів. Ми йдемо про ядерно-легеневий кремній (ЯЛК) отриманий в ньому, який використовується для виробництва високовольтних напівпровідників, без яких ВДЕ неможливо. Тепер давайте це прямо.
12-разові випрямлячі (попередження зліва) ультрависоких ліній електропередач також важливі споживачі ядерно-легованої кремнію.
Якщо ми подивимося на електричну схему будь-якої сонячної або вітрової електростанції, ми обов'язково побачимо інверторне обладнання – електричні машини, що перетворюють один прямий струм в інший і в мережеву змінну. Для динамічної організації електропостачання всередині сонячної електростанції або вітрової турбіни і докінгу з глобальною електромережею в правильному режимі.
Такі непоказні коробки перетворюють мегавати безпосереднього струму з напругою декількох сотень вольт в 50 герц 10-35 кіл.
І всередині них працюють такі ключові складання - це наприклад, однофазний H-брідж з потужністю 6 мегаватів, це 8-ти тиристів IGCT, які нижче.
Інвертори, в свою чергу, є наборами пасивних фільтрів, робочих індуктивностей і трансформаторів і, головне, потужних електричних ключів. В енергетичних інверторах сьогодні працюють два типи напівпровідникових ключів - транзистори IGBT і тиристори IGCT (до речі, літери I в цих пристроях досить різні):
ІГКТ тиристор (табл. зліва) і його схема управління (праворуч). Тиристор виготовлений з круглої силіконової пластини
І відкритий модуль IGBT трохи менш потужний. Не потрібно для високоточного контролю воріт, а сам ключ виводиться з багатьох невеликих кристалів.
Відносно невеликі напівпровідникові ключі сьогодні мають максимальну робочу напругу до 7000 вольт з операційним струмом до 5000 А, тобто пристрій розмір чайного каструлю здатний перемикатися 35 мегаватів. Разом з найвищою ефективністю в області 99% і порівняно високою частотою перемикання, такі ключі значно визначили світ сучасної електромережі. Сьогодні, крім відновлюваної енергії та прямих струмових ліній живлення ультрависокої напруги, основним споживачем таких виробів є електроприводи (електричні двигуни) з високою ефективністю та гнучкою роботою - наприклад, приводи електролокомотивів, електромобілів Tesla або потужні верстати.
Тиристор в корпусі (так званий прес-пакет) і фактична силіконова пластина, яка відповідає струму.
Отже, всі напівпровідникові ключі з робочими напругами понад 1600 вольт виготовлені з кремнію, яка була опромінена в ядерному реакторі - ядерно-легований кремній. В даний час близько 150 тонн кремнію на рік отримують в двох десятках опромінювальних заводах, як правило, на основі наукових реакторів. Виробники розкидані по всьому світу, а обсяг цього ринку становить близько 150 млн. доларів на рік, і це один з найбільших ринків для продуктів ізотопу в світі. Включаючи кілька російських реакторів дослідження (Томська політехніка, НІФГ, Маяк, NIIAR) забезпечують близько 10% світових поставок. Як правило, організації, які володіють реакторами, працюють у поєднанні з постачальниками кремнію, які готують вихідний матеріал, і забезпечують різання заготів у пластини і маркетинг.
Заготівля після опромінення і загоєння.
Ядерний кремній (або нейтронний трансмутаційний кремній) - це ультрапривідний кремній, в якому нейтронне випромінювання з реактора переходить частина ізотопу 30Si в атоми фосфору 31P, створюючи провідність допеда n-типу. Традиційно таке допінг створюється шляхом змішування дуже невеликої кількості фосфору в розплав кремнію, але проблема полягає в тому, що місцева концентрація допанту може відрізнятися від десяти відсотків від середньої. У високовольтних ключах таке поширення призводить до появи «гарячих плям», де набагато більший струм починає протікати, ніж середні і транзисторні або тиристорні розриви через. Допінг по нейтронному опромінення дозволяє, за деякими хитрощами, щоб досягти рівномірності краще, ніж 5% відхилення від середньої цінності - іноді навіть краще, ніж 3%.
415377
І це опромінювальні прилади датської компанії Topsil, які першими стали займатися комерційним виробництвом YALK наприкінці 70-х років.
Для цього заготівля чистого монокристалічного кремнію поміщається в ядерний реактор, якщо можливе щитовидіння від гамма-випромінювання і швидкого нейтронів, які зіпсують кристалову структуру. Для стандартного значення нейтронної флюси в наукових реакторах (від 1012 до 1014 нейтронів на см2 за секунду), береться з декількох годин до дня опромінення для отримання даної провідності кристала кремнію. У той же час, допінг відбувається за реакцією 30Si + n -> 31Si -> 31P (half-life 2.6 годин), а отриманий кремній повинен бути стійким протягом декількох днів, щоб його радіоактивність знизилася на безпечні рівні.
Габаритний зображення
Зв’язок між нейтронною дозою, провідністю та результатом допантного вмісту в НАЛК
Під час опромінення заготовки обертаються і переміщуються вгору і вниз для рівномірного освітлення нейтронами. Крім того, деякі потужні реактори використовують кадмію або бронювальну профілювальну амортизацію, яка додатково дорівнює осьової нерівності нейтронного потоку.
Тим не менш, сьогодні існують неядерні методи допінгового кремнію, які дозволяють отримати майже ядерну якість, і вони перенесли NALK з області 600-1600 вольт, де раніше використовується тільки ядерний кремній. Однак напруги вище ще не схильні до хімічних методів, а в рамках загального тренду збільшення питомої напруги потужності електроніки постійно фіксуються, тому є кімната для кремнію YALK.
Різні технології отримання силіконових вафель (CZ, CZ-EPI, FZ-PFZ і ядерних FZ-NTD) зосереджені на різних нішах, включаючи напругу, зображення від провідного виробника кремнію Topsil
Крім того, аналітики прогнозують збільшення споживання NALK, пов'язаних з збільшенням кількості електромобілів з високовольтним акумулятором (при напрузі акумулятора 800 вольт, ключі з робочою напругою 1600 і вище вольт вже використовуються, на основі кремнію YAL). Деякі оцінки свідчать про те, що ринок виросте від 150 до 500 тонн або більше в наступні десятиліття. Таким чином, у багатьох новостворених реакторах на етапі проектування кладуть канали для виробництва силікону ядерного палива, сподіваючись, що зменшити вартість реактора для платників податків. Наприклад, такі канали будуть в MBIR і JHR.
Тим не менш, поки Tesla Model S інвертор контролює двигун 300-kilowatt має 84 транзистори IGBT з робочою напругою 600 вольт, швидше за все, не пов'язані з ядерно-легеним кремнієм. Тим не менш, це не найдосконаліше рішення для сьогодні.
«зелений електричний майбутній людство» нерозривно пов’язаний з ядерною технологією, ядерними реакторами, а також нестійкою спадщиною 20 століття.
Джерело: geektimes.ru/post/268882/
12-разові випрямлячі (попередження зліва) ультрависоких ліній електропередач також важливі споживачі ядерно-легованої кремнію.
Якщо ми подивимося на електричну схему будь-якої сонячної або вітрової електростанції, ми обов'язково побачимо інверторне обладнання – електричні машини, що перетворюють один прямий струм в інший і в мережеву змінну. Для динамічної організації електропостачання всередині сонячної електростанції або вітрової турбіни і докінгу з глобальною електромережею в правильному режимі.
Такі непоказні коробки перетворюють мегавати безпосереднього струму з напругою декількох сотень вольт в 50 герц 10-35 кіл.
І всередині них працюють такі ключові складання - це наприклад, однофазний H-брідж з потужністю 6 мегаватів, це 8-ти тиристів IGCT, які нижче.
Інвертори, в свою чергу, є наборами пасивних фільтрів, робочих індуктивностей і трансформаторів і, головне, потужних електричних ключів. В енергетичних інверторах сьогодні працюють два типи напівпровідникових ключів - транзистори IGBT і тиристори IGCT (до речі, літери I в цих пристроях досить різні):
ІГКТ тиристор (табл. зліва) і його схема управління (праворуч). Тиристор виготовлений з круглої силіконової пластини
І відкритий модуль IGBT трохи менш потужний. Не потрібно для високоточного контролю воріт, а сам ключ виводиться з багатьох невеликих кристалів.
Відносно невеликі напівпровідникові ключі сьогодні мають максимальну робочу напругу до 7000 вольт з операційним струмом до 5000 А, тобто пристрій розмір чайного каструлю здатний перемикатися 35 мегаватів. Разом з найвищою ефективністю в області 99% і порівняно високою частотою перемикання, такі ключі значно визначили світ сучасної електромережі. Сьогодні, крім відновлюваної енергії та прямих струмових ліній живлення ультрависокої напруги, основним споживачем таких виробів є електроприводи (електричні двигуни) з високою ефективністю та гнучкою роботою - наприклад, приводи електролокомотивів, електромобілів Tesla або потужні верстати.
Тиристор в корпусі (так званий прес-пакет) і фактична силіконова пластина, яка відповідає струму.
Отже, всі напівпровідникові ключі з робочими напругами понад 1600 вольт виготовлені з кремнію, яка була опромінена в ядерному реакторі - ядерно-легований кремній. В даний час близько 150 тонн кремнію на рік отримують в двох десятках опромінювальних заводах, як правило, на основі наукових реакторів. Виробники розкидані по всьому світу, а обсяг цього ринку становить близько 150 млн. доларів на рік, і це один з найбільших ринків для продуктів ізотопу в світі. Включаючи кілька російських реакторів дослідження (Томська політехніка, НІФГ, Маяк, NIIAR) забезпечують близько 10% світових поставок. Як правило, організації, які володіють реакторами, працюють у поєднанні з постачальниками кремнію, які готують вихідний матеріал, і забезпечують різання заготів у пластини і маркетинг.
Заготівля після опромінення і загоєння.
Ядерний кремній (або нейтронний трансмутаційний кремній) - це ультрапривідний кремній, в якому нейтронне випромінювання з реактора переходить частина ізотопу 30Si в атоми фосфору 31P, створюючи провідність допеда n-типу. Традиційно таке допінг створюється шляхом змішування дуже невеликої кількості фосфору в розплав кремнію, але проблема полягає в тому, що місцева концентрація допанту може відрізнятися від десяти відсотків від середньої. У високовольтних ключах таке поширення призводить до появи «гарячих плям», де набагато більший струм починає протікати, ніж середні і транзисторні або тиристорні розриви через. Допінг по нейтронному опромінення дозволяє, за деякими хитрощами, щоб досягти рівномірності краще, ніж 5% відхилення від середньої цінності - іноді навіть краще, ніж 3%.
415377
І це опромінювальні прилади датської компанії Topsil, які першими стали займатися комерційним виробництвом YALK наприкінці 70-х років.
Для цього заготівля чистого монокристалічного кремнію поміщається в ядерний реактор, якщо можливе щитовидіння від гамма-випромінювання і швидкого нейтронів, які зіпсують кристалову структуру. Для стандартного значення нейтронної флюси в наукових реакторах (від 1012 до 1014 нейтронів на см2 за секунду), береться з декількох годин до дня опромінення для отримання даної провідності кристала кремнію. У той же час, допінг відбувається за реакцією 30Si + n -> 31Si -> 31P (half-life 2.6 годин), а отриманий кремній повинен бути стійким протягом декількох днів, щоб його радіоактивність знизилася на безпечні рівні.
Габаритний зображенняЗв’язок між нейтронною дозою, провідністю та результатом допантного вмісту в НАЛК
Під час опромінення заготовки обертаються і переміщуються вгору і вниз для рівномірного освітлення нейтронами. Крім того, деякі потужні реактори використовують кадмію або бронювальну профілювальну амортизацію, яка додатково дорівнює осьової нерівності нейтронного потоку.
Тим не менш, сьогодні існують неядерні методи допінгового кремнію, які дозволяють отримати майже ядерну якість, і вони перенесли NALK з області 600-1600 вольт, де раніше використовується тільки ядерний кремній. Однак напруги вище ще не схильні до хімічних методів, а в рамках загального тренду збільшення питомої напруги потужності електроніки постійно фіксуються, тому є кімната для кремнію YALK.
Різні технології отримання силіконових вафель (CZ, CZ-EPI, FZ-PFZ і ядерних FZ-NTD) зосереджені на різних нішах, включаючи напругу, зображення від провідного виробника кремнію Topsil
Крім того, аналітики прогнозують збільшення споживання NALK, пов'язаних з збільшенням кількості електромобілів з високовольтним акумулятором (при напрузі акумулятора 800 вольт, ключі з робочою напругою 1600 і вище вольт вже використовуються, на основі кремнію YAL). Деякі оцінки свідчать про те, що ринок виросте від 150 до 500 тонн або більше в наступні десятиліття. Таким чином, у багатьох новостворених реакторах на етапі проектування кладуть канали для виробництва силікону ядерного палива, сподіваючись, що зменшити вартість реактора для платників податків. Наприклад, такі канали будуть в MBIR і JHR.
Тим не менш, поки Tesla Model S інвертор контролює двигун 300-kilowatt має 84 транзистори IGBT з робочою напругою 600 вольт, швидше за все, не пов'язані з ядерно-легеним кремнієм. Тим не менш, це не найдосконаліше рішення для сьогодні.
«зелений електричний майбутній людство» нерозривно пов’язаний з ядерною технологією, ядерними реакторами, а також нестійкою спадщиною 20 століття.
Джерело: geektimes.ru/post/268882/
