Ученые создали термометр, способный работать в экстремальных условиях атомного реактора

Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) создали и запатентовали термометр, способный не выходить из строя и стабильно работать в экстремальных условиях атомной электростанции (АЭС), контролируя безопасную работу атомного реактора. Об этом сообщили в пресс-службе вуза.

«Ключевой элемент АЭС — реактор, где расщепляются ядра урана, и надежный тепловой режим критически важен для безопасности и эффективности. Существующие системы термометрии имеют серьезные недостатки: термопары быстро выходят из строя из-за радиации, резистивные датчики искажают показания под электромагнитными помехами, а волоконно-оптические технологии теряют точность при разрушении защитного покрытия от длительного нагрева. Это приводит к ускоренному износу оборудования и частым остановкам для замены. Для решения этих проблем ученые Пермского политеха разработали устройство, сочетающее преимущества волоконно-оптических систем с устойчивостью к радиации и электромагнитным помехам. Прибор обладает диапазоном измерений в 3-4 раза шире аналогов, отличается долговечностью и обеспечивает точный контроль в активной зоне реактора для безопасной работы станции», — рассказали в университете.

По словам ученых, новая конструкция чувствительного элемента создана на основе оптического волокна, внутри которого находятся микроскопические газовые полости, заполненные кислородом под давлением, а вместо традиционного органического защитно-упрочняющего покрытия используется металлическая оболочка. Совокупность таких полостей (размер каждой составляет порядка 3-6 мкм) представляет из себя высокочувствительный датчик, который изменяет под действием тепла оптические свойства отражаемого излучения, регистрируемого измерительной системой.

Иными словами, в конструкцию термометра встроен «фонарик», который посылает луч света по тонкому стеклянному волокну. На конце волокна располагаются микроскопические пузырьки с газом, которые и представляют из себя чувствительный к температуре элемент. Свет, взаимодействуя с этими пузырьками, отражается, проходит через «усилитель» — специальную лупу, — и попадает в измерительную систему. Когда такой чувствительный элемент начинает нагреваться во внешней среде, то изменяются свойства отраженного от пузырьков света. Компьютер анализирует эти изменения и преобразует их в температурные показания.

«В зависимости от выбранного высокотемпературного материала защитно-упрочняющего покрытия — алюминия, меди, никеля или их сплавов — термометр может стабильно работать в диапазоне температур от минус 196 градусов Цельсия вплоть до плюс 1 000 градусов Цельсия, тогда как существующие аналоги выдерживают кратковременно не более 400 градусов Цельсия. Также другим важным усовершенствованием стало внедрение оптического усилителя в измерительную цепь, что позволило использовать источники света малой мощности, полностью исключив эффект самонагрева датчика», — пояснил заведующий кафедрой «Прикладная математика» ПНИПУ, директор подготовительных курсов, доктор технических наук, профессор Владимир Первадчук.

Как отметили в ПНИПУ, такой термометр не подвержен влиянию электромагнитных помех, устойчив к радиационному воздействию, обладает в 3-4 раза более широким диапазоном измеряемой температуры и не требует частой замены. Помимо этого, его можно использовать в металлургии для контроля расплавов, в химической промышленности для агрессивных сред и в энергетике для мониторинга оборудования. «Применение разработки позволит сократить расходы на обслуживание и повысить эффективность работы энергетических объектов за счет более точного контроля тепловых режимов», — добавили в вузе.

На изобретение пермских ученых уже выдан патент. Исследование было выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».