فناوری جدید اسکن سه بعدی دما به صورت لحظه ای، می تواند امنیت راکتورهای هسته ای SMR را تا حد زیادی افزایش دهد.

راکتورهای هسته ای کوچک ماژولار یا همان SMR ها با کمک اسکن سه بعدی دما در لحظه از امنیت بالاتری نسبت به گذشته برخوردار خواهند بود. این نوع راکتورها در مناطق دورافتاده نیاز به سیستم نظارتی قوی دارند. گروهی از محققان دانشگاه میشیگان به تازگی یک سیستم اسکن حرارتی سه بعدی و بلادرنگ ابداع کردند. این نوآوری می تواند عملکرد سیستم های نظارت بر ریزراکتورها را تقویت کند و مسیر را برای پذیرش گسترده تر این راکتورهای نسل جدید هموار می کند.

ریز راکتورهای هسته‌ای به دلیل قابلیت حمل و نقل آسان با کامیون، می توانند گزینه مناسب تری برای تامین برق مورد نیاز مکان‌هایی باشند که دسترسی به شبکه توزیع برق ندارند. با این حال، استقرار آنها در چنین محیط‌هایی نیازمند سیستم‌های نظارتی قوی است. این فناوری انقلابی در صنعت انرژی هسته‌ای ایجاد می کند و می‌تواند به ایمن‌تر، کارآمدتر و مقرون به صرفه‌تر شدن آن کمک کند. رویکرد جدید، بازسازی توزیع‌های دمایی سه‌بعدی با وضوح بالا را در ریزراکتورها امکان‌پذیر می‌کند. این ویژگی به اپراتورها امکان می‌دهد تا نقاط داغ راکتور را به طور real-time شناسایی و رصد کنند و از ذوب شدن یا سایر خرابی‌های هسته‌ای که می‌تواند منجر به فاجعه شود، جلوگیری کنند.

برندان کوچوناس، دانشیار دانشگاه U-M و نویسنده ارشد این مطالعه گفت: “یکی از چالش‌های اصلی در مسیر پذیرش عمومی راکتورهای هسته‌ای SMR، توانایی اطمینان از آنهاست. این که هر لحظه بتوانیم ببینیم در داخل محفظه راکتور چه اتفاقی در حال جریان است، یک امتیاز محسوب می شود.”

تیم تحقیقاتی بر این باورند که روش آنها که به دلیل ماهیت حافظۀ رایانه‌ای که دارد برای عملیات از راه دور مناسب است. این روش می‌تواند یک تغییر بازی برای سیستم‌های دوقلوی دیجیتال باشد. دوقلوهای دیجیتال، مدل‌های کامپیوتری پیچیده‌ای هستند که از داده‌های حسگر برای بازسازی یک شیء یا فرآیند فیزیکی در دنیای واقعی استفاده می‌کنند. بنابراین دوقلو دیجیتال می‌تواند حتی زمانی که به صورت فیزیکی دسترسی به راکتورهای هسته ای ندارد، مداوم با داده‌های جدید به‌روزرسانی شود. این ویژگی باعث بالا رفتن عملکرد و امنیت راکتورهای SMR می شود. زیرا اپراتورها قادر خواهند بود عملکرد راکتور را از راه دور نظارت و کنترل کنند.

دین پرایس، دانشجوی دکترا در U-M و نویسنده مسئول این مطالعه، گفت: “دوقلوهای دیجیتال یک فناوری آینده‌نگر جدید و هیجان‌انگیز هستند که ممکن است ایمنی و دوام اقتصادی ریزراکتورهای هسته‌ای را تا حد زیادی بهبود بدهند. در حالی که طبق نتایج ارزیابی اولیه ما توابع پایه کلی برای پایش دمای ریزراکتور در دنیای واقعی به اندازه کافی دقیق نیستند. به همین علت تصمیم گرفتیم برای افزایش دقت آنها به دنبال راه حل جدیدی باشیم. ”

نتایج مطالعه جدید به تازگی در مجله “مدل‌سازی ریاضی کاربردی” منتشر شد.آنها در این تحقیق رویکرد جدیدی برای ارزیابی توابع پایه ارائه دادند. توابع پایه در بسیاری از زمینه‌های علمی و مهندسی از جمله پردازش سیگنال، یادگیری ماشین و حل معادلات دیفرانسیل برای مدل‌سازی داده‌ها و توصیف روندهای اساسی در آنها کاربرد دارد . آنها با ارائه یک مبنای نظری جدید برای ارزیابی این توابع پایه موفق شدند دقت و کارایی مدل‌های مبتنی بر آنها را افزایش دهند.

پرایس در ادامه گفت:”پیشنهاد ما این است که از توابع پایه مناسب ایجاد شده مخصوص توزیع های دمایی برای هر ریزراکتور استفاده شود تا بتوان میزان دقت را به طور قابل توجهی افزایش داد. روش‌های ما برای عملیات کنترل از راه دور مناسب ترند. زیرا، این روش از حافظه رایانه برای ذخیره اطلاعات راکتورهای فیزیکی استفاده می‌کند. با ذخیره اطلاعات در حافظه رایانه، این روش نیاز به پردازش داده‌های حسگر در زمان واقعی را کاهش می‌دهد. در نتیجه بار محاسباتی سیستم‌های مانیتورینگ دوقلوی دیجیتال کاهش پیدا می کند.” با استفاده از حافظه رایانه برای ذخیره اطلاعات، این روش می‌تواند اطمینان حاصل کند که اطلاعات ارائه شده به سیستم‌های مانیتورینگ دوقلوی دیجیتال دقیق است، حتی اگر داده‌های حسگر ناقص یا نویزدار باشد.

با این حال، قبل از استقرار این فناوری در مقیاس وسیع تر، چالش‌هایی وجود دارد که باید برطرف شوند. به عنوان مثال: محققان باید اطمینان حاصل کنند که دوقلوهای دیجیتال اطلاعات دقیقی را ارائه می‌دهند و سیستم‌های نظارتی می‌توانند حجم عظیمی از داده‌ها را که تولید می‌کنند، مدیریت کنند. با این حال، محققان نسبت به آینده این فناوری خوش‌بین هستند. آنها معتقدند که این فناوری می‌تواند به طور قابل‌توجهی نحوه عملکرد و نظارت بر SMRها را تغییر دهد. علاوه براین؛ به جایگزینی شبکه برق فعلی با شبکه‌ای که از منابع انرژی بدون کربن مانند انرژی هسته‌ای، خورشیدی، بادی و آبی استفاده می‌کند، کمک کند.