ORNL 開發新型輻射檢測器 實現核材料即時監測

橡樹嶺國家實驗室（ORNL）已開發出一款緊湊且低成本的輻射檢測器，用於持續實時監測設施空調管道中的核材料積聚。該設備旨在取代緩慢的人工檢查方法，提供一種經濟實惠的自動化系統。這款設備基本上是一個自動化的圓柱體，可直接固定在通風管道上，實現持續的實時輻射監測。此監測方法將有助於核設施提升安全性、環境保護以及國家安全。

在核燃料加工設施中，空調管道作為天花板上的通風渠道，旨在持續循環、過濾及排放室內空氣。雖然這些設施在高效顆粒過濾器的保護下，於嚴格封閉的加工區域內處理放射性材料，但微小的塵埃顆粒如鈾仍可能逃逸進入氣流中。隨著時間的推移，這些微小的放射性顆粒會在金屬管道的內壁上沉積。讓未經監測的核塵在這些天花板通風管內積聚，創造出無屏蔽的輻射源，危及工人健康，並對未經核查的材料被盜或轉移構成嚴重的國家安全風險。

新型監測器的運作原理

這款新監測器通過每分鐘掃描通風管道，提供持續監控，以檢測核材料的積聚，並執行最高的安全和安保標準。

這款 12 吋設備根據設施需求運行兩種簡單模式。它可在電池供電下運行長達一個月，每分鐘捕捉和儲存數據樣本。當透過以太網供電連接時，它每秒流傳和保存數據，以實現實時追蹤。以太網取代了舊有的 USB 連接，允許在天花板空調管道和中央監控中心之間進行更長距離的連接。為了使系統真正無縫，研究人員將硬件與先進的軟件結合。經過 AI 增強的算法基於在 ORNL 進行實時測試中收集的真實設施數據進行訓練。

一旦集成，智能軟件將自動分析輻射信號，並在危險材料積聚到不安全水平的瞬間觸發警報。

成本效益與安全性提升

整體而言，該系統的成本也相對低廉。一般檢測元件的成本超過 US$10,000 (約 HK$78,000)。ORNL 團隊圍繞一種價值僅需一、兩美元的廉價塑料閃爍晶體創建了該設備。當輻射打擊檢測器時，這種低成本的塑料晶體會以光子形式發出光閃。隨後，硅光倍增器將這些光脈衝轉換為電信號。像鈾這樣的材料會產生獨特的能量特徵。因此，系統被編程以統計特定的電脈衝，並立即標記不安全的輻射水平。

項目負責人佈雷特·威瑟斯潘解釋說，這款設備將低功耗的歷史類比處理與安全的現代數字微控制器結合起來。用緊湊的硅光倍增器取代笨重的真空管，使得檢測器在耐溫性上更為優越，並減小了其整體尺寸和成本。

選用價格僅為一至兩美元的塑料晶體，而非其他價值 1,000 至 US$10,000 (約 HK$78,000)的替代品，讓核設施能以更經濟的方式廣泛部署輻射監測。「這比當前技術便宜千倍，而專為此目的設計的裝置則為核設施提供了更準確、使用方便且具經濟效益的替代方案，」項目總負責人凱莉·戈茨表示。「這些設備將使核設施更加安全和高效，因為它們減輕了監管負擔。」除了保護免受無屏蔽輻射的影響外，該監測器還解決了一個主要的國家安全問題：防止非法行為者秘密收集被困在管道中的未經核查的核材料。

未來應用的潛力

這項應用不僅限於燃料工廠，研究人員目前正在對電子設備進行極端高溫的抗壓測試，旨在將監測器部署於下一代熔鹽反應堆、小型模塊化反應堆（SMRs），甚至在惡劣環境下防止盜竊的戶外周邊入口。

項目	規格
螢幕尺寸	12 吋
電池供電時間	長達一個月
數據捕捉頻率	每分鐘
數據流傳頻率	每秒

新型輻射檢測器的影響與應用前景

這款新型輻射檢測器的開發標誌著核設施安全監測技術的重要進步。通過提供低成本且高效的監測方案，這項技術不僅能夠減輕操作負擔，還能有效防止放射性材料的非法收集，從而增強國家安全。隨著未來應用的擴展，包括在熔鹽反應堆和小型模塊化反應堆中的使用，這項技術有潛力在多個領域中發揮關鍵作用，促進核能的安全發展。