受蝙蝠的啟發(fā)，開發(fā)出全新掃描技術(shù)，能檢測出地下管道是否泄漏！

工程師們受自然界的啟發(fā)，開發(fā)出了一種新的掃描技術(shù)，可以檢測石油和天然氣管道中的腐蝕金屬。通過模仿蝙蝠如何使用不同波長的超聲波探測物體、捕獵和避開捕食者，工程師們已經(jīng)開發(fā)出一種新的系統(tǒng)，結(jié)合了兩種不同類型的輻射，快中子和伽馬射線，以檢測腐蝕-管道泄漏的主要原因。由于全球范圍內(nèi)數(shù)千公里的管道用于遠(yuǎn)距離輸送石油和天然氣，泄漏是一個(gè)每年耗資數(shù)百萬美元的重大問題。

而且還有可能導(dǎo)致事故和人員傷亡，以及重大的環(huán)境破壞。通常，輸油管道中的腐蝕是用超聲波或電磁技術(shù)來測量。但是，這些方法不適用于地下管道或覆蓋有混凝土或塑料保溫層的管道。這個(gè)新系統(tǒng)由蘭開斯特大學(xué)、國家物理實(shí)驗(yàn)室的工程師和一家名為混合儀器有限公司的工程師開發(fā)，利用了被稱為后向散射的反射信號(hào)，即“孤立的快中子和伽馬輻射組合”，因?yàn)橹凶雍唾ゑR射線具有有用的互補(bǔ)特性，中子主要與塑料等低密度物質(zhì)相互作用。

此外，快中子具有較高的穿透能力，適合探測厚物質(zhì)。伽馬射線主要與金屬相互作用，并不總是能夠穿透密度很高的非常厚的材料。這兩種輻射類型產(chǎn)生不同的電子信號(hào)，這意味著研究人員可以使用一種名為“混合場分析器”的新型探測設(shè)備，同時(shí)保留這兩種輻射的數(shù)據(jù)，該設(shè)備以前是由蘭開斯特大學(xué)和混合儀器有限公司開發(fā)。該系統(tǒng)產(chǎn)生一束像鉛筆一樣的探測輻射束，由中子和伽馬組成，指向被檢查的鋼材部分。

研究小組在實(shí)驗(yàn)室對不同厚度的碳鋼樣本進(jìn)行了實(shí)時(shí)成像技術(shù)測試。研究人員能夠看到鋼材厚度的差異，當(dāng)用混凝土或塑料復(fù)制絕緣層時(shí)，傳感器也可以工作，這表明鋼鐵中的缺陷以及腐蝕和銹蝕可能會(huì)在后向散射中產(chǎn)生變化。這些結(jié)果表明，如果在真實(shí)的管道上使用，那么在石油和天然氣能夠泄漏之前，潛在的問題可以更容易地被發(fā)現(xiàn)和解決。蘭開斯特大學(xué)、該項(xiàng)目的博士研究員毛羅·利卡塔(Mauro Licata)說：

中子和伽馬射線的組合光束平行反彈到一組探測器上，產(chǎn)生了對鋼材內(nèi)部結(jié)構(gòu)全面而快速的表示。這個(gè)系統(tǒng)的工作原理有點(diǎn)像蝙蝠發(fā)出的超聲波。這些超聲波是不同超聲波波長的疊加，會(huì)反彈到蝙蝠的耳朵里。除了強(qiáng)調(diào)結(jié)合多種反射傳感技術(shù)來檢測腐蝕等問題的好處外，研究還進(jìn)一步表明，從自然界進(jìn)化的系統(tǒng)中汲取靈感并模仿可以具有巨大潛力。蘭開斯特大學(xué)和混合儀器有限公司的馬爾科姆·喬伊斯教授說：

實(shí)時(shí)隔離鋼鐵表面的反向散射中子和伽馬射線，就像蝙蝠的大腦隔離反向散射超聲波，從而避免與它們自己的超聲波相混淆方式，可以幫助我們更快、更有效地隔離管壁上的缺陷。國家物理實(shí)驗(yàn)室的尼爾·羅伯茨(Neil Roberts)說：這是NPL世界領(lǐng)先的中子設(shè)施被用于創(chuàng)新科學(xué)并產(chǎn)生積極影響一個(gè)很好的例子。其目的是進(jìn)一步開發(fā)和使用探測器系統(tǒng)，通過從外部將其指向管道的部分來檢測故障。然而，研究人員表示，需要在中子探測器領(lǐng)域進(jìn)行更多研究，以使系統(tǒng)更快。

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博科園｜研究/來自：蘭開斯特大學(xué)

參考期刊《科學(xué)報(bào)告》

DOI: 10.1038/s41598-020-58122

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