Учёные Пермского национального исследовательского политехнического университета создали и запатентовали термометр, способный не выходить из строя и стабильно работать в экстремальных условиях атомной электростанции, контролируя безопасную работу атомного реактора.

Ключевой элемент атомной электростанции — реактор, где расщепляются ядра урана, и надёжный тепловой режим критически важен для безопасности и эффективности. Существующие системы термометрии имеют серьёзные недостатки: термопары быстро выходят из строя из-за радиации, резистивные датчики искажают показания под электромагнитными помехами, а волоконно-оптические технологии теряют точность при разрушении защитного покрытия от длительного нагрева, что приводит к ускоренному износу оборудования и частым остановкам для замены.

Для решения этих проблем учёные Пермского политеха разработали устройство, сочетающее преимущества волоконно-оптических систем с устойчивостью к радиации и электромагнитным помехам. Прибор обладает диапазоном измерений в 3 — 4 раза шире аналогов, отличается долговечностью и обеспечивает точный контроль в активной зоне реактора для безопасной работы станции.

Новая конструкция чувствительного элемента создана на основе оптического волокна, внутри которого находятся микроскопические газовые полости, заполненные кислородом под давлением, а вместо традиционного органического защитно-упрочняющего покрытия используется металлическая оболочка. Совокупность таких полостей, размер каждой из которых составляет порядка 3 — 6 мкм, представляет из себя высокочувствительный датчик, который изменяет под действием тепла оптические свойства отражаемого излучения, регистрируемого измерительной системой.

Если рассмотреть процесс глубже, то в конструкцию термометра встроен «фонарик», который посылает луч света по тонкому стеклянному волокну, на конце которого располагаются микроскопические пузырьки с газом, представляющие из себя чувствительный к температуре элемент. Свет, взаимодействуя с пузырьками, отражается и проходит через «усилитель», специальную лупу, попадая в измерительную систему. Компьютер анализирует изменения свойств отражённого от пузырьков света за счёт нагрева чувствительного элемента во внешней среде, и преобразует их в температурные показания.

В зависимости от выбранного высокотемпературного материала защитно-упрочняющего покрытия — алюминия, меди, никеля или их сплавов — термометр может стабильно работать в диапазоне температур от минус 196 градусов Цельсия вплоть до плюс 1000 градусов Цельсия, тогда как существующие аналоги выдерживают кратковременно не более 400 градусов Цельсия.

Таким образом, термометр не подвержен влиянию электромагнитных помех, устойчив к радиационному воздействию, обладает в 3 — 4 раза более широким диапазоном измеряемой температуры и не требует частой замены. Помимо этого, его можно использовать в металлургии для контроля расплавов, в химической промышленности для агрессивных сред и в энергетике для мониторинга оборудования. Применение разработки позволит сократить расходы на обслуживание и повысить эффективность работы энергетических объектов за счёт более точного контроля тепловых режимов.

На изобретение пермских учёных уже выдан патент, а само исследование было выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».

Читайте ещё материалы по теме: 

• Новый метод измерения температуры микроскопических объектов создали казанские ученые
• В КФУ создали новые материалы для бесконтактного измерения температуры
• Уникальный никелевый сплав для энергоустановок нового поколения разработали в Росатоме