- 地下連續放射性同位素環境監測器可實時監控土壤和地下水。
- SiPMs 能將光子轉換為電信號，實現實時檢測輻射水平。
- 固態 SiPMs 在強磁場中運行，克服傳統儀器的限制。
- Canary Instruments 與傑斐遜實驗室合作，推動技術商業化。
為了保護即將興建的商業核融合電廠附近的飲用水供應，光纖和微型硅傳感器被送往地下，進行新的任務。這些設備名為「地下連續放射性同位素環境監測器」，可實時監控土壤和地下水，其主要工作是檢測氚的洩漏。氚是一種稀有的氫同位素，用作核融合反應的燃料，若洩漏可直接滲入當地的地下水層。該系統使用兩步檢測鏈來檢測輻射。薄型閃爍光纖埋在電廠周圍的地面中，放射性β粒子撞擊光纖並觸發微小的光脈衝。
這些光子沿著光纖傳輸到緊湊型硅光電倍增管（SiPMs），美國能源部的託馬斯·傑斐遜國家加速器實驗室指出：「SiPMs 能將光子轉換為電信號。」連接的計算機隨即處理脈衝，實時檢測和追蹤地下輻射水平。
SiPMs 的技術優勢
克服真空管限制後，布萊恩·克羅斯（Brian Kross）在實驗室的檢測開發小組中表示：「傑斐遜實驗室是全球首個大規模使用 SiPMs 的機構。」這種設備屬於光傳感器，但我們需要它們進行實驗的原因在於它們能在磁場中運行。傳統的輻射監測儀器長期以來依賴傳統的玻璃真空管，這些笨重的玻璃儀器容易破損，且需要高電壓運行，當遇到雜散的電磁場時，也會出現故障。固態 SiPMs 完全消除了這些限制，它們需要的電力非常少，儘管體積小卻能提供強大的讀取信號，最重要的是，它們能在強大的磁場中順利工作。
這使得它們非常適合直接監測核融合反應堆下方的地面條件，因為這些反應堆使用巨大的磁圈來捕捉等離子。
這項技術是在位於維吉尼亞州的託馬斯·傑斐遜國家加速器實驗室開發的，發明者傑克·麥基森（Jack McKisson）、布萊恩·克羅斯和約翰·麥基森（John McKisson）於 2000 年代初期首次大規模部署 SiPMs。團隊在對「GlueX」粒子檢測器進行升級時，將其建構於連續電子束加速器設施中。在檢查地下水之前，團隊已測試過類似的傳感器，這些傳感器用於指導乳腺癌手術以及對植物生物學中的根系進行成像。
商業化合作與公眾信任
目前，一傢俬營企業正將這些政府硬件引入電力行業。馬裏蘭州初創公司 Canary Instruments 與傑斐遜實驗室簽署了正式的研究協議，該公司由工程師沃爾特·徐（Walter Xu）和監管律師阿迪爾·艾哈邁德（Adil Ahmed）創立，兩人通過由桑迪亞國家實驗室和 FedTech 推動的 Boost 平台攜手合作，以商業化聯邦研究。
公眾信任將在核融合能源的發展中發揮決定性作用，電廠運營商必須向附近城鎮證明其水位不受污染。Canary Instruments 目前正在與實驗室研究人員進行土壤測試和預生產硬件測試，同時與目前設計首個網絡連接設施的私營核融合公司會面。實時地下檢測為運營商提供即時警報，幫助在清潔核融合能源日益接近電網的過程中保持社區安全。
實時監測技術對核融合發展的重要性
隨著核融合技術的發展，保護飲用水源的安全成為關鍵。地下連續放射性同位素環境監測器的實時監測能力不僅能檢測氚的洩漏，還能增強公眾對核融合電廠的信任。通過與私營企業的合作，這項技術將能更快地商業化，確保社區的安全，並促進核融合能源的廣泛應用。隨著技術的成熟，未來核融合電廠的運營將更加透明，為可持續能源的發展奠定基礎。