ग्रीन एनर्जी और न्यूक्लियर सिलिकॉन

मुझे लगता है कि कुछ लोगों को पता है कि आज सभी नवीकरणीय ऊर्जा अनुसंधान परमाणु रिएक्टरों के काम पर निर्भर करती है। हम इसमें प्राप्त परमाणु-डॉप्ड सिलिकॉन (YALK) के बारे में बात कर रहे हैं, जिसका उपयोग उच्च वोल्टेज बिजली अर्धचालकों का उत्पादन करने के लिए किया जाता है, जिसके बिना नवीकरणीय ऊर्जा असंभव है। और अब और अधिक विस्तार से।


12-पल्स रेक्टिफायर्स (बाईं ओर लटकी हुई) अल्ट्रा-हाई वोल्टेज बिजली लाइनों के परमाणु-डोपेड सिलिकॉन के महत्वपूर्ण उपभोक्ता भी हैं।


यदि हम किसी भी सौर या पवन ऊर्जा स्टेशन के विद्युत आरेख को देखते हैं, तो हम निश्चित रूप से वहां इन्वर्टर उपकरण देखेंगे - विद्युत मशीनें जो एक प्रत्यक्ष धारा को दूसरे में और नेटवर्क को वर्तमान में परिवर्तित करती हैं। उन्हें SES या पवनचक्की के अंदर बिजली के प्रवाह को गतिशील रूप से व्यवस्थित करने और सही मोड में वैश्विक पावर ग्रिड के साथ डॉक करने की आवश्यकता होती है।


इस तरह के अगोचर बक्से 50 हर्ट्ज 10-35 किलोवोल्ट में कई सौ वोल्ट के वोल्टेज के साथ प्रत्यक्ष धारा के मेगावाट को चालू करते हैं।


और इन प्रमुख विधानसभाओं के अंदर काम कर रहे हैं - उदाहरण के लिए, एक 6-मेगावॉट एकल-चरण एच-ब्रिज, इसमें 8 आईजीसीटी थाइरिस्टर हैं, जो नीचे वर्णित हैं।

इनवर्टर, बदले में, निष्क्रिय फिल्टर, काम करने वाले प्रेरक और ट्रांसफार्मर के सेट हैं, और सबसे महत्वपूर्ण - शक्तिशाली इलेक्ट्रिक स्विच। दो प्रकार के सेमीकंडक्टर स्विच आज ऊर्जा इनवर्टर में काम करते हैं - आईजीबीटी ट्रांजिस्टर और आईजीसीटी थाइरिस्टर (वैसे, इन उपकरणों में जो अक्षर हैं, उनका मतलब बहुत अलग है :))


आईजीसीटी थाइरिस्टर (बाईं ओर टैबलेट) और इसके सर्किट (दाईं ओर)। Thyristor एक गोल सिलिकॉन वेफर से बना है।


और थोड़ा कम शक्ति के साथ एक खोला IGBT मॉड्यूल। उच्च-वर्तमान शटर नियंत्रण की आवश्यकता नहीं है, और कुंजी स्वयं कई छोटे क्रिस्टल से बना है

अपेक्षाकृत छोटे अर्धचालक स्विच में आज 5000 वोल्ट तक के ऑपरेटिंग वर्तमान के साथ 7000 वोल्ट तक के अधिकतम ऑपरेटिंग वोल्टेज हैं, अर्थात। एक उपकरण एक चाय तश्तरी का आकार 35 मेगावाट स्विच करने में सक्षम है। 99% के क्षेत्र में उच्चतम दक्षता और अपेक्षाकृत उच्च स्विचिंग आवृत्ति के साथ, इस तरह की चाबियों ने मोटे तौर पर आधुनिक बिजली इलेक्ट्रॉनिक्स की दुनिया को निर्धारित किया है। आज, अक्षय ऊर्जा और अल्ट्रा-हाई वोल्टेज प्रत्यक्ष वर्तमान बिजली लाइनों के अलावा, ऐसे उत्पादों के मुख्य उपभोक्ता उच्च दक्षता और लचीले संचालन के साथ पावर ड्राइव (इलेक्ट्रिक मोटर्स) हैं - उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रिक इंजन, टेस्ला इलेक्ट्रिक वाहनों या शक्तिशाली मशीनों की ड्राइव।


मामले में thyristor (तथाकथित प्रेस पैक) और स्वयं सिलिकॉन प्लेट, जो वर्तमान को कम्यूट करता है।

तो, 1600 वोल्ट से ऊपर के ऑपरेटिंग वोल्टेज वाले सभी सेमीकंडक्टर स्विच सिलिकॉन से बने होते हैं, जो परमाणु रिएक्टर - परमाणु डोपेड सिलिकॉन में विकिरणित थे। वर्तमान में, प्रति वर्ष लगभग 150 टन ऐसे सिलिकॉन का उत्पादन दो दर्जन विकिरण संयंत्रों में होता है, जो आमतौर पर अनुसंधान रिएक्टरों पर आधारित होते हैं। निर्माता दुनिया भर में बिखरे हुए हैं, और इस बाजार की मात्रा लगभग $ 150 मिलियन प्रति वर्ष है, और यह आइसोटोप उत्पादों के लिए सबसे बड़े विश्व बाजारों में से एक है। सहित कई रूसी अनुसंधान रिएक्टर (टॉम्स्क पॉलिटेक्निक, एनआईएफएचआई, मयक, एनआईआईएआर) वैश्विक आपूर्ति का लगभग 10% प्रदान करते हैं। आमतौर पर, जो संगठन रिएक्टर के मालिक हैं, वे सिलिकॉन के आपूर्तिकर्ताओं के साथ मिलकर काम करते हैं, जो कच्चे माल को तैयार करते हैं, और प्लेटों और विपणन में सिल्लियों के काटने को सुनिश्चित करते हैं।


विकिरण और annealing के बाद भूल गए।

परमाणु डाल दिया गया सिलिकॉन (या न्यूट्रॉन रूपांतरण डाल दिया गया सिलिकॉन) एक अति शुद्ध सिलिकॉन, जिसमें रिएक्टर 30Si आइसोटोप परमाणुओं न्यूट्रॉन विकिरण के भाग 31P फास्फोरस परमाणुओं में transmuted, अशुद्धता n- प्रकार चालकता का मौक़ा मिला। परंपरागत रूप से, इस तरह के डोपिंग को सिलिकॉन पिघल में बहुत कम मात्रा में फास्फोरस मिलाकर बनाया जाता है, लेकिन समस्या यह है कि डोपेंट की स्थानीय एकाग्रता औसत मूल्य से दस प्रतिशत तक भिन्न हो सकती है। उच्च-वोल्टेज स्विच में, इस तरह के प्रसार से "हॉट स्पॉट" की उपस्थिति होती है, जहां औसत से अधिक वर्तमान प्रवाह शुरू होता है और ट्रांजिस्टर या थाइरिस्टर के माध्यम से टूट जाता है। न्यूट्रॉन विकिरण द्वारा मिश्र धातु कुछ चालों का उपयोग करके औसत मूल्य से 5% विचलन से बेहतर एकरूपता प्राप्त करने की अनुमति देता है - कभी-कभी 3% से भी बेहतर।


और ये डेनिश कंपनी टॉप्सिल के विकिरण उपकरण हैं, जो 70 के दशक के अंत में YALK का व्यावसायिक उत्पादन शुरू करने वाला पहला था।

इसके लिए, शुद्ध एकल-क्रिस्टल सिलिकॉन का एक पिंड परमाणु रिएक्टर में रखा जाता है, संभवतः गामा विकिरण और तेजी से न्यूट्रॉन से परिरक्षित होता है, जो क्रिस्टल संरचना को खराब करता है। अनुसंधान रिएक्टरों में न्यूट्रॉन फ्लक्स के मानक मूल्य के लिए (10 ¹² से 10 ¹⁴ न्यूट्रॉन प्रति सेमी ² प्रति सेकंड), एक सिलिकॉन क्रिस्टल की दी गई चालकता प्राप्त करने के लिए कुछ घंटों से लेकर विकिरण के दिन तक का समय लगता है। इस मामले में, डोपिंग प्रतिक्रिया ³⁰ सी + एन -> ³¹ सी -> ^{31 के} अनुसार होती हैपी (2.6 घंटे का आधा जीवन), और प्राप्त सिलिकॉन को कुछ दिनों तक रखा जाना चाहिए ताकि इसकी रेडियोधर्मिता सुरक्षित स्तर तक गिर जाए।


NLC में न्यूट्रॉन खुराक, चालकता और परिणामी डोपेंट सामग्री के बीच संबंध।

विकिरण के दौरान, पिंड को घुमाया जाता है और न्यूट्रॉन के साथ समान रूप से रोशन करने के लिए ऊपर और नीचे ले जाया जाता है। इसके अलावा, कुछ शक्तिशाली रिएक्टर कैडमियम या बोरॉन के प्रोफाइलिंग अवशोषक का उपयोग करते हैं, जो अतिरिक्त रूप से न्यूट्रॉन फ्लक्स की अक्षीय अनियमितता को उजागर करता है।
हालांकि, आज डोपिंग सिलिकॉन के गैर-परमाणु तरीके हैं, जो लगभग परमाणु गुणवत्ता प्राप्त करना संभव बनाते हैं, और वे YaLK को 600-1600 वोल्ट के क्षेत्र से विस्थापित करते हैं, जहां पहले केवल परमाणु सिलिकॉन का भी उपयोग किया जाता था। हालांकि, ऊपर दिए गए वोल्टेज अभी भी रासायनिक विधियों के अधीन नहीं हैं, और विशिष्ट शक्ति को बढ़ाने की सामान्य प्रवृत्ति के ढांचे के भीतर, पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के वोल्टेज लगातार रेंग रहे हैं, इसलिए सिलिकॉन एनएलसी के लिए एक जगह है।


डोपेड सिलिकॉन वेफर्स (सीजेड, सीजेड-ईपीआई, एफजेड-पीएफजेड और परमाणु एफजेड-एनटीडी) के उत्पादन के लिए विभिन्न तकनीकों को अलग-अलग निशानों पर केंद्रित किया जाता है, जिसमें शामिल हैं वोल्टेज, सिलिकॉन टॉपसिल के एक अग्रणी निर्माता से चित्र

इसके अलावा, विश्लेषकों का अनुमान है कि एक उच्च वोल्टेज बैटरी (800 वोल्ट की बैटरी वोल्टेज के साथ, 1600 के ऑपरेटिंग वोल्टेज के साथ चाबियाँ और उच्च वोल्ट पहले से ही उपयोग किया जाता है, याल सिलिकॉन के आधार पर) के साथ इलेक्ट्रिक वाहनों की संख्या में वृद्धि के साथ जुड़ा हुआ है। कुछ अनुमान 150 से 500 टन और अगले दशक में बाजार की वृद्धि का संकेत देते हैं। इसलिए, निर्माण के तहत कई नए रिएक्टर, यहां तक ​​कि डिजाइन चरण में, परमाणु-डोपेड सिलिकॉन के उत्पादन के लिए चैनल बिछाते हैं, इस तरह से करदाताओं के लिए रिएक्टर की लागत को कम करने की उम्मीद करते हैं। उदाहरण के लिए, ऐसे चैनल MBIR और JHR में होंगे ।


हालांकि, जबकि टेस्ला मॉडल एस इन्वर्टर एक 300-किलोवाट इंजन को नियंत्रित करने के लिए 600 वोल्ट के ऑपरेटिंग वोल्टेज के साथ 84 आईजीबीटी ट्रांजिस्टर को शामिल करता है, सबसे अधिक संभावना परमाणु-डोपेड सिलिकॉन से संबंधित नहीं है। हालांकि, यह आज के लिए सबसे उन्नत समाधान से दूर है।

अतः मानव जाति का "हरित विद्युत भविष्य" 20 वीं सदी के परमाणु प्रौद्योगिकी, परमाणु रिएक्टरों और अन्य गैर-पारिस्थितिक विरासत के साथ अटूट रूप से जुड़ा हुआ है।

Source: https://habr.com/ru/post/hi388867/