Pitsburgas universitātes pētnieki demonstrējuši optiskās šķiedras sensoru sistēmu, kas laboratorijas un lauka testos spēj uztvert akustiskos signālus virs 100 kHz. Tas ir aptuveni piecas reizes vairāk par frekvenci, ko pētnieks minējis kā parasto sistēmu iespēju, un tehnoloģija varētu palīdzēt nākotnē uzraudzīt plaisas un koroziju kodoldegvielas glabāšanas konteineros.

Sistēma izstrādāta sadarbībā ar Pitsburgā bāzētu jaunuzņēmumu Sensible Photonics. Septembrī tā tika pārbaudīta Aidaho Nacionālajā laboratorijā (INL), izmantojot izlietotās kodoldegvielas konteinera imitāciju. Pētnieki vērtēja, vai sensori spēj uztvert vibrācijas un noteikt to avotu.

Sensorus paredzēts izmantot tērauda konteineru uzraudzībai

Tehnoloģija izstrādāta tērauda konteineriem, kuros glabā izlietoto kodoldegvielu. Nākotnē to varētu uzstādīt arī uz jau esošām glabāšanas konstrukcijām. Tas operatoriem ļautu uztvert ar plaisu veidošanos saistītus akustiskos signālus, pirms bojājumi apdraud konteineru hermētiskumu un strukturālo izturību.

Testi notika no 8. līdz 11. septembrim. Pētnieki izmantoja vairākas sensoru konfigurācijas, lai novērtētu sistēmas jutību. Demonstrācija noslēdza projekta pirmo posmu, ko finansēja ASV Enerģētikas departaments.

Izlietoto kodoldegvielu parasti vispirms dzesē ūdenī, bet pēc tam hermētiski noslēdz tērauda konteineros, kurus aptver betona glabāšanas konstrukcijas. Šādi konteineri kodolobjektos var atrasties gadu desmitiem. Lai gan degviela ir izņemta no reaktora, tā turpina radīt siltumu, tāpēc glabāšanas konstrukcijās ir ventilācijas atveres siltuma novadīšanai.

Piekrastes kodolobjektos caur šīm atverēm konstrukcijās var iekļūt sāļš gaiss, veicinot tērauda konteineru koroziju. Laika gaitā korozija var izraisīt plaisas, kas apdraud konteineru strukturālo integritāti.

Optiskā šķiedra uztver materiāla pārmaiņu radītas vibrācijas

Pētnieki izstrādāja šķiedru optikas sistēmu tā dēvēto akustisko emisiju uztveršanai — tās ir nelielas vibrācijas, kas rodas, materiālam mainoties, piemēram, plaisāšanas laikā.

“Cilvēki mēdz domāt par optisko šķiedru kā līdzekli ātrāka interneta nodrošināšanai, taču to var izmantot, lai nepārtraukti uzraudzītu visu — no tiltiem līdz akumulatoriem un kodolatkritumiem,” Pitsburgas universitātes pētnieks un demonstrācijas tehniskais vadītājs Khurrams Naīms sacīja, komentējot projektu.

Naīms norādīja, ka sistēma spēj uztvert signālus virs 100 kHz, kamēr vairumam tradicionālo analogu viņš minēja 20 kHz iespēju. Vienlaikus augstāka uztveršanas frekvence pati par sevi nenozīmē, ka sistēma plaisas atklāj piecas reizes agrāk vai precīzāk.

INL demonstrācijas laikā pētnieki uzstādīja optiskās šķiedras ārpus kodoldegvielas konteinera imitācijas un izmēģināja vairākus sensoru izvietojumus akustisko vibrāciju mērīšanai. Viņi veica arī svina zīmuļa serdes laušanas testus — standartizētu paņēmienu atkārtojamu akustisko signālu radīšanai, kas imitē ar materiāla bojājumiem saistītas emisijas.

“Ar virkni svina serdes laušanas testu mēs parādījām, ka tehnoloģija spēj uztvert skaņu un atrast tās avotu,” sacīja Naīms.

Jāpārbauda izturība reālos kodoldegvielas glabāšanas apstākļos

Komanda pārbaudīja arī sensoru piestiprināšanas metodes glabāšanas konstrukcijām. Mērķis ir izstrādāt uzstādīšanas risinājumus, kas augstas temperatūras un intensīva starojuma apstākļos varētu palikt savā vietā gadiem ilgi.

Tomēr veiktie testi vēl nepierādīja, ka sistēma spēj uzticami identificēt faktisku koroziju vai plaisas ekspluatācijā esošos kodoldegvielas glabāšanas konteineros. Tāpat vēl nav demonstrēta ilgtermiņa darbība kodolatkritumu glabāšanas apstākļos.

Projektā piedalās Pitsburgas universitātes Svansona Inženierzinātņu skolas pētnieki un Sensible Photonics. Jaunuzņēmumu līdzdibinājis Pitsburgas universitātes profesors Pols Ohodņickis. Pētnieki sadarbojās arī ar Aidaho Nacionālās laboratorijas, Oukridžas Nacionālās laboratorijas un Klusā okeāna ziemeļrietumu Nacionālās laboratorijas zinātniekiem.

Komanda meklē papildu finansējumu, lai novērtētu sistēmas izturību un stabilitāti, kā arī virzītu to uz iespējamu komerciālu izmantošanu kodoldegvielas glabāšanas objektos.