ORNL พัฒนาเครื่องตรวจจับรังสีรุ่นใหม่ เปิดทางตรวจวัดวัสดุนิวเคลียร์แบบเรียลไทม์

Oak Ridge National Laboratory (ORNL) ได้พัฒนาเครื่องตรวจจับรังสีขนาดกะทัดรัดและราคาประหยัด สำหรับตรวจวัดการสะสมของวัสดุนิวเคลียร์ในท่อแอร์ของสถานประกอบการแบบเรียลไทม์อย่างต่อเนื่อง อุปกรณ์ดังกล่าวถูกออกแบบมาเพื่อทดแทนวิธีการตรวจสอบด้วยเจ้าหน้าที่ซึ่งใช้เวลานาน ด้วยระบบอัตโนมัติที่มีราคาย่อมเยา โดยพื้นฐานแล้วอุปกรณ์นี้เป็นกระบอกอัตโนมัติที่สามารถยึดติดกับท่อระบายอากาศได้โดยตรง เพื่อตรวจวัดรังสีแบบเรียลไทม์อย่างต่อเนื่อง วิธีการตรวจวัดนี้จะช่วยยกระดับความปลอดภัย การคุ้มครองสิ่งแวดล้อม และความมั่นคงของชาติให้กับสถานประกอบการนิวเคลียร์

ในสถานประกอบการแปรรูปเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ท่อแอร์ทำหน้าที่เป็นช่องทางระบายอากาศบนเพดาน เพื่อหมุนเวียน กรอง และระบายอากาศภายในห้องอย่างต่อเนื่อง แม้สถานประกอบการเหล่านี้จะดำเนินการกับวัสดุกัมมันตรังสีภายใต้พื้นที่แปรรูปแบบปิดที่เข้มงวด ภายใต้การปกป้องของเครื่องกรองอนุภาคประสิทธิภาพสูง แต่อนุภาคฝุ่นขนาดเล็ก เช่น ยูเรเนียม ก็อาจหลุดรอดเข้าไปในกระแสอากาศได้ เมื่อเวลาผ่านไป อนุภาคกัมมันตรังสีขนาดเล็กเหล่านี้จะสะสมตัวบนผนังด้านในของท่อโลหะ การปล่อยให้ฝุ่นนิวเคลียร์ที่ไม่ได้รับการตรวจวัดสะสมในท่อระบายอากาศบนเพดานเหล่านี้ จะก่อให้เกิดแหล่งกำเนิดรังสีที่ไม่มีฉากกั้น ซึ่งเป็นอันตรายต่อสุขภาพของคนงาน และก่อให้เกิดความเสี่ยงร้ายแรงต่อความมั่นคงของชาติจากการโจรกรรมหรือการเคลื่อนย้ายวัสดุที่ไม่ได้รับการตรวจสอบ

หลักการทำงานของเครื่องตรวจวัดรุ่นใหม่

เครื่องตรวจวัดรุ่นใหม่นี้ทำการสแกนท่อระบายอากาศทุกนาที เพื่อให้การตรวจติดตามอย่างต่อเนื่อง ตรวจจับการสะสมของวัสดุนิวเคลียร์ และดำเนินการตามมาตรฐานด้านความปลอดภัยและการรักษาความปลอดภัยในระดับสูงสุด

อุปกรณ์ขนาด 12 นิ้วนี้ทำงานในสองโหมดง่ายๆ ตามความต้องการของสถานประกอบการ สามารถทำงานด้วยพลังงานจากแบตเตอรี่ได้นานถึงหนึ่งเดือน โดยจับและจัดเก็บตัวอย่างข้อมูลทุกนาที เมื่อเชื่อมต่อผ่านการจ่ายไฟผ่าน Ethernet อุปกรณ์จะส่งสัญญาณและบันทึกข้อมูลทุกวินาที เพื่อการติดตามแบบเรียลไทม์ Ethernet ได้เข้ามาแทนที่การเชื่อมต่อ USB แบบเดิม ทำให้สามารถเชื่อมต่อระหว่างท่อแอร์บนเพดานกับศูนย์ตรวจติดตามกลางได้ในระยะที่ไกลขึ้น เพื่อให้ระบบทำงานได้อย่างราบรื่นอย่างแท้จริง นักวิจัยได้ผสมผสานฮาร์ดแวร์เข้ากับซอฟต์แวร์ขั้นสูง อัลกอริทึมที่เสริมด้วย AI ถูกฝึกฝนจากข้อมูลสถานประกอบการจริงที่รวบรวมจากการทดสอบเรียลไทม์ที่ ORNL

เมื่อบูรณาการแล้ว ซอฟต์แวร์อัจฉริยะจะวิเคราะห์สัญญาณรังสีโดยอัตโนมัติ และส่งสัญญาณเตือนในทันทีที่วัสดุอันตรายสะสมตัวจนถึงระดับที่ไม่ปลอดภัย

ความคุ้มค่าและการยกระดับความปลอดภัย

โดยรวมแล้ว ระบบนี้ยังมีต้นทุนค่อนข้างต่ำ องค์ประกอบตรวจจับทั่วไปมีต้นทุนเกิน US$10,000 (ประมาณ HK$78,000) ทีมงาน ORNL ได้ออกแบบอุปกรณ์นี้โดยใช้ผลึกแสงพลาสติกราคาถูกที่มีมูลค่าเพียงหนึ่งหรือสองดอลลาร์ เมื่อรังสีกระทบเครื่องตรวจจับ ผลึกพลาสติกราคาประหยัดนี้จะเปล่งแสงวาบออกมาในรูปแบบของโฟตอน จากนั้น ตัวคูณสัญญาณซิลิคอนจะเปลี่ยนพัลส์แสงเหล่านี้ให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า วัสดุเช่นยูเรเนียมจะสร้างลายเซ็นพลังงานเฉพาะตัว ดังนั้น ระบบจึงถูกตั้งโปรแกรมให้นับพัลส์ไฟฟ้าเฉพาะ และทำเครื่องหมายระดับรังสีที่ไม่ปลอดภัยได้ทันที

หัวหน้าโครงการ Brett Witherspoon อธิบายว่า อุปกรณ์นี้ผสมผสานการประมวลผลแบบอะนาล็อกพลังงานต่ำในอดีตเข้ากับไมโครคอนโทรลเลอร์ดิจิทัลสมัยใหม่ที่ปลอดภัย การใช้ตัวคูณสัญญาณซิลิคอนขนาดกะทัดรัดแทนหลอดสุญญากาศขนาดใหญ่ ทำให้เครื่องตรวจจับมีความทนทานต่ออุณหภูมิที่ดีกว่า พร้อมทั้งลดขนาดโดยรวมและต้นทุนลง

การเลือกใช้ผลึกพลาสติกที่มีราคาเพียงหนึ่งถึงสองดอลลาร์ แทนทางเลือกอื่นที่มีมูลค่า 1,000 ถึง US$10,000 (ประมาณ HK$78,000) ทำให้สถานประกอบการนิวเคลียร์สามารถติดตั้งระบบตรวจวัดรังสีได้อย่างแพร่หลายในรูปแบบที่ประหยัดยิ่งขึ้น "นี่ถูกกว่าเทคโนโลยีปัจจุบันถึงพันเท่า และอุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อวัตถุประสงค์นี้โดยเฉพาะ ยังมอบทางเลือกที่แม่นยำ ใช้งานสะดวก และคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์ให้กับสถานประกอบการนิวเคลียร์" Kelly Getz ผู้รับผิดชอบโครงการโดยรวมกล่าว "อุปกรณ์เหล่านี้จะทำให้สถานประกอบการนิวเคลียร์มีความปลอดภัยและมีประสิทธิภาพมากขึ้น เพราะช่วยลดภาระด้านการกำกับดูแล" นอกเหนือจากการปกป้องจากรังสีที่ไม่มีฉากกั้นแล้ว เครื่องตรวจวัดนี้ยังจัดการกับปัญหาด้านความมั่นคงของชาติที่สำคัญ นั่นคือ การป้องกันไม่ให้ผู้ไม่หวังดีลักลอบรวบรวมวัสดุนิวเคลียร์ที่ไม่ได้รับการตรวจสอบซึ่งติดอยู่ในท่อ

ศักยภาพในการประยุกต์ใช้ในอนาคต

การประยุกต์ใช้งานนี้ไม่จำกัดเพียงแค่โรงงานเชื้อเพลิงเท่านั้น ขณะนี้นักวิจัยกำลังทดสอบความทนทานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ภายใต้อุณหภูมิสูงสุดขั้ว โดยมีเป้าหมายเพื่อติดตั้งเครื่องตรวจวัดในเครื่องปฏิกรณ์แบบหลอมเกลือรุ่นใหม่ เครื่องปฏิกรณ์ขนาดเล็กแบบโมดูลาร์ (SMRs) และแม้แต่ทางเข้าบริเวณรอบนอกอาคารในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงเพื่อป้องกันการโจรกรรม