อาจารย์ของ Virginia Tech สามคนจากวิศวกรรมนิวเคลียร์ ฟิสิกส์ และวิศวกรรมอุตสาหการกำลังรวบรวมความเชี่ยวชาญและสิ่งประดิษฐ์ของพวกเขาเพื่อสร้างเทคโนโลยีที่เป็นนวัตกรรมขั้นสูงสำหรับการตรวจสอบแกนของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบเรียลไทม์ที่มีความเที่ยงตรงสูง โครงการนี้จะเพิ่มความปลอดภัยและความประหยัดของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ และได้รับเงินสนับสนุนจาก National Science Foundation, the US Department of Energy (DOE), Nuclear Regulatory Commission และ Virginia Tech Institute for Critical Technology and Applied Science กว่า 2.6 ล้านเหรียญสหรัฐ
ในบรรดาแหล่งพลังงานทุกประเภทในปัจจุบัน
พลังงานนิวเคลียร์ผลิตพลังงานจากทรัพยากรได้มากที่สุด จากข้อมูลของDOEโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทำงานที่กำลังการผลิตสูงมากกว่าร้อยละ 90 ของเวลา มากกว่ากำลังการผลิตลมหรือถ่านหินมากกว่าสองเท่า และเพิ่มกำลังการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ถึงสามเท่า พลังงานนิวเคลียร์ยังสะอาดไม่ก่อให้เกิดมลพิษทางอากาศหรือก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในขณะใช้งาน ภายในแกนนิวเคลียร์ อะตอมจะแตกตัวผ่านปฏิกิริยาฟิชชันของนิวเคลียร์เพื่อปลดปล่อยพลังงาน ซึ่งสารหล่อเย็นจะนำกลับมาใช้ใหม่เพื่อผลิตไอน้ำ ไอน้ำหมุนกังหันขนาดใหญ่เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าสำหรับบ้านและธุรกิจ
เพื่อรักษาประสิทธิภาพและความปลอดภัยในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ช่างเทคนิคต้องตรวจสอบส่วนประกอบการทำงานจำนวนมากซึ่งต้องใช้เครื่องมือจำนวนมหาศาล HM Hashemian ประธานและ CEO ของ Analysis and Measurement Services Corporation ได้รายงานเซ็นเซอร์และเครื่องตรวจจับ 10,000 ตัว และสายเคเบิลวัดและควบคุม 5,000 กิโลเมตร ซึ่งคิดเป็นมวลรวม 1,000 ตันภายในระบบควบคุมของหน่วยโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทั่วไป
ตามบทความปี 2015 ใน Natureเซ็นเซอร์เหล่านี้หลายตัวต้องทำซ้ำเพื่อความซ้ำซ้อนในกรณีที่ไม่สามารถทนต่อสภาวะที่รุนแรงภายในเครื่องปฏิกรณ์ได้ การเปลี่ยนเซ็นเซอร์อาจมีราคาสูงและมักเกี่ยวข้องกับการปิดโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทั้งหมด ทำให้พลังงานที่ลูกค้ามีอยู่ลดลง และทำให้ต้นทุนในการเปลี่ยนชิ้นส่วนและการสูญเสียธุรกิจ
ความพยายามร่วมกันของทีมวิจัยของเวอร์จิเนียเทคสามารถหลีกเลี่ยงปัญหานี้ได้ทั้งหมดด้วยเซ็นเซอร์ที่เป็นนวัตกรรมใหม่ซึ่งทำงานนอกเครื่องปฏิกรณ์ ทำให้ไม่จำเป็นต้องติดตั้งและถอดอุปกรณ์ที่ทำให้เกิดการหยุดทำงาน Jonathan Linkศาสตราจารย์ภาควิชาฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัยเวอร์จิเนียเทค ร่วมกับเพื่อนร่วมงานในภาควิชา Patrick Huber และ Camillo Mariani ได้พัฒนาระบบตรวจจับแบบใหม่ที่ดึงดูดความสนใจของวิศวกรนิวเคลียร์ ระบบดังกล่าวเรียกว่าCHANDLERซึ่งเป็นชุดวัสดุชนิดบรรจุกล่องที่ตรวจจับการมีอยู่ของอนุภาคที่เรียกว่าแอนตินิวตริโน
กลไกแชนเดอร์เลียร์ใช้ชุดลูกบาศก์ที่มีวัสดุแวววาวซึ่งผลิตแสง
เมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับพลังงาน ปรากฏการณ์นั้นเกิดขึ้นเนื่องจากการสะสมพลังงานภายในปฏิกิริยาของอนุภาค อนุภาคต่างๆ ให้แสงในเวลาที่ต่างกัน ซึ่งช่วยให้นักวิจัยสามารถระบุอนุภาคเหล่านั้นได้ กลไกนี้ยังประกอบด้วยหลอดโฟโตมัลติพลายเออร์ที่ตรวจจับแสงและวัดตำแหน่งของการสะสมพลังงานและเวลาระหว่างการส่องสว่าง ดังนั้นจึงถ่ายทอดธรรมชาติของการโต้ตอบแต่ละครั้ง
Antineutrinos เป็นอนุภาคขนาดเล็กที่ไม่เป็นอันตรายซึ่งไม่มีประจุ มีขนาดเล็กกว่าอะตอม ซึ่งโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ปล่อยออกมาเป็นจำนวนมาก พวกมันถูกสร้างขึ้นในระหว่างกระบวนการแตกตัวของนิวเคลียร์และผ่านโครงสร้างของเครื่องปฏิกรณ์ที่ไม่ถูกยับยั้งเนื่องจากขนาดที่เล็กและไม่มีประจุ
การตรวจหาแอนตินิวตริโนเป็นเรื่องยากเพราะอนุภาคมีประจุรบกวนมีอยู่ทั่วไป พวกมันเดินทางไปทั่วกาแลคซีและมาจากดวงอาทิตย์ของเราด้วยซ้ำ ในเซ็นเซอร์ อนุภาคที่มีประจุจะสร้างการรบกวนเป็น “สัญญาณรบกวน” เพิ่มเติมที่ทำให้ภาพขุ่นมัวเมื่อแปลผล
อุปกรณ์ของลิงค์ตัดเสียงรบกวน แม้ว่าเดิมที CHANDLER จะถูกมองว่าเป็นหนทางที่จะยับยั้งประเทศอันธพาลจากการพัฒนาอาวุธนิวเคลียร์โดยการค้นหาความหลากหลายที่ซ่อนอยู่ของวัสดุนิวเคลียร์ แต่ความสามารถของระบบในการตรวจจับอนุภาคและกรองเสียงรบกวนรอบข้างนั้นมอบโอกาสนอกเหนือจากจุดประสงค์นั้น ศักยภาพนี้จุดประกายการสนทนาระหว่าง Link และAlireza Haghighatผู้อำนวยการโครงการวิศวกรรมนิวเคลียร์ภายในภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล
ในช่วง 36 ปีที่ผ่านมา Haghighat และกลุ่มของเขาได้พัฒนาวิธีการและรหัสการจำลองการขนส่งอนุภาคขั้นสูง ความพยายามของพวกเขาทำให้เกิดรหัสคอมพิวเตอร์ที่เรียกว่า RAPID ซึ่งแสดงภาพการกระจายนิวตรอนด้วยความคมชัดสูง Haghighat และนักเรียนของเขาทำงานในอุตสาหกรรมนิวเคลียร์มานานหลายปี โดยมีส่วนร่วมในโครงการกับJozef Stefan InstituteและDominion Energyเพื่อทำการศึกษาตรวจสอบความถูกต้องโดยใช้ระบบของพวกเขา ด้วย RAPID พวกเขาได้สร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์และเครื่องปฏิกรณ์เวอร์ชันเสมือนจริงทั้งหมด
หลังจากเข้าร่วมความพยายามกับทีมของ Link แล้ว Haghighat ก็สามารถขยายความร่วมมือเหล่านั้นเพื่อรวมการพัฒนาเพิ่มเติมของ CHANDLER Dominion Power ตกลงที่จะสนับสนุนการวิจัยโดยให้ข้อมูลสำหรับการสร้างแบบจำลองของสถานีไฟฟ้า North Anna หน่วยที่ 2โดยใช้ RAPID ข้อมูลการวัดนิวตรอนในคอร์และนอกคอร์ และการเข้าถึงเพื่อทำการวัดแชนเดอร์เลอร์ ในสภาพแวดล้อมดังกล่าว Haghighat และ Link สามารถกำหนดวิธีการใหม่ในการกรองสัญญาณรบกวนเพื่อระบุ antineutrinos ที่เข้าใจยากก่อนหน้านี้ได้อย่างแม่นยำ และสร้างภาพที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นของการมีอยู่ของพวกมันในและรอบๆ เครื่องปฏิกรณ์ ข้อมูลที่ได้จะแสดงให้เห็นอย่างแม่นยำว่าแกนเครื่องปฏิกรณ์กำลังทำอะไรอยู่
Haghighat กล่าวว่า “ถ้าฉันสามารถวัด antineutrino flux ด้วยความแม่นยำสูง ฉันจะรู้ปริมาณของฟิชชัน” “ถ้าฉันทราบปริมาณของฟิชชัน ฉันก็จะทราบพลังงานที่สร้างขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์ ถ้าฉันรู้ฟิชชันและพลัง ฉันรู้สสาร เมื่อรวมกับโซลูชัน RAPID ทำให้เราเห็นภาพทั้งหมดของแกนนิวเคลียร์โดยไม่จำเป็นต้องอยู่ภายในแกนกลาง”
นอกจากนี้ Nathan Lau ผู้ มีส่วนร่วมในโครงการนี้ยังเป็นรองศาสตราจารย์ใน Grado Department of Industrial and Systems Engineering Lau และกลุ่มของเขากำลังศึกษาวิธีการออกแบบห้องควบคุมโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เพื่อรองรับการรับรู้สถานการณ์และลดข้อผิดพลาดของมนุษย์ ความเชี่ยวชาญของ Lau ได้เชื่อมช่องว่างระหว่างการตรวจจับอนุภาคและสื่อสารข้อมูลให้ผู้ปฏิบัติงานเข้าใจสิ่งที่เกิดขึ้นในแกนกลางและดำเนินการที่จำเป็น การทำงานร่วมกันช่วยให้ทีมสามารถกำหนดวิธีระบุแอนตินิวทริโน วิธีแปลข้อมูลเป็นจอแสดงผลที่ใช้งานง่าย และวิธีการนำเครื่องมือเหล่านั้นไปไว้ในมือของผู้ที่ต้องการ
Haghighat กล่าวว่า “ความจริงที่ว่าเรารู้แน่ชัดว่าเกิดอะไรขึ้นในแกนกลางนั้นยิ่งใหญ่มาก เพราะมีหลายวิธีที่ใช้ในการกำหนดปริมาณเชื้อเพลิงที่เหลืออยู่ในแกนนิวเคลียร์” Haghighat กล่าว “เชื้อเพลิงถูกใช้ในปริมาณที่แตกต่างกันทั่วทั้งแกนเครื่องปฏิกรณ์ ซึ่งสร้างกระบวนการที่ซับซ้อนมากขึ้นในการคำนวณข้อมูลที่แน่นอนจากภายในแกน เรามีเครื่องมือที่จะเอาชนะความยากลำบากเหล่านี้”
Haghighat เสริมว่าความพยายามนี้อาจขจัดความต้องการเครื่องตรวจจับนิวตรอนในแกนกลาง ซึ่งจะเป็นประโยชน์ต่อการออกแบบและการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์แบบโมดูลาร์ขนาดเล็กและขนาดเล็ก
credit : gerisurf.com shikajosyu.com kypriwnerga.com cjmouser.com planosycapacetes.com markerswear.com johnyscorner.com escapingdust.com miamiinsurancerates.com bickertongordon.com
