Científicos de la Universidad Politécnica Nacional de Investigación de Perm crearon y patentaron un termómetro capaz de no fallar y funcionar de manera estable en las condiciones extremas de una central nuclear, controlando el funcionamiento seguro de un reactor atómico.
El elemento clave de una central nuclear es el reactor, donde se dividen los núcleos de uranio, y un régimen térmico confiable es fundamental para la seguridad y la eficiencia. Los sistemas de termometría existentes tienen serias desventajas: los termopares fallan rápidamente debido a la radiación, los sensores resistivos distorsionan las lecturas bajo interferencias electromagnéticas y las tecnologías de fibra óptica pierden precisión cuando el recubrimiento protector se destruye por el calentamiento prolongado, lo que conduce a un desgaste acelerado del equipo y paradas frecuentes para su reemplazo.
Para solucionar estos problemas, los científicos del Politécnico de Perm desarrollaron un dispositivo que combina las ventajas de los sistemas de fibra óptica con la resistencia a la radiación y las interferencias electromagnéticas. El dispositivo tiene un rango de medición de 3 a 4 veces mayor que sus análogos, es duradero y proporciona un control preciso en la zona activa del reactor para un funcionamiento seguro de la central.
La nueva construcción del elemento sensible se basa en una fibra óptica, dentro de la cual hay cavidades de gas microscópicas llenas de oxígeno a presión, y en lugar del recubrimiento protector y endurecedor orgánico tradicional, se utiliza una cubierta metálica. El conjunto de tales cavidades, cuyo tamaño es de aproximadamente 3 a 6 μm cada una, es un sensor de alta sensibilidad que cambia las propiedades ópticas de la radiación reflejada, registrada por el sistema de medición, bajo la acción del calor.
Si se considera el proceso más profundamente, en la construcción del termómetro se incorpora una "linterna" que envía un haz de luz a través de una fina fibra de vidrio, en cuyo extremo se encuentran burbujas microscópicas con gas, que representan un elemento sensible a la temperatura. La luz, al interactuar con las burbujas, se refleja y pasa a través de un "amplificador", una lupa especial, llegando al sistema de medición. La computadora analiza los cambios en las propiedades de la luz reflejada por las burbujas debido al calentamiento del elemento sensible en el ambiente externo y los convierte en lecturas de temperatura.
Dependiendo del material de alta temperatura seleccionado para el recubrimiento protector y endurecedor (aluminio, cobre, níquel o sus aleaciones), el termómetro puede funcionar de manera estable en un rango de temperaturas desde menos 196 grados Celsius hasta más 1000 grados Celsius, mientras que los análogos existentes soportan brevemente no más de 400 grados Celsius.
Una mejora importante fue la introducción de un amplificador óptico en el circuito de medición, lo que permitió utilizar fuentes de luz de baja potencia, eliminando por completo el efecto de autocalentamiento del sensor.
Por lo tanto, el termómetro no se ve afectado por las interferencias electromagnéticas, es resistente a la radiación, tiene un rango de temperatura medible de 3 a 4 veces mayor y no requiere reemplazos frecuentes. Además, se puede utilizar en metalurgia para controlar fundiciones, en la industria química para ambientes agresivos y en la industria energética para monitorear equipos. La aplicación del desarrollo permitirá reducir los costos de mantenimiento y aumentar la eficiencia de las instalaciones energéticas gracias a un control más preciso de los regímenes térmicos.
Ya se ha emitido una patente para la invención de los científicos de Perm, y la investigación en sí se llevó a cabo en el marco del programa de liderazgo académico estratégico "Prioridad-2030".
