匹茲堡大學研發新型光纖感測系統 可偵測核燃料儲存罐振動

匹茲堡大學的研究人員展示了一種光纖感測系統，能夠檢測超過 100 千赫（kHz）的聲學信號，頻率約為傳統系統的五倍，此舉旨在監測核燃料儲存罐的裂縫和腐蝕。該系統與匹茲堡的初創公司 Sensible Photonics 共同開發，並於九月份在愛達荷國家實驗室（INL）進行了現場測試。研究人員使用模擬核燃料罐測試感測器是否能夠檢測振動並定位其來源。該技術旨在監測存放乏燃料的鋼製罐體，最終可改裝到現有的儲存罐上，讓操作人員在裂縫影響容器的完整性之前檢測到相關的聲學信號。

研究人員於 9 月 8 日至 11 日進行了測試，使用不同的感測器配置來評估系統的靈敏度。此次展示標誌著該項目第一階段的完成，並獲得了美國能源部的資助。乏燃料通常會在水中冷卻，然後被密封在鋼製罐體內，外圍包裹著混凝土儲存罐。這些容器可以在核設施中存放數十年。儘管燃料已從反應堆中移除，但仍會產生熱量。因此，儲存罐包括通風口，有助於散熱。在沿海的核設施中，鹹潮空氣可能通過這些通風口進入，並加速鋼製罐體的腐蝕。

隨著時間的推移，腐蝕可能導致裂縫，威脅其結構完整性。

光纖系統的應用與測試

研究人員開發了光纖系統來檢測聲學排放，即材料在發生變化（如開裂）時產生的小振動。匹茲堡的研究助理教授兼此次展示的技術負責人 Khurram Naeem 表示：「人們往往將光纖想到的是提供更快的互聯網速度，但它可以用來持續監測從橋樑到電池再到核廢料的各種事物。」根據 Naeem 的說法，該系統能檢測到超過 100 kHz 的信號，而他所提到的大多數傳統系統的能力為 20 kHz。

較高的檢測頻率是一項技術能力，而非證據表明該系統能在更早或更準確地檢測到裂縫。

在 INL 的演示中，研究人員在模擬核燃料罐的外部安裝了光纖，並測試了幾種排列以測量聲學振動。他們還進行了鉛筆斷裂測試，這是一種標準技術，用於產生可重複的聲學信號，模擬與材料損壞相關的排放。Naeem 表示：「通過一系列的鉛筆斷裂測試，我們展示了這項技術能夠檢測聲音並找到來源。」團隊還評估了將感測器附加到儲存罐的方法，旨在開發能夠在高溫和高輻射條件下持續存在多年的安裝。

系統可靠性仍需驗證

然而，測試未能確認該系統能可靠地識別運行中的核燃料儲存罐內的實際腐蝕或裂縫，其在核儲存條件下的長期表現仍需進一步證明。

該項目涉及來自匹茲堡斯旺森工程學院的研究人員和由匹茲堡教授 Paul Ohodnicki 共同創立的初創公司 Sensible Photonics。研究人員還與來自 INL、橡樹嶺國家實驗室和太平洋西北國家實驗室的科學家合作。該團隊正在尋求進一步的資金，以評估系統的耐用性和穩定性，並推進其在核儲存設施的潛在商業應用。

項目	規格
檢測頻率	超過 100 kHz
傳統系統能力	20 kHz

光纖感測技術在核安全中的潛力

光纖感測系統的發展標誌著核燃料儲存安全監測技術的一個重要進步。隨著核燃料儲存罐的老化，腐蝕和裂縫的風險增加，這項技術能夠及早檢測潛在問題，從而提高核安全性。儘管目前測試尚未證實系統在實際運行中的可靠性，但其高頻率檢測能力顯示出未來應用的潛力。隨著進一步的研究和資金支持，這項技術可能會成為核設施安全管理的重要工具。