- 地下连续放射性同位素环境监测器可实时监控土壤和地下水。
- SiPMs 能将光子转换为电信号，实现实时检测辐射水平。
- 固态 SiPMs 在强磁场中运行，克服传统仪器的限制。
- Canary Instruments 与杰斐逊实验室合作，推动技术商业化。
为了保护即将兴建的商业核聚变电厂附近的饮用水供应，光纤和微型硅传感器被送往地下，执行新任务。这些设备名为“地下连续放射性同位素环境监测器”，可实时监控土壤和地下水，其主要工作是检测氚的泄漏。氚是一种稀有的氢同位素，用作核聚变反应的燃料，若泄漏可直接渗入当地的地下水层。该系统使用两步检测链来检测辐射。薄型闪烁光纤埋在电厂周围的地面中，放射性β粒子撞击光纤并触发微小的光脉冲。
这些光子沿着光纤传输到紧凑型硅光电倍增管（SiPMs），美国能源部的托马斯·杰斐逊国家加速器实验室指出：“SiPMs 能将光子转换为电信号。”连接的计算机随即处理脉冲，实时检测和追踪地下辐射水平。
SiPMs 的技术优势
克服真空管限制后，布莱恩·克罗斯（Brian Kross）在实验室的检测开发小组中表示：“杰斐逊实验室是全球首个大规模使用 SiPMs 的机构。”这种设备属于光传感器，但我们需要它们进行实验的原因在于它们能在磁场中运行。传统的辐射监测仪器长期以来依赖传统的玻璃真空管，这些笨重的玻璃仪器容易破损，且需要高电压运行，当遇到杂散的电磁场时，也会出现故障。固态 SiPMs 完全消除了这些限制，它们需要的电力非常少，尽管体积小却能提供强大的读取信号，最重要的是，它们能在强大的磁场中顺利工作。
这使得它们非常适合直接监测核聚变反应堆下方的地面条件，因为这些反应堆使用巨大的磁线圈来约束等离子体。
这项技术是在位于弗吉尼亚州的托马斯·杰斐逊国家加速器实验室开发的，发明者杰克·麦基森（Jack McKisson）、布莱恩·克罗斯和约翰·麦基森（John McKisson）于 2000 年代初期首次大规模部署 SiPMs。团队在对“GlueX”粒子探测器进行升级时，将其构建于连续电子束加速器设施中。在检查地下水之前，团队已测试过类似的传感器，这些传感器用于指导乳腺癌手术以及对植物生物学中的根系进行成像。
商业化合作与公众信任
目前，一家商业企业正将这些政府硬件引入电力行业。马里兰州初创公司 Canary Instruments 与杰斐逊实验室签署了正式的研究协议，该公司由工程师沃尔特·徐（Walter Xu）和监管律师阿迪尔·艾哈迈德（Adil Ahmed）创立，两人通过由桑迪亚国家实验室和 FedTech 推动的 Boost 平台携手合作，以商业化联邦研究。
公众信任将在核聚变能源的发展中发挥决定性作用，电厂运营商必须向附近城镇证明其水质不受污染。Canary Instruments 目前正在与实验室研究人员进行土壤测试和预生产硬件测试，同时与目前设计首个网络连接设施的私营核聚变公司会面。实时地下检测为运营商提供即时警报，帮助在清洁核聚变能源日益接近电网的过程中保持社区安全。
实时监测技术对核聚变发展的重要性
随着核聚变技术的发展，保护饮用水源的安全成为关键。地下连续放射性同位素环境监测器的实时监测能力不仅能检测氚的泄漏，还能增强公众对核聚变电厂的信任。通过与私营企业的合作，这项技术将能更快地商业化，确保社区的安全，并促进核聚变能源的广泛应用。随着技术的成熟，未来核聚变电厂的运营将更加透明，为可持续能源的发展奠定基础。