🎥 👨🏻‍💼 🏳️ 绿色能源与核硅 🦏 ⏮️ 👢

我想很少有人知道当今所有可再生能源都取决于研究核反应堆的工作。我们正在谈论的是在其中获得的核掺杂硅（NLC），用于生产高压功率半导体，否则就无法获得可再生能源。现在更详细。

超高压电力线的12脉冲整流器（左侧）也是核掺杂硅的重要消耗者。

如果我们看一看任何太阳能或风力发电厂的电气图，我们肯定会看到那里的逆变器设备-将一种直流电转换成另一种直流电并转换成网络交流电的电机。需要它们来动态组织SES或风力涡轮机内部的电流，并以正确的模式与全球电网对接。

这种不起眼的盒子将几百伏特的兆瓦直流电变成10-35千瓦50赫兹。

在这些关键组件内部都在工作-例如，一个6兆瓦的单相H桥，它具有8个IGCT晶闸管，如下所述。

逆变器又是无源滤波器，工作的电感器和变压器，最重要的是强大的电气开关。如今，两种类型的半导体开关都在能量逆变器中工作-IGBT晶体管和IGCT晶闸管（顺便说一下，这些设备中的字母I表示非常不同：））

IGCT晶闸管（左侧的平板）及其控制电路（右侧）。晶闸管由圆形硅片制成，

功率较低的开放式IGBT模块。无需大电流快门控制，按键本身由许多小晶体组成

当今相对较小的半导体开关具有高达7000伏的最大工作电压和高达5000 A的工作电流，即茶碟大小的设备能够切换35兆瓦。除了在99％左右的最高效率和相对较高的开关频率外，这些按键已在很大程度上决定了现代电力电子技术的世界。如今，除可再生能源和超高压直流电源线外，此类产品的主要消费者是高效，灵活操作的动力驱动器（电动机），例如电力机车，特斯拉电动汽车或强大的机床驱动器。

外壳中的晶闸管（所谓的压装）和硅板本身，它们使电流换向。

因此，所有工作电压高于1600伏的半导体开关都是由硅制成的，硅是在核反应堆中被辐照的-掺杂核的硅。目前，通常在研究反应堆的基础上，在二十个辐照厂中每年生产约150吨这种硅。制造商分布在世界各地，这个市场的规模约为每年1.5亿美元，这是世界上最大的同位素产品市场之一。包括俄罗斯的几个研究堆（托木斯克理工学院，NIFHI，玛雅克，NIIAR）提供了约10％的全球供应。通常，拥有反应堆的组织与硅的供应商合作，硅的供应商准备原材料，并确保将硅锭切成板并进行销售。

辐照和退火后的铸锭。

核掺杂硅（或中子掺杂硅）是一种超纯硅，其中，通过来自反应堆的中子辐射，30Si同位素的部分原子被转化为31P磷原子，从而产生n型杂质电导率。传统上，这种掺杂是通过将极少量的磷混合到硅熔体中来产生的，但问题是在这种情况下，掺杂剂的局部浓度可能与平均值相差百分之几十。在高压开关中，这种扩散会导致出现“热点”，在该热点中，开始流过的电流超过平均值，并且晶体管或晶闸管损坏。通过中子辐照进行合金化可以使用一些技巧来实现均匀度优于平均值的5％（有时甚至优于3％）。

这些是丹麦公司Topsil的辐照设备，该公司是70年代末第一家开始商业生产YALK的设备。

为此，将纯单晶硅锭放在核反应堆中，可能会受到伽马辐射和快中子的影响，从而破坏晶体结构。对于研究堆中的中子通量的标准值（每秒10 ¹²到10 ^14个中子/ cm ²），需要花费几小时到一天的辐射时间才能获得给定的硅晶体电导率。在这种情况下，根据反应³⁰ Si + n-> ³¹ Si-> ³¹发生掺杂。P（半衰期为2.6小时），并且所获得的硅必须保存几天，以使其放射性降至安全水平。

NLC中中子剂量，电导率和所得掺杂物含量之间的关系，

在辐照过程中，晶锭旋转并上下移动以均匀地照射中子。另外，一些功能强大的反应堆使用由镉或硼制成的轮廓吸收器，这可以使中子通量的轴向不规则性均匀化。
然而，如今有非核掺杂硅的方法，这使得获得几乎核能成为可能，并且它们将YaLK从600-1600伏特的区域取代了，以前以前也仅使用核硅。但是，上述电压仍然不受化学方法的限制，并且在增加比功率的总体趋势的框架内，电力电子设备的电压不断攀升，因此存在用于硅NLC的地方。

生产掺杂硅晶圆的不同技术（CZ，CZ-EPI，FZ-PFZ和核FZ-NTD）专注于不同的领域，包括电压，来自领先的硅Topsil制造商的图片

此外，分析师预测YaLK的消耗会增加，这与带有高压电池的电动汽车的数量增加有关（基于YaL硅，电池电压为800伏，已使用工作电压为1600伏及更高的按键）。一些估计表明，未来十年市场将从150吨增加到500吨。因此，许多在建的新反应堆，甚至在设计阶段，都为生产掺核硅打下了通道，希望以此方式减少纳税人的反应堆成本。例如，这样的频道将在MBIR和JHR中。

但是，虽然控制300千瓦发动机的特斯拉Model S逆变器包含工作电压为600伏的84个IGBT晶体管，但很可能与掺核硅无关。但是，这远非当今最先进的解决方案。

因此，人类的“绿色电力未来”与20世纪的核技术，核反应堆和其他极为恶劣的非生态遗产有着千丝万缕的联系。

绿色能源与核硅

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