อุปกรณ์ตรวจจับอนุภาคของสหรัฐฯ ทำงานใต้ดินเพื่อปกป้องความปลอดภัยของแหล่งน้ำโรงไฟฟ้าฟิวชัน

เพื่อปกป้องแหล่งน้ำประปาใกล้โรงไฟฟ้าฟิวชันเชิงพาณิชย์ที่กำลังจะสร้างขึ้น สายไฟเบอร์ออปติกและเซ็นเซอร์ซิลิคอนขนาดเล็กถูกนำไปติดตั้งใต้ดินเพื่อปฏิบัติภารกิจใหม่ อุปกรณ์เหล่านี้มีชื่อว่า "地下連續放射性同位素環境監測器" สามารถตรวจสอบดินและน้ำบาดาลแบบเรียลไทม์ โดยหน้าที่หลักคือตรวจจับการรั่วไหลของทริเทียม ทริเทียมเป็นไอโซโทปของไฮโดรเจนที่หายาก ใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับปฏิกิริยาฟิวชัน หากรั่วไหลสามารถซึมเข้าไปในชั้นน้ำบาดาลท้องถิ่นได้โดยตรง ระบบนี้ใช้โซ่การตรวจจับ 2 ขั้นตอนในการตรวจจับรังสี สายไฟเบอร์ออปติกแบบสцинทิลเลเตอร์บางถูกฝังในพื้นรอบโรงไฟฟ้า อนุภาคเบต้ากัมมันตรังสีชนกับไฟเบอร์และกระตุ้นสร้างพัลส์แสงขนาดเล็ก

โฟตอนเหล่านี้เคลื่อนที่ตามสายไฟเบอร์ไปยังท่อคูณแสงซิลิคอนขนาดกะทัดรัด (SiPMs) โรงพยาบาลแห่งชาติ Thomas Jefferson National Accelerator Facility ของกระทรวงพลังงานสหรัฐอธิบายว่า "SiPMs สามารถแปลงโฟตอนเป็นสัญญาณไฟฟ้า" คอมพิวเตอร์ที่เชื่อมต่อจะประมวลผลพัลส์ทันที ตรวจจับและติดตามระดับรังสีใต้ดินแบบเรียลไทม์

ข้อได้เปรียบทางเทคนิคของ SiPMs

หลังจากเอาชนะข้อจำกัดของท่อสูบน้ำเงิน Brian Kross ในทีมพัฒนาตัวตรวจจับของห้องปฏิบัติการกล่าวว่า "Jefferson Lab เป็นสถาบันแรกของโลกที่ใช้ SiPMs ในขนาดใหญ่" อุปกรณ์ประเภทนี้เป็นเซ็นเซอร์แสง แต่เหตุผลที่เราต้องการใช้มันในทดลองคือมันทำงานในสนามแม่เหล็กได้ อุปกรณ์ตรวจวัดรังสีแบบดั้งเดิมพึ่งพาท่อสูบน้ำเงินแก้วแบบดั้งเดิมมานาน ท่อแก้วที่ใหญ่โตเหล่านี้แตกง่าย และต้องการแรงดันสูงในการทำงาน เมื่อเจอสนามแม่เหล็กคลั่งก็จะเกิดข้อผิดพลาด SiPMs แบบสเตททึบกำจัดข้อจำกัดเหล่านี้ทั้งหมด พวกมันต้องการพลังงานน้อยมาก 儘管ขนาดเล็กแต่ให้สัญญาณอ่านค่าที่แข็งแกร่ง สำคัญที่สุดคือ ทำงานในสนามแม่เหล็กที่แข็งแกร่งได้อย่างราบรื่น

สิ่งนี้ทำให้มันเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการตรวจสอบสภาพพื้นดินโดยตรงใต้เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชัน เนื่องจากเครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้ใช้ขดลวดแม่เหล็กขนาดใหญ่เพื่อจำกัดพลาสมา

เทคโนโลยีนี้พัฒนาที่ Thomas Jefferson National Accelerator Facility ตั้งอยู่ในรัฐเวอร์จิเนีย ผู้ประดิษฐ์คือ Jack McKisson, Brian Kross และ John McKisson ซึ่งปรับใช้ SiPMs ในขนาดใหญ่ครั้งแรกในช่วงต้นศตวรรษที่ 21 ทีมได้สร้างมันขึ้นขณะอัปเกรดตัวตรวจจับอนุภาค "GlueX" ที่ Continuous Electron Beam Accelerator Facility ก่อนตรวจสอบน้ำบาดาล ทีมได้ทดสอบเซ็นเซอร์ที่คล้ายกันแล้ว ซึ่งใช้ในการนำทางการผ่าตัดมะเร็งเต้านม และการถ่ายภาพรากในชีววิทยาพืช

ความร่วมมือทางการค้าส่งและความเชื่อมั่นของสาธารณะ

ปัจจุบัน บริษัทเอกชนหนึ่งกำลังนำฮาร์ดแวร์ของรัฐบาลเหล่านี้เข้าสู่อุตสาหกรรมไฟฟ้า บริษัทสตาร์ทอัพในรัฐแมริแลนด์ Canary Instruments ได้ลงนามข้อตกลงวิจัยอย่างเป็นทางการกับ Jefferson Lab บริษัทนี้ก่อตั้งโดยวิศวกร Walter Xu และทนายความด้านกำกับดูแล Adil Ahmed ทั้งสองร่วมมือกันผ่านแพลตฟอร์ม Boost ที่ Sandia National Laboratories และ FedTech ดันให้เกิดขึ้น เพื่อค้าส่งการวิจัยระดับสหพันธรัฐ

ความเชื่อมั่นของสาธารณะจะเล่นบทบาทสำคัญอย่างตัดสินในการพัฒนาพลังงานฟิวชัน ผู้ดำเนินการโรงไฟฟ้าต้องพิสูจน์ให้เมืองใกล้เคียงเห็นว่าระดับน้ำของพวกเขาไม่ได้รับมลพิษ Canary Instruments ปัจจุบันกำลังทำการทดสอบดินและทดสอบฮาร์ดแวร์ก่อนการผลิตกับนักวิจัยห้องปฏิบัติการ พร้อมกับประชุมกับบริษัทฟิวชันเอกชนที่กำลังออกแบบสถานที่เชื่อมต่อกริดแรก ระบบตรวจจับใต้ดินแบบเรียลไทม์ให้การแจ้งเตือนทันทีแก่ผู้ดำเนินการ ช่วยรักษาความปลอดภัยของชุมชนในขณะที่พลังงานฟิวชันที่สะอาดกำลังเข้าใกล้กริดไฟฟ้ามากขึ้น

ความสำคัญของเทคโนโลยีการตรวจสอบแบบเรียลไทม์ต่อการพัฒนาฟิวชัน

พร้อมกับการพัฒนาเทคโนโลยีฟิวชัน การปกป้องความปลอดภัยของแหล่งน้ำประปากลายเป็นสิ่งสำคัญ ความสามารถในการตรวจสอบแบบเรียลไทม์ของอุปกรณ์ตรวจสอบสิ่งแวดล้อมแบบต่อเนื่องใต้ดินสำหรับไอโซโทปกัมมันตรังสี ไม่เพียงแต่ตรวจจับการรั่วไหลของทริเทียมได้ แต่ยังเพิ่มความเชื่อมั่นของสาธารณะต่อโรงไฟฟ้าฟิวชัน ผ่านการร่วมมือกับบริษัทเอกชน เทคโนโลยีนี้จะสามารถค้าส่งได้เร็วขึ้น รับรองความปลอดภัยของชุมชน และส่งเสริมการใช้พลังงานฟิวชันอย่างกว้างขวาง พร้อมกับเทคโนโลยีที่สุกขึ้น การดำเนินงานของโรงไฟฟ้าฟิวชันในอนาคตจะโปร่งใสมากขึ้น วางรากฐานสำหรับการพัฒนาพลังงานที่ยั่งยืน