Immagine copertina generata con l’intelligenza artificiale
Oak Ridge National Laboratory (ORNL) ha sviluppato un nuovo sistema compatto e a basso costo per il monitoraggio continuo delle radiazioni nei condotti di ventilazione degli impianti nucleari. Il dispositivo è progettato per sostituire parte dei controlli manuali e consentire una sorveglianza automatizzata, con rilevazioni effettuate in tempo reale.
Il sistema può essere applicato direttamente ai condotti dell’aria e individuare l’eventuale accumulo di materiale nucleare, come particelle di uranio, che nel tempo possono depositarsi sulle pareti interne delle tubazioni. L’obiettivo è rafforzare contemporaneamente sicurezza, protezione ambientale e controllo dei materiali nucleari.
Tecnologie di radiation monitoring ORNL per impianti nucleari
Nei siti dedicati alla lavorazione del combustibile nucleare, i condotti di ventilazione hanno il compito di far circolare, filtrare ed espellere continuamente l’aria degli ambienti interni. Anche quando le aree di lavorazione sono sigillate e protette da filtri ad alta efficienza, minuscole particelle radioattive possono comunque raggiungere il flusso d’aria.
Nel corso del tempo, queste particelle possono depositarsi sulle pareti interne dei condotti metallici. Per questo ORNL ha realizzato un dispositivo cilindrico di circa 12 pollici, pensato per essere installato direttamente sulle tubazioni e controllarle in modo continuativo.
Un nuovo standard per la sicurezza in tempo reale
Il nuovo monitor effettua una scansione dei condotti ogni minuto quando funziona a batteria, registrando e conservando i campioni raccolti. In questa modalità l’autonomia può arrivare fino a un mese.
Collegando invece il dispositivo tramite Power over Ethernet, il sistema può acquisire e salvare i dati ogni secondo, consentendo un controllo in tempo reale. L’utilizzo della connessione Ethernet permette inoltre di coprire distanze maggiori rispetto ai precedenti collegamenti USB, facilitando il collegamento tra i condotti sopraelevati e i sistemi centrali di monitoraggio.
Riduzione dei costi e semplicità di integrazione
Uno degli aspetti centrali del progetto riguarda il prezzo. I componenti utilizzati nei tradizionali sistemi di rilevazione possono arrivare a costare oltre 10.000 dollari, mentre ORNL ha costruito il nuovo dispositivo attorno a un cristallo scintillante in plastica dal costo di appena uno o due dollari.
Quando la radiazione colpisce il cristallo, vengono prodotti lampi di luce sotto forma di fotoni. Un silicon photomultiplier converte quindi questi impulsi luminosi in segnali elettrici. Poiché materiali come l’uranio producono firme energetiche specifiche, il sistema può conteggiare determinati impulsi e segnalare livelli di radiazione considerati pericolosi.
Versatilità e applicazioni future dei sensori compatti
Il progetto non si limita alla realizzazione dell’hardware. I ricercatori stanno sviluppando anche un software dotato di un algoritmo potenziato dall’AI, addestrato utilizzando dati raccolti direttamente durante i test effettuati presso ORNL.
Una volta integrato nel sistema, il software potrà analizzare automaticamente le firme delle radiazioni e generare avvisi quando il materiale pericoloso raggiunge livelli non sicuri.
I ricercatori stanno inoltre sottoponendo l’elettronica a test in condizioni di calore estremo, con l’obiettivo di valutare l’impiego della tecnologia nei reattori a sali fusi, nei piccoli reattori modulari (SMR) e nei portali perimetrali esterni.
Impatti sulla tutela e la sorveglianza dei materiali nucleari
Il monitoraggio continuo non riguarda soltanto la protezione dalle radiazioni. Un accumulo non controllato di materiale nucleare all’interno dei condotti rappresenta infatti anche un problema di sicurezza, perché materiale non contabilizzato potrebbe essere sottratto o deviato senza essere immediatamente individuato.
Il sistema sviluppato da ORNL punta quindi a rendere più semplice il controllo di queste quantità attraverso una sorveglianza automatizzata. Secondo Callie Goetz, responsabile complessiva del progetto, il dispositivo può risultare circa mille volte più economico rispetto alle tecnologie attuali, offrendo una soluzione progettata specificamente per le esigenze degli impianti nucleari.
Nuove opportunità per la sicurezza nei siti nucleari
Alla base del progetto c’è anche la volontà di combinare tecnologie consolidate e componenti moderni. Brett Witherspoon, responsabile del progetto, spiega che il dispositivo unisce l’elaborazione analogica a basso consumo con microcontrollori digitali più recenti.
La sostituzione dei voluminosi tubi a vuoto con compatti silicon photomultiplier contribuisce a ridurre dimensioni e costi, oltre a migliorare la resistenza alle variazioni di temperatura.
L’impiego di un componente scintillante da pochi dollari, al posto di alternative che possono costare da 1.000 a 10.000 dollari, potrebbe permettere alle strutture nucleari di estendere il monitoraggio a un numero maggiore di punti.
Fonte: Interesting Engineering
