MAGICS instruments maakt chips die bijzonder resistent zijn tegen stralingen.
150 jaar geleden werd Marie Curie werd geboren. Ter gelegenheid van die verjaardag zetten we wetenschappers in de kijker die haar passie voor wetenschap en vooruitgang delen. Deze Belgische innovatie van Magics Instruments brengt een kleine revolutie teweeg in de kerntechnologie, de nucleaire robotica en de astronautica.
Elektronica bestand tegen kosmische straling... dankzij nucleaire technologie!
Jens Verbeeck en Ying Cao, oprichters van MAGICS Instruments, hebben tijdens hun doctoraatsthesis zeven jaar gewerkt aan de ontwikkeling van geïntegreerde electronica die bijzonder goed bestand is tegen stralingen.
Elektronische chips die geen last ondervinden van kosmische straling tijdens verre ruimtereizen? Die ook nog eens resistent zijn tegen de stralen in de kern van nucleaire reactoren? Een droom voor de wetenschap... die nu is uitgekomen.
Na zeven jaar onderzoek in het licht van hun doctoraatsthesis over micro-elektronica hebben Jens Verbeeck en Ying Cao MAGICS Instruments opgericht, een spin-off van de KU Leuven en het Studiecentrum voor Kernenergie SCK•CEN.
Deze twee jonge doctoraatsstudenten konden daarbij op de steun rekenen van hun professoren en van het Studiecentrum voor Kernenergie (SCK•CEN). SCK•CEN heeft namelijk alle tests uitgevoerd met stralingen in de onderzoeksreactor BR2 en heeft zijn expertise ter beschikking gesteld door te participeren in MAGICS Instruments. Het resultaat: revolutionaire hightech made in Belgium.
"Toen ik als kind thuiskwam van de kermis deed ik niets liever dan de elektronische speeltjes die ik had gewonnen te demonteren en weer in elkaar te steken."
Jens Verbeeck
Elektronische chips die 1000 keer langer meegaan
Langdurige blootstelling aan straling of blootstelling aan hoge dosissen straling vermindert de levensduur en de betrouwbaarheid van elektronica. Daarom worden elektronische componenten tegenwoordig fysiek afgeschermd van straling.
Dankzij de robuuste micro-elektronica van MAGICS Instruments is die bescherming niet langer nodig.
Jens Verbeeck legt uit hoe dat werkt: 'Beeld je een constructie van legoblokken in. Door elk blokje stuk voor stuk te vervangen door een steviger exemplaar dat beter bestand is tegen straling, wordt de hele constructie, in dit geval een elektronisch systeem, veel sterker. Je zou kunnen zeggen dat wij gouden legoblokken hebben gemaakt', lacht hij.
Wat zijn de toepassingen? De chips van MAGICS betekenen niets minder dan een revolutie voor de nucleaire robotica, het onderzoek naar de reactoren van de toekomst, de ontmanteling van centrales en... ruimtereizen. Laten we even in detail treden.
"Onze chips zijn minuscuul, maar er is enorm veel werk in gekropen."
Jens Verbeeck
De planeet Mars komt dichterbij…
De slogan van MAGICS liegt er niet om: ‘To boldly go where no electronics has gone before!’ (Op verkenning gaan waar geen elektronica ooit is geweest!). En waarom niet in de ruimte?
De elektronica die wordt gebruikt voor toepassingen in de ruimte moet resistent zijn tegen kosmische straling. Hoe langer een ruimtereis duurt, hoe hoger de dosissen straling waaraan de elektronica wordt blootgesteld. De chip van MAGICS biedt duizend keer meer weerstand dan de bestaande componenten die in de ruimtevaart worden gebruikt. Naast de tolerantie tegen hoge dosissen, zijn de chips ook bestand tegen “single event effects” veroorzaakt door de kosmische straling. Deze effecten kunnen er bijvoorbeeld voor zorgen dat de informatie in geheugenchips plotseling verandert. Er moeten nog enkele tests worden uitgevoerd en de chips moeten nog worden geoptimaliseerd, in theorie zouden onze chips kunnen ingezet worden voor toekomstige missies naar de planeet Mars.
Superrobots in het hart van reactoren
Dichtbij het hart van kernreactoren worden robots ingezet om noodzakelijke en betrouwbare informatie te verzamelen: afstanden, temperaturen, druk, stralingen enz. Of om bepaalde reparaties of manipulaties te doen. De controle en sensorinformatie van de robots worden vanuit de reactor via talrijke kabels doorgestuurd naar de controlekamer.
Dankzij de innovatie van MAGICS Instruments zijn er maar een beperkt aantal kabels nodig om die gegevens door te sturen. Dat is veel efficiënter, betrouwbaarder en stukken goedkoper. Voor het bedrijf Tecnubel, dat wereldwijd bekendstaat om zijn expertise op het vlak van robotica, betekent de technologie van MAGIC Instruments een enorme vooruitgang op het vlak van efficiëntie.
"Kerntechnologie klinkt als een verouderde technologie, maar in werkelijkheid blijft ze maar tot ongeziene en innovatieve nieuwe applicaties leiden. En daar zijn wij een mooi bewijs van."
Jens Verbeeck
"Onze technologie heeft haar nut al meermaals bewezen in de nucleaire sector. Ze opent deuren naar ontelbare elektronische toepassingen in radioactieve omgevingen. Dankzij onze chips kunnen robots en elektronische inspectietools worden ingezet in kerncentrales om handelingen uit te voeren die onmogelijk of zelfs gevaarlijk zijn voor de mens", verklaart Jens.
Belgische hightech ten dienste van kernfusiereactoren
Vandaag wordt kernenergie verkregen door de splitsing van uranium. Maar ook kernfusie zit volop in de lift. Daarom wordt in Frankrijk momenteel een onderzoeksreactor gebouwd in het licht van het internationale ITER-project.
In het hart van deze ITER-fusiereactor is er weinig plaats en de dosis straling is er bijzonder hoog. Voor mensen is het onmogelijk om daarin te werken. Maar de machine heeft zeer nauwkeurige informatie nodig over de kern van de reactor en er dienen herstellingnen te gebeuren in hoge stralingsomgevingen. Hoe lossen we dat op?
Dat is een klusje voor MAGICS Instruments, in samenwerking met Oxford Technologies, de KU Leuven en de Europese Commissie (Fusion 4 Energy). De oplossing bestaat erin om in het hart van de reactor chips te gebruiken die resistent zijntegen stralingen om sensoren uit te lezen en robotica aan te sturen. Die kan de analoge gegevens van de sensoren omzetten in een digitaal signaal zodat de informatie vervolgens via één enkele kabel kan worden verstuurd. Inderdaad, één kabel. Meer niet.
"Onderzoek doen is ontzettend boeiend. Maar nog interessanter zijn de persoonlijke verhalen van de onderzoekers. De mensen in de stofjassen. Al die ambitieuze jonge gasten."
Jens Verbeeck
Efficiënter ontmantelen
Sommige delen van kerncentrales zijn moeilijk toegankelijk vanwege het hoge stralingsniveau. Daar worden robots ingezet.
Robots die zijn uitgerust met chips van MAGICS hebben twee niet te onderschatten voordelen: ze kunnen langer functioneren in stralingszones en ze hebben minder manoeuvreerruimte nodig, waardoor ze kunnen worden ingezet in kleine ruimtes met straling, zoals leidingen.
MAGICS Instruments, een liefdeskind
Als kind ging Jens Verbeeck samen met zijn vader vaak naar het voetbal kijken. Het terrein bevond zich vlak bij SCK•CEN. Hij was toen al gefascineerd door hun technologie en door elektronica. Vandaag heeft hij zijn twee kinderdromen geconcretiseerd.
Jens Verbeeck vervolgt: "Mijn collega Ying Cao is vanuit China naar België gekomen om te studeren. Heel toevallig werkte hij aan hetzelfde project als ik en samen hebben we deze chips ontwikkeld."
Vandaag telt MAGICS Instruments vijf medewerkers en het bedrijf blijft groeien.MAGICS Instruments ontwikkelt elektronica op maat, vertrekkend vanuit de behoeften van de klant. 'Wij maken een schema van het ontwerp, gieten dat in een wetenschappelijke tekening en fabriceren een chip. Daarna gebruiken we de stralingsfaciliteiten van SCK CEN in Mol voor de kwalificatie van de elektronica. Na de productie van een prototype gaan we over tot de productie op grote schaal', legt Jens Verbeeck uit.
De toekomst lacht MAGICS Instruments toe
Oxford Technologies (Verenigd Koninkrijk) en SCK CEN zijn geïnteresseerd in de technologie van MAGICSVoorts wilook Tecnubel van de groep ENGIE gebruikmaken van de chips van MAGICS voor de robotica die nodig is om kerncentrales te ontmantelen.
"Telkens wanneer we iets ontwikkelen voor de nucleaire sector, kijken we of er ook toepassingen mogelijk zijn de ruimtevaart."
Jens Verbeeck
"We hebben veel werk voor de boeg...Vooral omdat onze ambitie verder reikt dan uitsluitend elektronische componenten maken. We willen ook geïntegreerde meetmodules ontwikkelen", vertelt Jens Verbeeck. Met zijn hightech producten is dit Belgische bedrijf een nieuwe wereldwijde markt aan creëren in de nucleaire industrie.
En dat is nog lang niet alles. De chips van MAGICS hebben ook een toekomst in de astronautica. Het jonge bedrijf heeft contact gehad met ESA, het Europees Ruimteagentschap. Maar daar gaat het om projecten op lange termijn. 'In de ruimtevaart duurt alles enorm lang. Testfases kunnen er makkelijk jaren in beslag nemen', preciseert Jens Verbeeck.
Wist u dat...
...de chips van MAGICS bestand zijn tegen een stralingsdosis van 1 megagray? Dat is 200 miljoen keer de dosis waaraan u wordt blootgesteld wanneer u een volledige lichaamsscan ondergaat.
Wist u dat…
...elektronica dat onderdeel van de fysica is dat zich bezighoudt met de studie en de analyse van schommelingen van elektrische grootheden (elektromagnetische velden, elektrische ladingen en elektrische spanningen) om informatie te vergaren, door te sturen en te verwerken?
