- El nuevo sistema de sensores de fibra óptica puede detectar señales acústicas superiores a 100 kHz.
- El sistema está diseñado para monitorear fisuras y corrosión en tanques de almacenamiento de combustible nuclear.
- El equipo de investigación colabora con varios laboratorios en busca de financiamiento adicional para avanzar en su aplicación.
- Las pruebas no confirmaron el rendimiento a largo plazo del sistema en condiciones de almacenamiento nuclear.
Los investigadores de la Universidad de Pittsburgh han presentado un sistema de sensores de fibra óptica que puede detectar señales acústicas superiores a 100 kilohertz (kHz), una frecuencia aproximadamente cinco veces mayor que la de los sistemas tradicionales, con el objetivo de monitorear fisuras y corrosión en tanques de almacenamiento de combustible nuclear. Este sistema fue desarrollado en colaboración con la startup Sensible Photonics de Pittsburgh y se probó en el campo en septiembre en el Laboratorio Nacional de Idaho (INL). Los investigadores utilizaron simulaciones de tanques de combustible nuclear para probar si el sensor podía detectar vibraciones y localizar su origen. La tecnología está destinada a monitorear tanques de acero que almacenan combustible gastado, y podría adaptarse a los tanques de almacenamiento existentes, permitiendo a los operadores detectar señales acústicas relevantes antes de que las fisuras afecten la integridad del contenedor.
Los investigadores realizaron pruebas del 8 al 11 de septiembre, utilizando diferentes configuraciones de sensores para evaluar la sensibilidad del sistema. Esta demostración marca la finalización de la primera fase del proyecto, que ha recibido financiamiento del Departamento de Energía de EE. UU. El combustible gastado generalmente se enfría en agua y luego se sella en tanques de acero, que están rodeados por un contenedor de concreto. Estos recipientes pueden almacenar combustible en instalaciones nucleares durante décadas. A pesar de que el combustible ha sido retirado del reactor, sigue generando calor. Por lo tanto, los tanques de almacenamiento incluyen ventilaciones que ayudan a disipar el calor. En instalaciones nucleares costeras, el aire salino puede entrar a través de estas ventilaciones y acelerar la corrosión de los tanques de acero.
A lo largo del tiempo, la corrosión puede provocar fisuras, amenazando su integridad estructural.
Aplicaciones y pruebas del sistema de fibra óptica
Los investigadores desarrollaron un sistema de fibra óptica para detectar emisiones acústicas, es decir, pequeñas vibraciones que se producen cuando los materiales cambian (como al agrietarse). Khurram Naeem, profesor asistente de investigación en Pittsburgh y responsable técnico de esta demostración, comentó: "La gente a menudo piensa en la fibra óptica como algo que proporciona velocidades de internet más rápidas, pero puede usarse para monitorear continuamente una variedad de cosas, desde puentes hasta baterías y residuos nucleares." Según Naeem, el sistema puede detectar señales superiores a 100 kHz, mientras que la capacidad de la mayoría de los sistemas tradicionales que menciona es de 20 kHz.
La mayor frecuencia de detección es una capacidad técnica, y no evidencia de que el sistema pueda detectar fisuras de manera más temprana o precisa.
En la demostración del INL, los investigadores instalaron fibra óptica en el exterior de un simulador de tanque de combustible nuclear y probaron varias configuraciones para medir las vibraciones acústicas. También realizaron pruebas de rotura de lápiz, una técnica estándar utilizada para generar señales acústicas repetibles que simulan emisiones relacionadas con el daño de materiales. Naeem afirmó: "A través de una serie de pruebas de rotura de lápiz, demostramos que esta tecnología puede detectar sonidos y localizar su origen." El equipo también evaluó métodos para adjuntar sensores a los tanques de almacenamiento, con el objetivo de desarrollar instalaciones que puedan existir durante años en condiciones de alta temperatura y alta radiación.
La fiabilidad del sistema aún necesita ser verificada
Sin embargo, las pruebas no confirmaron que el sistema pueda identificar de manera confiable la corrosión o fisuras reales dentro de los tanques de almacenamiento de combustible nuclear en funcionamiento, y su rendimiento a largo plazo en condiciones de almacenamiento nuclear aún necesita ser demostrado.
El proyecto involucra a investigadores de la Escuela de Ingeniería Swanson de Pittsburgh y a la startup Sensible Photonics, cofundada por el profesor Paul Ohodnicki de Pittsburgh. Los investigadores también colaboran con científicos del INL, el Laboratorio Nacional de Oak Ridge y el Laboratorio Nacional del Pacífico Noroeste. El equipo está buscando financiamiento adicional para evaluar la durabilidad y estabilidad del sistema, y avanzar en su potencial aplicación comercial en instalaciones de almacenamiento nuclear.
Elemento Especificaciones Frecuencia de detección Más de 100 kHz Capacidad de sistemas tradicionales 20 kHz
El potencial de la tecnología de sensores de fibra óptica en la seguridad nuclear
El desarrollo del sistema de sensores de fibra óptica representa un avance significativo en la tecnología de monitoreo de la seguridad del almacenamiento de combustible nuclear. A medida que los tanques de almacenamiento de combustible nuclear envejecen, aumenta el riesgo de corrosión y fisuras, y esta tecnología puede detectar problemas potenciales de manera temprana, mejorando así la seguridad nuclear. Aunque las pruebas actuales no han confirmado la fiabilidad del sistema en operaciones reales, su capacidad de detección a alta frecuencia muestra un potencial para aplicaciones futuras. Con más investigación y apoyo financiero, esta tecnología podría convertirse en una herramienta importante para la gestión de la seguridad en instalaciones nucleares.