LUNA参与研究核反应堆温度和传感测量技术

世界各国政府都面临着一个挑战：在努力减少全球对化石燃料依赖的同时，如何满足日益增长的电力需求。人们越来越需要可持续的可再生能源，如同太阳能、风能、水力发电、生物柴油和乙醇，美国政府希望建造更多的核反应堆以满足能源需求。然而，为了确保公众健康安全并维护能源安全，启用核反应堆需要在大规模实施前进行深入的研究和开发。

OSU用ThorLabs BP209-IR双扫描狭缝光束剖面仪拍摄的单模蓝宝石光纤传感器（SMSF）图像

第四代核能系统是一种具有更好的安全性、经济竞争力，核废物量少，可有效防止核扩散的先进核能系统。Gen IV的设计方案以高温反应堆为主要方向，高温反应堆能够在不额外产生二氧化碳的情况下产生大量氢，但需要对堆芯燃料和冷却剂进行温度测量以确保安全。

目前，任何测量技术都会受到温度影响产生漂移，根据该项目的研究结果，高精度温度测量对于识别热点、控制热循环和其它传感器温度漂移补偿是必不可少的。此外，测量结果能够帮助探测温度急剧上升现象，以避免反应堆压力容器、燃料模块、安全壳过早出现故障，消除辐射物泄露的潜在风险。

Pitt红外相机拍摄的SMSF传感器远场图像

LUNA希望与OSU和Pitt共同开发业界首个商业级单模蓝宝石光纤（SMSF）传感器，能够在高辐射核环境下工作，并提供更精确的测量。SMSF传感器将无需在反应堆堆芯内放置任何部件，减轻测量漂移的问题，提高传感器的使用寿命，并消除电子短路的风险。该项目第一阶段收获并记录了可靠良好的传感性能。下一阶段将重点研究如何优化SMSF传感器性能，开发低成本的生产工艺。

使用LUNA OBR 4600测量温度下降过程，由频谱漂移通过三次拟合确定的炉温与时间的关系（蓝色曲线）；红色虚线表示B型热电偶读数。

在几次测量过程中，由SMSF确定的高温炉内温度随距离分布情况。沿着这段光纤有30个测量点。

欢迎点击文末“阅读原文”下载《先进传感器和仪器》（Advanced Sensors and Instrumentation）2020年9月的通讯期刊，关注期刊第3-6页标题为“单模蓝宝石光纤（SMSF）向高温抗辐射传感器演进”的报告，了解项目详情。