Исследователи из Oak Ridge National Laboratory (ORNL) Министерства энергетики США разработали компактный радиационный монитор, который может ежеминутно или даже ежесекундно контролировать накопление ядерных материалов в воздуховодах предприятий ядерного топливного цикла.
Постоянный контроль вместо редких проверок
На многих объектах до сих пор используют эпизодические ручные измерения: оператор с длинной штангой и счётчиком заглядывает в верхние вентиляционные каналы. Новый датчик ORNL обеспечивает непрерывный, автоматический мониторинг.
Устройство представляет собой цилиндр высотой около 30 см, который крепится к стенке воздуховода и работает в двух режимах:
- От батареи – около месяца, с опросом примерно раз в минуту и записью данных во внутреннюю память
- Power over Ethernet (PoE) – питание и связь по Ethernet, измерения каждую секунду и передача данных в реальном времени
Такой подход позволяет вовремя обнаруживать мелкодисперсные радиоактивные частицы, которые прошли через HEPA‑фильтры и оседают в воздуховодах, снижая риски для персонала и усиливая контроль над ядерными материалами.
Пластиковый сцинтиллятор, SiPM и ИИ-алгоритм
В основе монитора – дешёвый пластиковый сцинтилляционный кристалл. При попадании излучения он испускает световые кванты, которые silicon photomultiplier (SiPM) преобразует в электрические импульсы. Поскольку уран и другие ядерные материалы имеют характерные энергетические спектры, электроника настроена на подсчёт импульсов, соответствующих опасным уровням для конкретного материала.
«Мы объединяем старое и новое — энергоэффективную аналоговую обработку и современные цифровые микроконтроллеры с расширенными функциями безопасности», — поясняет технический руководитель проекта Брэтт Уизерспун.
Замена вакуумных ламп массивами SiPM сделала систему компактнее, дешевле и устойчивее к температурным колебаниям. Пластиковый кристалл стоит 1–2 доллара против 1000–10 000 долларов за неорганические сцинтилляторы или полупроводниковые детекторы.
Руководитель проекта Кэлли Гётц разрабатывает алгоритм с элементами ИИ, который будет встроен в устройство и автоматически оповещать операторов при достижении критического уровня накопления материала.
Сейчас команда тестирует электронику при повышенных температурах и готовит демонстрацию системы с PoE в здании ORNL с контуром расплавленного соляного реактора. В перспективе такие датчики могут применяться в малых модульных реакторах, соляных петлях и портальных мониторах вне ядерных объектов, в том числе в суровых климатических условиях, для предотвращения хищения ядерных материалов.
Источник: Phys.org
