В Окриджской национальной лаборатории разработали систему радиационного мониторинга воздуховодов для повышения безопасности топливного цикла

В последнее время исследовательская группа Окриджской национальной лаборатории (ORNL) под руководством инженера по аппаратному и программному обеспечению встраиваемых систем Бретта·Уизерспуна (Brett Witherspoon) успешно разработала новую систему радиационного мониторинга. Эта система способна непрерывно оценивать накопление радиоактивных веществ внутри вентиляционных воздуховодов установок по производству ядерного топлива или переработке ядерных отходов.

Эта система может питаться от батареи или по Ethernet, а её ядром является цилиндрическое устройство высотой около 12 дюймов. Устройство устанавливается внутри воздуховода; по заявлению Окриджской национальной лаборатории, оно способно обеспечивать беспрецедентную частоту и точность мониторинга при более низкой стоимости по сравнению с существующими системами обнаружения, тем самым реально защищая безопасность персонала, работу ядерных установок, экологическую среду и национальную безопасность.

Первоначальной целью разработки этой системы командой Уизерспуна было помочь ядерным установкам лучше соответствовать государственным нормативным стандартам контроля радиоактивных веществ для обеспечения здоровья работников, безопасности населения и санитарного состояния окружающей среды. В то же время эффективные средства мониторинга способны также эффективно предотвращать незаконное распространение и неправомерное использование радиоактивных веществ.

В настоящее время используемые на ядерных установках средства радиационного мониторинга обычно являются довольно разрозненными и применяются главным образом для выборочной проверки тех вредных частиц, которые неизбежно проникают через воздушные фильтры и попадают в воздуховоды. Традиционные методы мониторинга требуют, чтобы работники вставляли счётчик радиации, закреплённый на конце длинного шеста, в высотные вентиляционные воздуховоды, что не позволяет осуществлять непрерывный мониторинг в реальном времени.

В отличие от них, новый детектор, разработанный Окриджской национальной лабораторией, сочетает гибкие способы питания. В режиме батарейного питания устройство может непрерывно работать около одного месяца, собирая и записывая данные проб воздуха один раз в минуту; при подключении к Ethernet оно может работать с более высокой частотой, обеспечивая анализ проб и передачу данных один раз в секунду.

Этот монитор использует недорогие пластические сцинтилляционные кристаллы; при обнаружении излучения от урана или других радиоактивных веществ кристаллы испускают фотоны. Затем кремниевые фотоумножители преобразуют эти фотоны в электрические импульсы, которые подсчитываются устройством для определения того, находится ли уровень радиации в безопасных пределах. Окриджская национальная лаборатория отмечает, что по сравнению с традиционными неорганическими сцинтилляционными кристаллами или полупроводниковыми детекторами излучения, стоимость которых достигает нескольких тысяч долларов, стоимость таких пластических сцинтилляционных кристаллов составляет всего несколько долларов.

В ходе предварительных испытаний исследовательская группа подтвердила эффективность этого детектора в режиме батарейного питания в лабораторной установке по обращению с ядерными материалами; эксперименты показали, что он работает очень гладко. В настоящее время данные, полученные в ходе испытаний, используются для обучения алгоритмов с искусственным интеллектом, разрабатываемых специалистом по ядерной физике Калли·Гётц (Callie Goetz). В будущем программное обеспечение этого алгоритма будет интегрировано в детектор, чтобы автоматически подавать сигнал тревоги операторам ядерных установок при достижении радиоактивными веществами потенциально опасной концентрации.

Гётц отмечает, что стоимость этого детектора в тысячи раз ниже по сравнению с существующими технологиями, а его узкоспециализированная конструкция обеспечивает ядерным установкам более точную, более удобную и более экономически эффективную альтернативу. Эти устройства позволят эффективно снизить бремя нормативного регулирования для ядерных установок, сделав их более безопасными и эффективными.

В настоящее время исследователи Окриджской национальной лаборатории планируют продемонстрировать систему мониторинга в режиме питания по Ethernet в здании с испытательным контуром реактора на расплавленных солях на территории лаборатории, а также намерены провести дальнейшую проверку этой системы на установках по обогащению и производству топлива в районе Окриджа, штат Теннесси.