- 新型光ファイバーセンサーシステムは100 kHzを超える音響信号を検出可能。
- このシステムは核燃料貯蔵タンクの亀裂や腐食を監視することを目的としている。
- 研究チームは複数の実験室と協力し、応用を進めるためのさらなる資金を求めている。
- テストでは、核貯蔵条件下でのシステムの長期的な性能が確認されなかった。
匹茲堡大学の研究者たちは、100キロヘルツ（kHz）を超える音響信号を検出できる光ファイバーセンサーシステムを発表した。この周波数は従来のシステムの約5倍であり、核燃料貯蔵タンクの亀裂や腐食を監視することを目的としている。このシステムは、匹茲堡のスタートアップ企業Sensible Photonicsと共同で開発され、9月にアイダホ国立研究所（INL）で現場テストが行われた。研究者たちは、模擬核燃料タンクを使用して、センサーが振動を検出し、その発生源を特定できるかをテストした。この技術は、使用済み燃料を保管する鋼製タンクを監視することを目的としており、最終的には既存の貯蔵タンクに改装できる。これにより、オペレーターは亀裂が容器の完全性に影響を与える前に、関連する音響信号を検出できる。
研究者たちは9月8日から11日までテストを行い、異なるセンサー構成を使用してシステムの感度を評価した。この展示はプロジェクトの第一段階の完了を示しており、アメリカ合衆国エネルギー省からの資金提供を受けている。使用済み燃料は通常、水中で冷却された後、鋼製タンクに密封され、その外側はコンクリート製の貯蔵タンクで覆われている。これらの容器は核施設で数十年にわたり保管されることができる。燃料は原子炉から取り出されているが、依然として熱を発生させる。そのため、貯蔵タンクには通気口が設けられ、熱を放散するのに役立っている。沿岸の核施設では、潮風がこれらの通気口を通じて侵入し、鋼製タンクの腐食を加速させる可能性がある。
時間の経過とともに、腐食は亀裂を引き起こし、その構造的完全性を脅かす可能性がある。
光ファイバーシステムの応用とテスト
研究者たちは、材料が変化（亀裂など）する際に発生する微小な振動を検出するために光ファイバーシステムを開発した。匹茲堡の研究助教授であり、今回の展示の技術責任者であるKhurram Naeemは、「人々は光ファイバーをより高速なインターネット接続の提供と考えがちだが、橋やバッテリー、核廃棄物などのさまざまなものを継続的に監視するためにも使用できる」と述べている。Naeemによれば、このシステムは100 kHzを超える信号を検出でき、彼が言及したほとんどの従来のシステムの能力は20 kHzである。
高い検出周波数は技術的な能力であり、このシステムがより早く、またはより正確に亀裂を検出できることを示す証拠ではない。
INLでのデモでは、研究者たちは模擬核燃料タンクの外部に光ファイバーを設置し、音響振動を測定するためにいくつかの配置をテストした。また、材料の損傷に関連する排出を模擬するために、再現可能な音響信号を生成する標準技術である鉛筆断裂テストも行った。Naeemは、「一連の鉛筆断裂テストを通じて、この技術が音を検出し、その発生源を見つけることができることを示した」と述べている。チームはまた、貯蔵タンクにセンサーを取り付ける方法を評価し、高温および高放射線条件下で数年間持続可能な設置を開発することを目指している。
システムの信頼性はまだ検証が必要
しかし、テストではこのシステムが運用中の核燃料貯蔵タンク内の実際の腐食や亀裂を信頼性高く識別できるかどうかは確認されず、核貯蔵条件下での長期的な性能はさらなる証明が必要である。
このプロジェクトには、匹茲堡スワンソン工学部の研究者と、匹茲堡大学の教授Paul Ohodnickiが共同設立したスタートアップ企業Sensible Photonicsが関与している。研究者たちはまた、INL、オークリッジ国立研究所、太平洋北西国立研究所の科学者とも協力している。チームは、システムの耐久性と安定性を評価し、核貯蔵施設での潜在的な商業応用を進めるためのさらなる資金を求めている。
項目 仕様 検出周波数 100 kHzを超える 従来のシステム能力 20 kHz
光ファイバーセンサー技術の核安全における可能性
光ファイバーセンサーシステムの開発は、核燃料貯蔵の安全監視技術における重要な進展を示している。核燃料貯蔵タンクが老朽化するにつれて、腐食や亀裂のリスクが増加するため、この技術は潜在的な問題を早期に検出し、核安全性を向上させることができる。現在のテストでは、システムの実際の運用における信頼性は確認されていないが、その高周波数検出能力は将来の応用の可能性を示している。さらなる研究と資金の支援が進むことで、この技術は核施設の安全管理において重要なツールとなる可能性がある。