新火種
2024-11-23 
2秒完成檢測，將AI與3D打印相結合，科學家實現小型核反應堆高級監測
編輯 | 白菜葉
隨著人工智能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。
采用先進人工智能的新型遠程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，大大降低管理成本并提高安全性。
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于遠程監控小型核反應堆的智能組件系統。
該研究以「Direct energy deposition for smart micro reactor」為題，于 2024 年 10 月 10 日發布在《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，尤其是隨著大型數據處理設施對可持續綠色能源的需求日益增長。然而，確保其安全運行需要頻繁檢查，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傳感器整合到 MR 組件中，從而實現人工智能實時監控。嵌入式光纖可生成實時數據，從而實現 AI 驅動的體內熱變形分析。
該研究的創新之處在于將 3D 打印與 AI 相結合的新技術，能夠快速處理來自光纖傳感器的多個連續變量。該團隊使用定向能量沉積（DED）打印方法成功制造了智能核部件，將光纖傳感器無縫集成到金屬部件中。
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傳感器的數據，實時監測熱變形，使操作員能夠通過基于增強現實（AR）的數字孿生界面遠程檢測異常情況并評估情況。
設備組成
該團隊使用 DED 打印機（Inssteck MX600）構建微型反應器組件。分布式光纖應變傳感器被用作 MR 組件的內部嵌入式傳感器。
為此使用了 Luna Innovations 的 ODiSI 6100 詢問器。分布式光纖傳感器利用沿其長度產生的脈沖的反向散射。
具體來說，光時域反射儀 (OTDR) 計算到達測量位置并返回所需的時間，從而實現精確的位置確定。傳感器還通過分析背向散射脈沖的特性來測量應變。
這些傳感器不需要在測量區域供電，并且隨著長度的增加信號損失最小，因此適合多種應用。這些應用包括建筑物結構監測、管道和深海測量。
此外，光纖傳感器不受電磁干擾，具有出色的耐熱和抗輻射性能，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
研究人員使用增強現實（AR）眼鏡進行了數字孿生模擬實驗。
采用 Arduino 模塊和 Wi-Fi 通信將傳感器數據傳輸到 AR 眼鏡。測量的傳感器數據經過預處理，然后傳輸到 Arduino Nano 33 IoT 模塊。
隨后，Arduino 模塊將數據發送到 Wi-Fi 服務器，AR 眼鏡也連接到該服務器以接收數據。MR 組件溫度變化導致的應變數據在 AR 中實現。
在 40-120 度的范圍內以 5 度為間隔模擬了三種不同的筒式加熱器溫度條件，并在 AR 環境中使用了這些有限元方法（FEM）圖像。
測試顯示，從數據采集到數字孿生環境的可視化，整個過程在不到 2 秒的時間內完成。
性能穩定
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。
這項新技術有望通過使人工智能能夠監測通常無法通過人工檢查檢測到的關鍵熱變形信號，顯著提高下一代小型核反應堆的安全性和運行效率。
Jung 教授指出：「我們通過人工智能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運行。」
他進一步預測，「這種融合技術的應用范圍可以擴展到核能之外，并可能使自主制造系統、航空航天和先進國防等不同行業受益。」
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