- 南佛羅裏達大學開發激光系統解決核電廠維護問題。
- 該系統能在深度運作，精確切割結凍冰塊。
- 激光除冰方法限制融水量，減少維護工作。
- 成功部署顯示將實驗概念轉化為工業應用的挑戰。
南佛羅裏達大學（USF）的工程師們開發了一種基於激光的系統，以解決核電廠內的一項困難維護問題。在經過四年的研究和測試後，他們成功地在兩個田納西河谷管理局（TVA）核電站展示了這項技術。該系統由機械與航空工程教授 Ahmad Vaselbehagh 和博士後研究助理 Ty Hagan 共同開發，專為使用冰冷凝器作為其安全系統的核電廠設計。在檢查過程中，工人必須提起和稱重數千個含有硼酸冰的籃子，這些冰有助於在嚴重事故期間吸收熱量並降低建築內的壓力。
激光系統的技術細節
維護過程可能會產生另一個問題。當新冰被添加到籃子中以補充時，鄰近的籃子有時會結凍在一起，這使得工人難以單獨移除籃子進行檢查。TVA 請求 USF 團隊尋找一種方法，以在不損壞籃子或依賴大量人工的情況下分開結凍的籃子。研究人員開發了一種專用的激光除冰系統，該系統可以在超過 40 英尺的深度下運作。這種設備能夠適應籃子之間的狹小空間，並使用精確的激光切割連接它們的冰塊。
這種方法避免了完全融化冰塊，從而限制了產生的融水量，否則融水可能會在其他地方重新結凍，或在較低位置聚集，增加維護工作量。
系統的實際應用挑戰
Vaselbehagh 在新聞稿中表示：「這是我曾經領導過的最具挑戰性的項目之一，因為它包括概念化、設計、工程、製造、測試和生產，必須在沒有我們的指導或支持下，完美運行於廠方人員的手中。理論工作與在真實工業環境中開發能可靠運行的系統之間存在著巨大的差異。」開發所需的設備要求具備機械和電氣工程、光學、控制、製造和安全等領域的知識。團隊必須使系統足夠緊湊，以通過極為狹窄的開口，同時確保其能在低温條件下運行。
它還必須滿足核設施內部工作的嚴格要求。
研究人員在進行冷凍環境和受污染控制區域的廣泛測試之前，完成了輻射工人和激光安全認證。完成的系統包含數百個組件，並設計為能夠承受核電廠維護過程中預期的苛刻條件。USF 的研究人員還準備了操作程序、技術文檔和培訓材料，這些資源旨在讓廠方人員能夠獨立操作和維護設備，而無需研究人員在場。「當你建造一個必須在現實世界中運作的系統時，這絕不僅僅是一個學科。」Hagan 解釋道，「你必須瞭解機械繫統、電氣系統、控制、安全要求以及所有這些如何協同運作。」
激光可以在幾分鐘內去除幾英尺的冰層，幫助工人更快地分開籃子，並以較少的人工努力完成對關鍵安全系統的檢查。該項目展示了工程研究如何解決關鍵基礎設施中的專門問題。該技術是為美國的核電廠開發的，並可能對使用類似冰冷凝器系統的國家的設施（包括日本和芬蘭）具有相關性。對於 USF 而言，成功的部署也突顯了將實驗概念轉化為運作工業環境的挑戰。該系統必須滿足實際性能要求，同時遵循核安全規則，並允許受過培訓的廠方人員獨立使用。
激光技術在核能維護中的潛力
美國南佛羅裏達大學的激光系統為核電廠的維護提供了一種創新解決方案，尤其是在冰冷凝器的使用上。這項技術不僅提高了維護效率，還減少了人工需求，顯示了工程研究如何針對特定需求進行創新。隨著全球對核能安全的重視，這種激光技術的成功應用可能會影響其他國家的核電廠，特別是那些使用類似系統的國家。這項研究的成功也強調了從概念到實際應用的轉化過程中的挑戰，尤其是在嚴格的安全規範下。