Các kỹ sư đã phát triển một công nghệ quét mới lấy cảm hứng từ thế giới tự nhiên có thể phát hiện kim loại bị ăn mòn trong đường ống dẫn dầu và khí đốt. Bằng cách mô phỏng cách dơi sử dụng các bước sóng siêu âm khác nhau để phát hiện vật thể, săn mồi và tránh động vật ăn thịt, các kỹ sư đã phát triển một hệ thống mới kết hợp hai loại bức xạ khác nhau, tia neutron nhanh và tia gamma, để phát hiện sự ăn mòn - nguyên nhân chính gây rò rỉ đường ống. Với hàng ngàn km đường ống trên khắp thế giới được sử dụng để vận chuyển dầu và khí đốt trên những quãng đường dài, rò rỉ là một vấn đề lớn gây thiệt hại hàng triệu đô la mỗi năm.
Nó cũng có thể dẫn đến tai nạn và thương vong, cũng như thiệt hại đáng kể về môi trường. Thông thường, sự ăn mòn trong đường ống dẫn dầu được đo bằng kỹ thuật siêu âm hoặc điện từ. Tuy nhiên, những phương pháp này không phù hợp với đường ống ngầm hoặc đường ống được phủ lớp cách nhiệt bằng bê tông hoặc nhựa. Hệ thống mới, được phát triển bởi các kỹ sư tại Đại học Lancaster, Phòng thí nghiệm Vật lý Quốc gia và một công ty có tên là Hybrid Instruments Ltd, khai thác tín hiệu phản xạ được gọi là tán xạ ngược, một "sự kết hợp riêng biệt giữa các neutron nhanh và bức xạ gamma", vì neutron và tia gamma có các đặc tính bổ sung hữu ích và neutron chủ yếu tương tác với các vật liệu có mật độ thấp như nhựa.
Ngoài ra, neutron nhanh có khả năng đâm xuyên cao và thích hợp để phát hiện các vật liệu dày. Tia gamma chủ yếu tương tác với kim loại và không phải lúc nào cũng có thể xuyên qua các vật liệu rất dày có mật độ cao. Hai loại bức xạ tạo ra các chữ ký điện tử khác nhau, nghĩa là các nhà nghiên cứu có thể lưu giữ dữ liệu từ cả hai loại bức xạ cùng lúc bằng cách sử dụng một loại thiết bị phát hiện mới gọi là 'máy phân tích trường lai', trước đây được Đại học Lancaster và Hybrid Instruments Ltd. phát triển. Hệ thống này tạo ra một chùm bức xạ thăm dò giống như bút chì, bao gồm tia neutron và tia gamma, hướng về phía phần thép đang được kiểm tra.
Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm kỹ thuật chụp ảnh thời gian thực trong phòng thí nghiệm trên các mẫu thép cacbon có độ dày khác nhau. Các nhà nghiên cứu đã có thể thấy sự khác biệt về độ dày của thép và cảm biến cũng hoạt động khi lớp cách điện được sao chép bằng bê tông hoặc nhựa, cho thấy các khuyết tật trong thép cũng như sự ăn mòn và rỉ sét có thể tạo ra sự thay đổi trong tán xạ ngược. Những kết quả này cho thấy nếu được sử dụng trên đường ống thực tế, các vấn đề tiềm ẩn có thể được phát hiện và giải quyết dễ dàng hơn trước khi dầu và khí rò rỉ ra ngoài. Mauro Licata, nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Đại học Lancaster về dự án này, cho biết:
Các chùm tia neutron và tia gamma kết hợp phản xạ song song vào một loạt các máy dò, tạo ra hình ảnh toàn diện và nhanh chóng về cấu trúc bên trong của thép. Hệ thống này hoạt động khá giống với sóng siêu âm do loài dơi phát ra. Những sóng siêu âm này là sự chồng chất của nhiều bước sóng siêu âm khác nhau và sẽ phản xạ trở lại tai dơi. Ngoài việc nhấn mạnh những lợi ích của việc kết hợp nhiều công nghệ cảm biến phản xạ để phát hiện các vấn đề như ăn mòn, nghiên cứu còn chứng minh thêm tiềm năng to lớn của việc lấy cảm hứng và mô phỏng các hệ thống đã tiến hóa trong tự nhiên. Giáo sư Malcolm Joyce của Đại học Lancaster và Hybrid Instruments Ltd cho biết:
Việc cô lập các tia gamma và neutron tán xạ ngược từ bề mặt thép theo thời gian thực, giống như cách não dơi cô lập sóng siêu âm tán xạ ngược để chúng không bị nhầm lẫn với sóng của riêng chúng, có thể giúp chúng ta cô lập các khuyết tật trên thành ống nhanh hơn và hiệu quả hơn. Neil Roberts của Phòng thí nghiệm Vật lý Quốc gia cho biết: "Đây là một ví dụ tuyệt vời về các cơ sở neutron hàng đầu thế giới của NPL được sử dụng để đổi mới khoa học và có tác động tích cực. Mục đích là phát triển hơn nữa và sử dụng hệ thống máy dò để phát hiện lỗi bằng cách hướng nó vào các phần của đường ống từ bên ngoài. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu cho biết cần phải nghiên cứu thêm trong lĩnh vực máy dò neutron để làm cho hệ thống nhanh hơn.
Bokeyuan｜www.bokeyuan.net
Bác Khắc Nguyên | Nghiên cứu/Từ: Đại học Lancaster
Tạp chí tham khảo: Scientific Reports
DOI: 10.1038/s41598-020-58122
BoKeYuan｜Khoa học, công nghệ, nghiên cứu, khoa học phổ thông
Theo dõi [Bokeyuan] để xem thêm nhiều khoa học vũ trụ đẹp hơn
