Hervé Henry Des scientifiques de Sandia Countrywide Laboratories ont annoncé un minuscule appareil électronique capable de dériver l’excès d’électricité en quelques milliardièmes de seconde tout en fonctionnant à un history de 6 400 volts – une étape importante vers la defense du réseau électrique du pays contre une impulsion électromagnétique.
L’objectif ultime de l’équipe est de fournir une protection contre les surtensions, qui pourraient entraîner des interruptions de courant de plusieurs mois. À titre de comparaison, une sécheuse électrique domestique utilise 240 volts d’électricité.
Une impulsion électromagnétique, ou EMP, peut être causée par des phénomènes naturels, tels que des éruptions solaires, ou une activité humaine, telle qu’une détonation nucléaire dans l’atmosphère. Un EMP provoque d’énormes tensions en quelques milliardièmes de seconde.
Les EMP sont peu probables. directeur d’un groupe de recherche sur les dispositifs à semi-conducteurs chez Sandia, mais si l’un devait se produire et endommager les énormes transformateurs qui forment l’épine dorsale de notre réseau électrique, cela pourrait prendre des mois pour les remplacer et rétablir le courant. à la partie touchée de la nation.
il est à une tension très élevée et des milliers d’ampères le traversent, ce qui représente une énorme quantité d’énergie. Un matériau ne peut gérer autant d’énergie que pendant un particular temps.”
Une vanne de régulation pour le réseau
L’équipe, comprenant l’ingénieur électricien de Sandia Luke Yates, le leading auteur de l’article, travaille à la fabrication d’une diode able de fonctionner à environ 20 000 volts.
a déclaré Mary Crawford, scientifique principale de Sandia, responsable de la conception et de la fabrication des diodes pour le projet. mais pas dans l’autre. Ils peuvent être utilisés pour convertir le courant alternatif en courant continu et, dans ce projet, détourner les hautes tensions dommageables des transformateurs de réseau sensibles.
Il a dit: “Dans une vanne de régulation, même si vous ouvrez cette vanne à fond, vous ne pouvez pas faire passer une quantité infinie d’eau à travers la vanne. De même, il y a une limite à la quantité de courant que vous pouvez faire passer à travers notre diode. Si la vanne sur le tuyau est fermée, si la pression atteint un sure place, elle éclatera. De manière analogue, la diode ne peut pas bloquer une rigidity infinie. Cependant. maintient la tension à cette « pression », en dérivant le courant excédentaire à travers lui-même, vers le sol et loin de l’équipement du réseau de manière contrôlée et non harmful. »
de sorte que les specialists ne savent pas si les dispositifs conçus pour protéger le réseau contre les coups de foudre seraient efficaces contre un EMP, a déclaré Jack Flicker, un spécialiste de la résilience du réseau électrique de Sandia. spécialiste de l’équipe.
“Le réseau électrique a un specific nombre de protections différentes”, a ajouté Flicker. et ils sont superposés sur le réseau électrique pour s’assurer qu’un événement ne peut pas provoquer une panne catastrophique du réseau électrique. pour se protéger de la foudre. Pour les EMP, on parle de dix milliardièmes de seconde, cent fois additionally vite.
Cultiver des couches parfaites
Une partie de ce qui rend la diode spéciale est qu’elle est fabriquée à partir de nitrure de gallium, le même matériau de foundation utilisé dans les LED. Le nitrure de gallium est un semi-conducteur, comme le silicium. Mais en raison de ses propriétés chimiques, il peut retenir une rigidity beaucoup as well as élevée avant de tomber en panne que le silicium, a déclaré Crawford.
a-t-elle déclaré. Tout d’abord. Ces produits chimiques forment des couches de nitrure de gallium cristallin à la area de la tranche.
En ajustant les ingrédients et le processus de “cuisson”, l’équipe a pu produire des couches aux propriétés électriques différentes. En construisant ces couches dans un ordre spécifique. telles que la gravure et l’ajout de contacts électriques, l’équipe a produit des dispositifs avec le comportement nécessaire.
“Un défi majeur de la réalisation de ces diodes à très haute tension est la nécessité d’avoir des couches de nitrure de gallium très épaisses”, a déclaré Crawford. soit 1/. Cela peut sembler peu, mais le processus de croissance que nous utilisons peut avoir des taux de croissance de seulement un ou deux microns par Un deuxième défi majeur consiste à maintenir de très faibles densités de défauts cristallins, en particulier des impuretés ou des atomes manquants dans le matériau semi-conducteur, tout au lengthy du temps de croissance afin de générer des dispositifs qui fonctionnent à ces tensions très élevées.”
elle devra faire croître la couche épaisse encore moreover épaisse avec encore moins de défauts, a déclaré Crawford. a-t-elle ajouté.
similaires à ce qui se produirait lors d’un EMP.
a déclaré Flicker. “Si nous parlons d’un ou deux milliardièmes de seconde. ce qui est un défi.”
de manière très précise et en moins d’un milliardième de seconde.
Utile pour les transformateurs intelligents, les convertisseurs de panneaux solaires et furthermore encore
Les dispositifs à diode comme la diode au nitrure de gallium Sandia peuvent être utilisés à d’autres fins, au-delà de la safety du réseau contre les EMP. Il s’agit notamment de transformateurs intelligents pour le réseau. et même d’une infrastructure de recharge de voitures électriques.
Généralement, les convertisseurs de panneaux solaires et les infrastructures de recharge de voitures électriques peuvent gérer 1 200 ou 1 700 volts, a-t-il ajouté. Mais fonctionner à une rigidity plus élevée permet des rendements as well as élevés et des pertes d’électricité in addition faibles. mais pas record, mais qui sont in addition faciles à fabriquer. Le Naval Study Laboratory dirige cette partie du projet.
a déclaré Flicker, mais l’efficacité serait encore additionally grande s’ils pouvaient fonctionner à 10 000 ou 15 000 volts avec un seul dispositif semi-conducteur.
“Nous avons cet objectif principal de security du réseau électrique. a déclaré Flicker., les convertisseurs de puissance, tout ce qui est à très haute stress.”
Cette recherche est financée par l’ARPA-E et le projet plus vaste est mené en partenariat avec le Naval Exploration Laboratory, l’Université de Stanford, l’Institut national des normes et de la technologie, EDYNX et Sonrisa Analysis.
