Sensori di vetro in fase di sviluppo per resistere all'ambiente di fusione / Glass sensors being developed to withstand fusion environment

Sensori di vetro in fase di sviluppo per resistere all'ambiente di fusione / Glass sensors being developed to withstand fusion environment

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Nel Regno Unito è in corso un progetto per sviluppare nuovi sensori in grado di monitorare in tempo reale i reattori a fusione nucleare commerciali.

Guidati dalla Bangor University in collaborazione con la Sheffield Hallam University, i ricercatori identificheranno se i sensori di vetro sviluppati negli anni '60 potrebbero funzionare nelle condizioni estreme di una reazione di fusione nucleare. In caso contrario, i ricercatori progetteranno e svilupperanno nuovi sensori in vetro.

Nel dicembre 2022, i ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti hanno ottenuto un guadagno netto di energia dopo aver ottenuto l'accensione per fusione presso il  National Ignition Facility di LLNL.  Tuttavia, il passaggio dalle reazioni sperimentali alla produzione di energia commerciale richiederà un monitoraggio affidabile in un ambiente di fusione che può raggiungere temperature di 150-200 milioni di gradi centigradi ed è popolato da neutroni in rapido movimento altamente energetici.

Un modo per monitorare una reazione di fusione è contare il numero di neutroni che emette usando scintillatori che creano una scintilla di luce quando vengono colpiti da un neutrone. Contando i lampi di luce, è possibile calcolare il numero di neutroni e la quantità di energia prodotta, il che aiuta a garantire che tutto funzioni correttamente.

Secondo la Bangor University, i sensori attualmente utilizzati per calcolare l'energia prodotta dalle reazioni di fusione tendono ad essere ingombranti e scomodi e non consentono il monitoraggio in tempo reale ed a lungo termine del processo di fusione. Affinché i reattori a fusione nucleare commerciali funzionino in modo sicuro ed efficiente, i sensori dovranno funzionare in modo affidabile per anni.

In una dichiarazione, il responsabile del progetto, il dott. Michael Rushton, del Nuclear Futures Institute della Bangor University, ha affermato: “Il vetro ha una tolleranza intrinseca alle radiazioni, quindi può sopravvivere bene in condizioni molto difficili. Ha anche il vantaggio di poter essere realizzato in forme molto diverse, dalle fibre alle piastre, il che significa che i sensori possono essere realizzati per una vasta gamma di situazioni all'interno di un reattore. Ed è abbastanza basso costo di produzione. Speriamo anche di poter "sintonizzare" i sensori in modo che funzionino con diversi tipi di particelle radioattive, in modo che possano essere utilizzati anche per altre applicazioni, come scanner aeroportuali o medici".

I sensori di vetro in grado di registrare le particelle radioattive sono stati sviluppati per la prima volta negli anni '60, ma funzionano solo se le particelle viaggiano relativamente lentamente. Il gruppo dell'Università di Bangor sta inizialmente verificando se le particelle emanate da una reazione di fusione potrebbero essere sufficientemente rallentate da consentire a questi sensori di funzionare in base alla loro composizione esistente.

Se ciò non è possibile, utilizzeranno approcci di apprendimento automatico per identificare nuove configurazioni di vetro che potrebbero essere efficaci nelle condizioni riscontrate all'interno della fusione nucleare. I nuovi progetti di sensori verranno quindi prodotti presso la Sheffield Hallam University.

Il progetto di ricerca biennale è finanziato dal Consiglio di ricerca in ingegneria e scienze fisiche del Regno Unito per la ricerca e l'innovazione. Coinvolge le università di Bangor e Sheffield Hallam, l'Università di Birmingham, l'ISIS Neutron and Muon Source presso il Science and Technology Facilities Council (STFC) Rutherford Appleton Laboratory, nonché una serie di partner commerciali.

ENGLISH

A UK project is underway to develop new sensors that can monitor commercial nuclear fusion reactors in real time.

Led by Bangor University in partnership with Sheffield Hallam University, the researchers will identify whether glass sensors developed in 1960s could function in the extreme conditions of a nuclear fusion reaction. If not, the researchers will design and develop new glass sensors.

In December 2022, researchers at the US Department of Energy’s Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) delivered a net energy gain after attaining fusion ignition at LLNL’s National Ignition Facility. However, the move from experimental reactions to commercial power generation will require reliable monitoring in a fusion environment that can reach temperatures of 150-200 million degrees Centigrade and is populated with highly energetic fast-moving neutrons.

One way of monitoring a fusion reaction is to count the number of neutrons it gives off using scintillators that create a sparkle of light when struck by a neutron. By counting the flashes of light, it’s possible to calculate the number of neutrons and the amount of energy being produced, which helps to ensure everything is working properly.

According to Bangor University, the sensors currently used to calculate the energy output from fusion reactions tend to be cumbersome and awkward, and do not allow real-time and long term monitoring of the fusion process. For commercial nuclear fusion reactors to be run safely and efficiently, sensors will need to work reliably for years.

In a statement, project lead Dr Michael Rushton, from Bangor University’s Nuclear Futures Institute, said: “Glass has intrinsic radiation tolerance, so can survive well in very harsh conditions. It also has the advantage that it can be made in very different shapes, from fibres to plates, which means sensors can be made for a range of situations within a reactor. And it’s fairly low cost to manufacture. We also hope to be able to ‘tune’ the sensors to work with different types of radioactive particle, so they may also be used for other applications, such as airport or medical scanners.”

Glass sensors able to register radioactive particles were first developed in the 1960s, but they only work if particles are travelling relatively slowly. The Bangor University team is initially seeing if particles emanating from a fusion reaction could be slowed down sufficiently to allow these sensors to work based on their existing composition.

If this isn’t possible, they will use machine learning approaches to identify new configurations of glass that could be effective in the conditions found within nuclear fusion. The new sensor designs will then by manufactured at Sheffield Hallam University.

The two-year research project is being funded through UK Research and Innovation’s Engineering and Physical Sciences Research Council. It involves Bangor and Sheffield Hallam Universities, the Birmingham University, the ISIS Neutron and Muon Source at the Science and Technology Facilities Council (STFC) Rutherford Appleton Laboratory as well as a number of commercial partners.

Da:

https://www.theengineer.co.uk/content/news/glass-sensors-being-developed-to-withstand-fusion-environment