เซนเซอร์ทนความร้อนและรังสีในเครื่องปฏิกรณ์

การผลิตพลังงานนิวเคลียร์ต้องใช้พลังงานจำนวนมาก ทั้งความร้อน ความดัน และรังสี ซึ่งทุกส่วนของเครื่องปฏิกรณ์ต้องทนทานต่อสิ่งเหล่านี้ในแต่ละครั้ง แน่นอนว่าการออกแบบอุปกรณ์ที่สมบูรณ์แบบเป็นเรื่องยาก แต่นักวิจัยยังคงค้นพบวิธีที่น่าอัศจรรย์ในการพัฒนาเทคโนโลยีนิวเคลียร์ ซึ่งล่าสุดเกี่ยวข้องกับชิปขนาดเล็กที่มีประสิทธิภาพที่ไม่เล็กตามขนาด

ในการประกาศเมื่อเร็วๆ นี้ นักวิจัยจาก University of Maine ได้ประกาศเปิดตัวเซ็นเซอร์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ใหม่ที่ทนทานต่อระดับรังสีและความร้อนจัดของแกนเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ขณะเดียวกัน เซ็นเซอร์ยังจับข้อมูลการปฏิบัติงานแบบเรียลไทม์ ทำให้วิศวกรและผู้ปฏิบัติงานได้รับข้อมูลเชิงลึกอันล้ำค่าเกี่ยวกับกิจกรรมของเครื่องปฏิกรณ์

Mauricio Pereira da Cunha หัวหน้าโครงการกล่าวในการแถลงว่า “เนื่องจากเครื่องปฏิกรณ์ขั้นสูงจำนวนมากที่อยู่ระหว่างการพัฒนาในปัจจุบันทำงานที่อุณหภูมิเหล่านี้ จึงมีความต้องการสูงสำหรับเซ็นเซอร์ในการตรวจสอบเครื่องปฏิกรณ์เหล่านั้น การพัฒนาเซนเซอร์ทนความร้อนและรังสีในเครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้ที่ประสบความสำเร็จจะช่วยแก้ไขและบรรเทาอุปสรรคทางเทคโนโลยีที่ขัดขวางการเปิดตัวเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขั้นสูงในปัจจุบัน”

เซ็นเซอร์นี้มีจุดประสงค์เพื่อใช้งานภายในเตาเผาของเครื่องปฏิกรณ์สำหรับการแบ่งแยกนิวเคลียส ซึ่งสร้างพลังงานจำนวนมากโดยการแยกโมเลกุลหนักสองโมเลกุล โดยเฉพาะอย่างยิ่ง นักวิจัยหวังที่จะติดตั้งเซนเซอร์ทนความร้อนและรังสีในเครื่องปฏิกรณ์ในเครื่องปฏิกรณ์อุณหภูมิสูงขั้นสูง ซึ่งทำงานด้วยก๊าซฮีเลียมและมีวัสดุเซรามิกเพื่อสร้างพลังงานนิวเคลียร์อย่างมีประสิทธิภาพและปลอดภัยยิ่งขึ้น

อย่างไรก็ตาม เครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้มีอุณหภูมิสูงกว่าที่เซ็นเซอร์ที่มีอยู่สามารถทนได้ เนื่องจากข้อดีของเครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้มาพร้อมกับ “ประสิทธิภาพเชิงความร้อนที่สูงขึ้นซึ่งเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงขึ้น” นักวิจัยอธิบาย

ในทางกลับกัน ทีมงานมีประสบการณ์สองทศวรรษในการปรับแต่งเซ็นเซอร์ที่คล้ายคลึงกัน สิ่งนี้กระตุ้นให้พวกเขาใช้เวลาสองปีที่ผ่านมาในการพัฒนาและทดสอบเซนเซอร์ทนความร้อนและรังสีในเครื่องปฏิกรณ์ที่แข็งแกร่งพอสำหรับเครื่องปฏิกรณ์รุ่นต่อไป และในขณะเดียวกันก็ทำให้เซ็นเซอร์มีขนาดเล็กเพื่อขยายช่วงการใช้งานให้กว้างขึ้น

สำหรับโครงการนี้ ทีมงานได้สร้างเซ็นเซอร์เจ็ดตัว ซึ่งทั้งหมดได้รับการทดสอบที่ห้องปฏิบัติการเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ Ohio State University ตามรายงานโดยสำนักงานพลังงานนิวเคลียร์ของกระทรวงพลังงาน เซ็นเซอร์แต่ละตัวมีความหนา 100 นาโนเมตร ซึ่งบางกว่าเส้นผมประมาณ1,000 เท่า และมีอิเล็กโทรดอัลลอยด์ที่มีส่วนประกอบหลักเป็นแพลตตินัมบรรจุอยู่ภายในปลอกอะลูมินา

ที่น่าประทับใจคือ เซ็นเซอร์ทั้งเจ็ดตัว “ยังคงทำงานได้” และ “ไม่แสดงสัญญาณของการเสื่อมสภาพ” แม้จะถูกเครื่องปฏิกรณ์ยิงด้วยกำลังไฟสูงสุดที่ประมาณ 1,500 องศาฟาเรนไฮต์ (800 องศาเซลเซียส) เป็นเวลาห้าวัน รายงานอธิบาย การวิเคราะห์เบื้องต้นยังบ่งชี้ว่าเซ็นเซอร์มีความทนทานต่อรังสีด้วย

Luke Doucette นักวิทยาศาสตร์วิจัยอาวุโสของโครงการกล่าวในการแถลงว่า “นอกเหนือจากอุณหภูมิที่สูงมากแล้ว ตอนนี้เรายังได้นำเซ็นเซอร์เหล่านี้ไปสัมผัสกับระดับรังสีนิวเคลียร์ที่รุนแรงในแกนกลางของเครื่องปฏิกรณ์ในเวลาเดียวกันด้วย” “สิ่งนี้เพิ่มมิติใหม่ทั้งหมดของความยากลำบากในแง่ของชนิดของวัสดุเซ็นเซอร์ที่สามารถอยู่รอดได้ในสภาวะเหล่านี้และยังคงทำงานได้”