Alarmsystem for svigtende atomkraftværksrør bruger tynde film og lydvibrationer

Et svigtende rør kan være svært at få øje på. Det kan forårsage en vandpyt, frembringe endnu et tegn på skade, eller blot briste før detektion. Et oversvømmet køkken eller vaskerum er rodet og ubelejligt, men indsatsen er meget, meget højere i atomkraftværker - som i gennemsnit indeholder mange kilometer rørledning.

I takt med at bekymringen for aldrende planter eskalerer, Vanderbilt ingeniører arbejder på et system til tidlig varsling. De bruger polymerbelægninger på indersiden af ​​røret og 3-D-trykte polymerenheder infunderet med nanopartikler som sensorer for at signalere ændringer på rørets yderside. Og, de håber, lyd.

En kæmpe udfordring er at registrere de ændringer i polymerfilmen, der forekommer inde i røret. For at skabe en nyttig og proaktiv teknik, holdet ønsker at bruge lyd, eller vibrometri, at identificere disse interne ændringer udefra røret.

"Vi designer og forbereder belægninger, der kan gribe eller kelatere metalioner frigivet fra korrosionsprocessen i et rør, "sagde Kane Jennings, professor i kemi og biomolekylær teknik.

"Filmene kan chelatere metalioner i opløsning og fra en korroderende overflade. De chelaterede metaller ændrer polymerfilmernes egenskaber for effektivt at tværbinde polykæderne, "sagde Kane, der også er formand for afdelingen.

Tidlige resultater er lovende. Vibrometri viser små ændringer, når metallerne er bundet til belægningen, Jennings sagde, og løbende forskning evaluerer pålidelighed ved forskellige belægningstykkelser. Sensoren på ydersiden af ​​røret fungerer - belægningen skifter fra grønt til blåt ved en ændring i input, der kan signalere korrosionsprocessen.

"I sidste ende skulle sensoren skulle interface med vibrometrien for at give et stop/go -farvesignal på sundheden inde i røret, " sagde Jennings.

En undersøgelse fra Electric Power Research Institute, der gennemgik rørsikkerhed ved amerikanske atomkraftværker over en 36-årig periode, fandt 1, 816 rørfejl, der blev identificeret ved test og inspektion. Yderligere 2, 247 fejl blev fundet, efter at rør var lækket, og i nogle tilfælde, forårsager arbejdstagere dødsfald.

Rørledninger i atomkraftværker transporterer "kølevand", som er ved at koge, til reaktoren og til brugt brændselspuljer. Rør leverer hydrogengas til generatorer og transporterer damp til hovedturbinen, blandt mange andre funktioner. Ideen ville være at starte med at belægge kølerørforbindelser og forbindelser.

Forskning har involveret fakultets- og kandidatstuderende i kemi, maskin- og anlægsteknik. Cole Brubaker, Ph.d. '18, udviklet sensorerne ved hjælp af metal-dopede zinksulfidphosphormaterialer. "3-D-printede elektroluminescerende enheder med vekselstrøm" blev offentliggjort i Journal of Materials Chemistry i maj 2019. Doug Adams, Daniel F. Flowers Professor og formand for Institut for Byggeri og Miljø, var hovedforsker. Jennings er hovedforsker på et papir, der bekræfter den grundlæggende kemi, der blev offentliggjort i september 2019 i Journal of Physical Chemistry .