ПНИПУ создал термометр для АЭС: устойчив к радиации и до +1000°C
Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) разработали и оформили патент на термометр, предназначенный для устойчивой и продолжительной работы в экстремальных условиях атомной электростанции и для контроля безопасного режима работы ядерного реактора.
"Ключевой элемент АЭС — реактор, где расщепляются ядра урана. Надёжный тепловой режим критически важен для безопасности и эффективности. Существующие системы термометрии имеют серьёзные недостатки: термопары быстро выходят из строя из‑за радиации, резистивные датчики искажают показания под воздействием электромагнитных помех. Волоконно‑оптические технологии теряют точность, когда защитное покрытие разрушается от длительного нагрева. Это приводит к ускоренному износу оборудования и частым остановкам для замены. Для решения этих проблем учёные Пермского политеха разработали устройство, сочетающее преимущества волоконно‑оптических систем с устойчивостью к радиации и электромагнитным помехам. Прибор имеет диапазон измерений в 3–4 раза шире, чем у аналогов, отличается долговечностью и обеспечивает точный контроль в активной зоне реактора для безопасной работы станции", — рассказали в университете.
Как работает новый термометр
По данным исследователей, конструкция чувствительного элемента термометра основана на оптическом волокне, внутри которого расположены микроскопические газовые полости, заполненные кислородом под давлением. В качестве защитно‑упрочняющего покрытия применена металлическая оболочка вместо традиционного органического покрытия. Совокупность таких полостей, каждая размером порядка 3–6 мкм, образует высокочувствительный датчик, меняющий оптические характеристики отражённого излучения при изменении температуры. Это отражение регистрируется измерительной системой.
Иными словами, в конструкцию термометра встроен «фонарик», который направляет свет по тонкому стеклянному волокну. На конце волокна находятся микроскопические пузырьки с газом, служащие чувствительным к температуре элементом. Свет, взаимодействуя с этими пузырьками, отражается, проходит через оптический усилитель и попадает в измерительную систему. При нагреве чувствительного элемента изменяются свойства отражённого света. Затем компьютер анализирует эти изменения и преобразует их в данные о температуре.
"В зависимости от выбранного высокотемпературного материала защитно‑упрочняющего покрытия — алюминия, меди, никеля или их сплавов — термометр может стабильно работать в диапазоне температур от −196 градусов Цельсия до +1 000 градусов Цельсия. Существующие аналоги выдерживают кратковременно не более 400 градусов Цельсия. Другим важным усовершенствованием стало внедрение оптического усилителя в измерительную цепь. Это позволило использовать источники света малой мощности и полностью исключить эффект самонагрева датчика", — пояснил заведующий кафедрой «Прикладная математика» ПНИПУ, доктор технических наук, профессор Владимир Первадчук.
В университете отметили, что новое устройство не подвержено влиянию электромагнитных помех, устойчиво к радиационному воздействию и демонстрирует в 3–4 раза более широкий диапазон измеряемых температур по сравнению с существующими аналогами. По словам разработчиков, термометр не требует частой замены и может применяться помимо атомной энергетики в металлургии для контроля расплавов, в химической промышленности при работе с агрессивными средами, а также в других отраслях энергетики для мониторинга технологического оборудования.
"Применение разработки позволит сократить расходы на обслуживание и повысить эффективность работы энергетических объектов за счёт более точного контроля тепловых режимов", — добавили в вузе.
Патент на изобретение пермских учёных уже выдан. Работа выполнена в рамках программы стратегического академического лидерства "Приоритет‑2030".