ORNL 开发新型辐射检测器 实现核材料实时监测

橡树岭国家实验室（ORNL）已开发出一款紧凑且低成本的辐射检测器，用于持续实时监测设施空调管道中的核材料积聚。该设备旨在取代缓慢的人工检查方法，提供一种经济实惠的自动化系统。这款设备基本上是一个自动化的圆柱体，可直接固定在通风管道上，实现持续的实时辐射监测。此监测方法将有助于核设施提升安全性、环境保护以及国家安全。

在核燃料加工设施中，空调管道作为天花板上的通风渠道，旨在持续循环、过滤及排放室内空气。虽然这些设施在高效颗粒过滤器的保护下，于严格封闭的加工区域内处理放射性材料，但微小的尘埃颗粒如铀仍可能逃逸进入气流中。随着时间的推移，这些微小的放射性颗粒会在金属管道的内壁上沉积。让未经监测的核尘在这些天花板通风管内积聚，创造出无屏蔽的辐射源，危及工人健康，并对未经核查的材料被盗或转移构成严重的国家安全风险。

新型监测器的运作原理

这款新监测器通过每分钟扫描通风管道，提供持续监控，以检测核材料的积聚，并执行最高的安全和安保标准。

这款 12 吋设备根据设施需求运行两种简单模式。它可在电池供电下运行长达一个月，每分钟捕捉和储存数据样本。当透过以太网供电连接时，它每秒流传和保存数据，以实现实时追踪。以太网取代了旧有的 USB 连接，允许在天花板空调管道和中央监控中心之间进行更长距离的连接。为了使系统真正无缝，研究人员将硬件与先进的软件结合。经过 AI 增强的算法基于在 ORNL 进行实时测试中收集的真实设施数据进行训练。

一旦集成，智能软件将自动分析辐射信号，并在危险材料积聚到不安全水平的瞬间触发警报。

成本效益与安全性提升

整体而言，该系统的成本也相对低廉。一般检测元件的成本超过 US$10,000 (约 HK$78,000)。ORNL 团队围绕一种价值仅需一两美元的廉价塑料闪烁晶体创建了该设备。当辐射打击检测器时，这种低成本的塑料晶体会以光子形式发出光闪。随后，硅光电倍增管将这些光脉冲转换为电信号。像铀这样的材料会产生独特的能量特征。因此，系统被编程以统计特定的电脉冲，并立即标记不安全的辐射水平。

项目负责人布雷特·威瑟斯庞解释说，这款设备将低功耗的历史类比处理与安全的现代数字微控制器结合起来。用紧凑的硅光电倍增管取代笨重的真空管，使得检测器在耐温性上更为优越，并减小了其整体尺寸和成本。

选用价格仅为 1 至 2 美元的塑料晶体，而非其他价值 1,000 至 US$10,000 (约 HK$78,000)的替代品，让核设施能以更经济的方式广泛部署辐射监测。“这比当前技术便宜千倍，而专为核设施设计、更准确、易用且具备成本效益的替代方案，”项目总负责人凯莉·戈茨表示。“这些设备将使核设施更加安全和高效，因为它们减轻了监管负担。”除了保护免受无屏蔽辐射的影响外，该监测器还解决了一个主要的国家安全问题：防止非法行为者秘密收集被困在管道中的未经核查的核材料。

未来应用的潜力

这项应用不仅限于燃料工厂，研究人员目前正在对电子设备进行极端高温的抗压测试，旨在将监测器部署于下一代熔盐反应堆、小型模块化反应堆（SMRs），甚至在恶劣环境下防止盗窃的户外周边入口。

项目	规格
屏幕尺寸	12 吋
电池供电时间	长达一个月
数据捕捉频率	每分钟
数据流传频率	每秒

新型辐射检测器的影响与应用前景

这款新型辐射检测器的开发标志着核设施安全监测技术的重要进步。通过提供低成本且高效的监测方案，这项技术不仅能够减轻操作负担，还能有效防止放射性材料的非法收集，从而增强国家安全。随着未来应用的扩展，包括在熔盐反应堆和小型模块化反应堆中的使用，这项技术有潜力在多个领域中发挥关键作用，促进核能的安全发展。