Американские исследователи испытали оптоволоконную систему, которая улавливает слабые вибрации на поверхности контейнеров с отработавшим ядерным топливом и определяет, откуда пришел сигнал. На испытательном макете датчики распознавали колебания частотой выше 100 кГц, поэтому в будущем технология может помочь замечать признаки трещин и коррозии до серьезного повреждения стальной оболочки.
Идея довольно проста: повреждающийся металл не остается полностью «тихим». Когда в нем зарождается или растет трещина, материал создает крошечные упругие волны. Специалисты называют этот эффект акустической эмиссией. Закрепленное на контейнере оптоволокно реагирует на мельчайшие деформации, а измерительная система превращает изменения светового сигнала в данные о вибрациях. Похожий принцип позволяет использовать оптоволокно как длинный чувствительный датчик для регистрации механических колебаний.
Разработчики из Sensible Photonics испытали систему с 8 по 11 сентября на макете стального контейнера в Национальной лаборатории Айдахо. Волокно крепили снаружи несколькими способами, а затем подавали акустические импульсы разной силы, чтобы проверить чувствительность датчиков и точность определения источника.
Для одного из тестов исследователи ломали грифель карандаша о поверхность макета. Такой прием давно используют при проверке систем акустической эмиссии: короткий излом создает небольшой и хорошо воспроизводимый импульс. Оптоволоконный датчик услышал сигнал и смог определить место, где возникла вибрация.
Главная техническая особенность установки заключается в рабочем диапазоне. По словам разработчиков, система регистрирует сигналы выше 100 кГц, тогда как многие традиционные решения ограничиваются примерно 20 кГц. Разница в частоте сама по себе не означает пятикратного роста точности или более раннего обнаружения повреждений. Испытания пока показали лишь способность датчиков работать с высокочастотными колебаниями и находить их источник.
Реальные трещины и коррозию в действующем контейнере во время эксперимента не искали. Специалистам еще предстоит проверить, насколько уверенно система отличает повреждение металла от фоновых вибраций и как долго волокно сохраняет чувствительность при высокой температуре и радиации. Отдельно команда проверяла способы крепления датчиков, поскольку на практике им придется оставаться на контейнерах годами.
После выгрузки из реактора отработавшее топливо сначала охлаждают в бассейнах, а затем помещают в герметичные стальные емкости внутри массивных бетонных контейнеров. Топливо продолжает выделять тепло, поэтому конструкциям нужна вентиляция. На прибрежных площадках вместе с воздухом внутрь может проникать морская соль, которая ускоряет коррозию стали и со временем повышает вероятность появления трещин.
Сентябрьские испытания завершили первый этап проекта при поддержке Министерства энергетики США. Теперь разработчики хотят проверить долговечность и стабильность датчиков. До применения на настоящих хранилищах технология должна пройти дополнительные испытания, поэтому пока оптоволоконная система остается экспериментальным способом раннего контроля, а не готовой защитой контейнеров с отработавшим ядерным топливом.