高放射線耐性を有する無線データ伝送用チップセットの要素開発(高周波アナログ回路開発) (委託研究); 令和6年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業

Development of core technologies for a wireless communication chipset with radiation tolerance (RF analog circuit development) (Contract research); FY2024 Nuclear Energy Science & Technology and Human Resource Development Project

廃炉環境国際共同研究センター; 東京科学大学*

Collaborative Laboratories for Advanced Decommissioning Science; Institute of Science Tokyo*

日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉環境国際共同研究センター(CLADS)では、令和元年度から英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という。)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス株式会社福島第一原子力発電所(1F)の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、さまざまな分野の知見や経験を従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究および人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、令和6年度に採択された研究課題のうち、「高放射線耐性を有する無線データ伝送用チップセットの要素開発(高周波アナログ回路開発)」の令和6年度分の研究成果について取りまとめたものである。本研究は、1Fの原子炉格納容器および圧力容器内において使用可能な無線通信システムの構築を目的とし、耐放射線性を有する回路技術の要素開発を行うものである。要素開発は「高周波アナログ回路開発」と「ベースバンド回路開発」の二つのサブテーマの連携により実施される。本研究では、高周波アナログ回路開発を担当し、耐放射線性を有するシリコンCMOS集積回路技術に加え、ダイヤモンド半導体を用いて各種回路を設計・実装する。シリコンCMOS高周波アナログ回路では、電力増幅器、低雑音増幅器、ミキサ、可変利得増幅器などの高周波アナログ信号処理回路を開発する。ダイヤモンド半導体では、電力増幅器および電源回路についてデバイスから開発する。最終的には、通信速度2.5Mbps以上、積算線量1MGy以上に耐える無線通信用チップセットの試作部品の実現を目指す。

The Collaborative Laboratories for Advanced Decommissioning Science (CLADS), Japan Atomic Energy Agency (JAEA), has been conducting the Nuclear Energy Science & Technology and Human Resource Development Project (hereafter referred to "the Project") from FY2019. The Project aims to contribute to solving problems in the nuclear energy field represented by the decommissioning of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (1F), Tokyo Electric Power Company Holdings, Inc. (TEPCO). For this purpose, intelligence was collected from all over the world, and basic research and human resource development were promoted by closely integrating/collaborating knowledge and experiences in various fields beyond the barrier of conventional organizations and research fields. The sponsor of the Project was moved from the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology to JAEA since the newly adopted proposals in FY2018. On this occasion, JAEA constructed a new research system where JAEA-academia collaboration is reinforced and medium-to-long term research/development and human resource development contributing to the decommissioning are stably and consecutively implemented. Among the adopted proposals in FY2024, this report summarizes the research results of the "Development of core technologies for a wireless communication chipset with radiation tolerance (RF analog circuit development)" conducted in FY2024. The present study aims to establish a wireless communication system operable inside the reactor containment vessel and the reactor pressure vessel of 1F, and to develop key circuit technologies with radiation tolerance. The elemental developments will be carried out through the collaboration of two subthemes: RF analog circuit development and baseband circuit development. In this research, we are responsible for the RF analog circuit development, designing and implementing various circuits using radiation-tolerant silicon CMOS integrated circuit technology as well as diamond semiconductor devices. For silicon CMOS high-frequency analog circuits, RF analog signal processing circuits such as power amplifiers, low-noise amplifiers, mixers, and variable-gain amplifiers will be developed. For diamond semiconductor technology, device-level development of power amplifiers and power management circuits will be conducted. Ultimately, this project aims to realize prototype components of a wireless communication chipset capable of achieving a data rate of 2.5 Mbps or higher while withstanding a total ionizing dose exceeding 1 MGy.