2秒完成檢測，將AI與3D列印相結合，科學家實現小型核反應堆高階監測

編輯 | 白菜葉

隨著人工智慧時代對電力的需求不斷增長，全球科技公司正逐漸將小型核反應堆作為可持續能源解決方案。

採用先進人工智慧的新型遠端監控技術能夠在短短兩秒鐘內檢測出這些反應堆的潛在危險。這一創新系統能夠實時監控內部狀況，大大降低管理成本並提高安全性。

由韓國蔚山科學技術院（UNIST）的 Im Doo Jung 教授、Namhun Kim 教授以及慶尚大學（G.N.U）的 Hyungmo Kim 教授共同領導的研究團隊推出了一種用於遠端監控小型核反應堆的智慧元件系統。

該研究以「Direct energy deposition for smart micro reactor」為題，於 2024 年 10 月 10 日釋出在《Virtual and Physical Prototyping》。

核微反應堆（MR）因其安裝位置的多功能性而備受關注，尤其是隨著大型資料處理設施對可持續綠色能源的需求日益增長。然而，確保其安全執行需要頻繁檢查，這對實際有效的管理來說是一個挑戰。

研究人員提出了一種新方法，利用直接能量沉積將光纖感測器整合到 MR 元件中，從而實現人工智慧實時監控。嵌入式光纖可生成實時資料，從而實現 AI 驅動的體內熱變形分析。

該研究的創新之處在於將 3D 列印與 AI 相結合的新技術，能夠快速處理來自光纖感測器的多個連續變數。該團隊使用定向能量沉積（DED）列印方法成功製造了智慧核部件，將光纖感測器無縫整合到金屬部件中。

這種設計確保了即使在核反應堆典型的惡劣環境中也能保持穩定性。AI 系統快速分析來自光學感測器的資料，實時監測熱變形，使操作員能夠透過基於擴增實境（AR）的數字孿生介面遠端檢測異常情況並評估情況。

裝置組成

該團隊使用 DED 印表機（Inssteck MX600）構建微型反應器元件。分散式光纖應變感測器被用作 MR 元件的內部嵌入式感測器。

為此使用了 Luna Innovations 的 ODiSI 6100 詢問器。分散式光纖感測器利用沿其長度產生的脈衝的反向散射。

具體來說，光時域反射儀 (OTDR) 計算到達測量位置並返回所需的時間，從而實現精確的位置確定。感測器還透過分析背向散射脈衝的特性來測量應變。

這些感測器不需要在測量區域供電，並且隨著長度的增加訊號損失最小，因此適合多種應用。這些應用包括建築物結構監測、管道和深海測量。

此外，光纖感測器不受電磁干擾，具有出色的耐熱和抗輻射效能，非常適合核電站等具有挑戰性的環境。

用AR進行數字孿生模擬實驗

研究人員使用擴增實境（AR）眼鏡進行了數字孿生模擬實驗。

採用 Arduino 模組和 Wi-Fi 通訊將感測器資料傳輸到 AR 眼鏡。測量的感測器資料經過預處理，然後傳輸到 Arduino Nano 33 IoT 模組。

隨後，Arduino 模組將資料傳送到 Wi-Fi 伺服器，AR 眼鏡也連線到該伺服器以接收資料。MR 元件溫度變化導致的應變資料在 AR 中實現。

在 40-120 度的範圍內以 5 度為間隔模擬了三種不同的筒式加熱器溫度條件，並在 AR 環境中使用了這些有限元方法（FEM）影像。

測試顯示，從資料採集到數字孿生環境的視覺化，整個過程在不到 2 秒的時間內完成。

效能穩定

與傳統的大型核反應堆相比，MR 可以在能源密集型設施附近提供穩定的發電。然而，維護這些工廠的安全至關重要。

這項新技術有望透過使人工智慧能夠監測通常無法透過人工檢查檢測到的關鍵熱變形訊號，顯著提高下一代小型核反應堆的安全性和執行效率。

Jung 教授指出：「我們透過人工智慧融合技術解決了傳統檢查方法帶來的挑戰，這可以大大提高下一代小型核電站的穩定和高效執行。」

他進一步預測，「這種融合技術的應用範圍可以擴充套件到核能之外，並可能使自主製造系統、航空航天和先進國防等不同行業受益。」

論文連結：https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/17452759.2024.2411024