مقدمة

ولا يمكن أن يؤدي استخدام مفاعلات النيتروجين - وهو مقياس أولي لـ CANada Deuterium Uranium - إلى خلق مركز فريد داخل الأسطول النووي العالمي باعتباره أداة مصممة على أساس الوقود الثقيل ذات مزايا تشغيلية متميزة، وذلك باستخدام المياه الثقيلة (أكسيد الديوتروم) كعامل موصل للوقود ومبرد رئيسي.

وقد بدأت موجة من الابتكار التكنولوجي خلال العقد الماضي في إعادة تشكيل الطريقة التي يتبعها المشغلون والمهندسون في المراقبة الأساسية للشركة، ويجري حالياً زيادة أجهزة الاستشعار التقليدية، وفي حالات مختارة، يتم استبدالها بشبكات الألياف الضوئية التي يتم تصميمها لتحمل حقول الإشعاع القصوى، وأجهزة الكشف عن النيوترونات التي تقدم أوقات الاستجابة للمراحل الثانوية، ونماذج التعلم الآلي القادرة على التنبؤ بالشواغل التقليدية التي تُنشأت في الخارج.

Understanding CANDU Core Monitoring Challenges

ويكمن قلب كل مفاعل من مفاعلات الكولدو في وجود سفينة كبيرة من الكلاندريات الكهرمائية الكهرمائية تأوي مئات الأنابيب ذات الضغط الأفقي، ويحتوي كل أنبوب على سلسلة من 12 أو 13 من حزم وقود اليورانيوم الطبيعي، مفصولة عن أنبوب كالاندريا الخارجي بنزوات غازية خفيفة، ويشغل حيز الموصلات بين أنبوبات الكلاندريا بمياهيدرات ثقيلة منخفضة الكثافة، بينما يُض

أولاً، إن توزيع الطاقة هو بطبيعته غير متماثل، ويتطور باستمرار بسبب إعادة الإمداد بالطاقة الكهربائية - التي تُتبادل يومياً بين اثنين وخمسة أرباع في محطة كبيرة، وتتسبب كل عملية إعادة وقود في حدوث تلالات تدفّق محلية يجب تعقبها في وقت قريب من الواقع لمنع الإفراط في التسخين أو في استهلاك الطاقة الكهربائية، وثانياً، لأن معالجات المياه الثقيلة تُفصل مادياً عن سرعة التسخين

ولذلك، فإن ضمان سلامة العمليات الاقتصادية يتطلب مجموعة قادرة من الأدوات الأساسية والسابقة التي تقيس تدفق النيوترونات، ودرجة الحرارة، وتدفق التبريد، والضغط، والهتز، وبصورة متزايدة، منصة لبث البيانات تحول إشارات الاستشعار الخام إلى معلومات استخبارية قابلة للتنفيذ بالنسبة للمشغلين والمهندسين.

أساليب الرصد التقليدية والحدود التي تفرضها

In-Core Neutron Flux Mapping

منذ السبعينات، تعتمد مفاعلات النيتروجين على أجهزة كشف النيوترونات ذاتية الطاقة ((FLT: 1)) التي تم تركيبها داخل أجهزة توجيه الفلور و الركض بشكل محوري إلى جانب قنوات الوقود، وأكثرها شيوعاً هو جهاز التموين المغناطيسي (PNDT)

وتعاني أجهزة الكشف عن الفاناديوم من قوة شديدة الإشعاع، ولكنها تظهر فترة زمنية متأصلة بعدة ثوان بسبب نصف عمر الفاناديوم - 52 الذي يبلغ 3.7 دقيقة، وفي سيناريوهات سريعة - مثل حادث فقدان المكولات أو حدوث تفاعل مفاجئ - يمكن أن يؤدي هذا الكم إلى تأخير إجراءات الحماية.

رصد الملوِّثات والملوِّثات

أجهزة الكشف عن الحرارة والمقاومة مجهزة بمنافذ الوقود لقياس ارتفاع درجة الحرارة المبردة، الذي يربط بقوة القناة، وعندما يقترن ذلك بقياس التدفق من أجهزة التهوية أو المسبارات فوق الصوتية على الأنابيب المغذية، توفر البيانات الحرارية فحصا مستقلا على قدرة القناة، ومع ذلك فإن معامل التحلل الحراري تتدهور تحت النيوترونات وأشعة غاما

التفتيش على الضغط والضغوط

تقييم السلامة الهيكلية كان يتم عادةً على غير الخط خلال فترات التجاوز المقررة، لا يمكن لهذه التفتيشات الدورية أن تكشف عن آليات التحلل الميكانيكي السريع مثل سرعة سرعة سرعة طرق الضغط الأولية، وأجهزة المراقبة المستمرة للهياكل المتحركة

وقد أتاحت القيود الجماعية على الاستجابة التقليدية - المتدنية، وأخذ العينات المكانية، والانتفاع من العيار، والاعتماد على التفتيش الهيكلي الذي يقوم على أساس الخروج، فرصة واضحة للتكنولوجيات المبتكرة التي توفر بيانات أعلى من حيث القيمة في الوقت الحقيقي.

Innovative Sensor Technologies for the CANDU Core

أجهزة الاستشعار المتحركة: درجة الحرارة الموزعة وأجهزة الاستشعار عن بعد

ومن أكثر الإضافات واعدة إلى مجموعة أدوات الرصد التابعة للجنة المعنية بمكافحة المخدرات، أسرة أجهزة الاستشعار الضوئية التي تعمل بالألياف البصرية التي تستخدم في سيليكا، يمكن أن تُستَنَدَ من خلال أنبوب الأجهزة الموجودة أو تُربط بالسطح الخارجي لأنابيب التغذّي وورقات الأنابيب الكلاندرية، مما يخلق شبكة شبيهة بالأعصاب تقيّد درجة الحرارة والإجهاد بحل مكاني على نطاق مليتر على مسافات التي تبلغ عدة مئات من عدة مئات من المتر.

(أ) استخدام مبدأ " حرق " (Rman scattering) في حين أن نبضات الليزر قد تُستخدم في الألياف المُتراكمة في الآونة الأخيرة، مما يجعل من المُعدّل المُعديّة التي تُستخدم في الأشعة تحت الصفرية، يُظهر أنّ نسبة من النسيجات المُتراكمة في الموجات المُعدّة تُقدّد على درجة الحرارة المحلية.

- Fiber Braggting ] (FBG) sensors take advantage of periodic variations in the refractive index inscribed along the fiber core. Each grating is narrow-band wavelength that shifts in response to strain or temperature.

مُنقِّطات النيوترونات المتطورة: السرعة والحساسية

وقد ظهرت أجهزة الكشف عن النيوترونات ذات الصلصة كبديل مقنع لأجهزة سبيندز للغاز الفلوري السريع، وقد اجتذب تصميمان على وجه الخصوص الاهتمام: ] أجهزة كشف ألياف الديوكس و أجهزة كشف الماس المبكِّرة .

وتتكون أجهزة الكشف عن الغازات الصغيرة من كمية ضئيلة من المقياس المكعب المكعب المزودة بمقياس للغاز القابل للاشتعال مثل 235 والهيكسيد الفلوري المطوّر بالكهرباء على نطاق فرعي قابل للاختراق، عندما يؤدي الأشعة النيوترية إلى إحداث حدث للكشف عن الفلور

(ب) إنَّ أجهزة كشف مُنْعِلةَ بالماسِ (الجوائز) تُستَخدِمُ مُنْ الْجَمَعَةُ مِنْ الْمَسْحِيَةِ، وَتَعْدُ مُسَعَلَّلَةٌ مِنْ الْسْحَمَةِيَّةِ، وَةُوَةُوَةُوْسْسْتَةُوَةُوَةُوَةُوَةُوَةُوَةُوَةُمَةُمَةُمَةُوَةُمَةُوَةُوَةُمَةُمَةُ مَةُوَةُمَةُمَةُمَةُوَةُمَةُمَةُ مَةُمَةُمَةُوَةُمَةُمْسْسْسْسْسْسْس

رصد الصوت والتقدير للدياغات الهيكلية

إن الشذوذ الميكانيكي داخل نظام النقل الحرفي الأولي كثيرا ما ينتج توقيعات صوتية متميزة، والحركة المفاجئة لجزء غير مكتمل، والثرثرة عن دعم جهاز الإرسال المنشط، أو وصفة "الضرب" لقطعة الهايد المتأخر يمكن اكتشافها بواسطة أجهزة التكسير ذات الترددات الكثيفة التي تُشن على خارج قشرة الكالاندريا أو على تقنيات الكشف عن بعد.

مشروع متعدد السنوات في محطة دارلينجتون التابعة لمؤسسة أونتاريو قد أنشأ شبكة دائمة من التسارع على وجه الكلاندريا وعلى مجموعة فرعية من الأنابيب المغذية، البيانات تتدفق باستمرار إلى معالج مركزي حيث تصنف الخوارزميات المتعلمة آلياً الأحداث، وقد أثبت النظام قدرته على تحديد قوسين متحركة لدعم النوافذ، مما يتيح إصلاحاً استباقياً خلال فترة الحمل

التشخيص الذكي: تحليل، توأم رقمي، وتعلم الآلات

ولا يمكن التصرف في تدفق بيانات الاستشعار ذات الاستبانة العالية من شبكات الألياف الضوئية، وأجهزة الكشف عن النيوترونات الصلبة، والصفوف الصوتية بدون محرك تحليلي للبيانات يتسم بنفس القدر من التطور، ويتحول مشغلو وحدات الادخار إلى توأم رقمي مجهز بالآلات وقائم على الفيزياء لبث هذه المنافذ المتناثرة للبيانات إلى تشخيصات متماسكة وحقيقية.

تعليم الآلات للتعرف على الباترين

ويجري تدريب نماذج للتعلم الآلي المشرف وغير المشرف على بيانات المحطة التاريخية للتعرف على السلائف الفرعية لطرائق الخطأ المعروفة، وعلى سبيل المثال، فإن شبكة الزائير التي تغذي خمس سنوات من الترموز، والرقم القياسي للأشعة، وبيانات التدفق يمكن أن تتعلم أنماط التقارب العادية بين درجة حرارة الوصل، وتذبذبات الفلور، ونماذج التدفق المصاحبة للتدفق.

تم تطبيق نظام التكوين في أعماق التعلم على تحليل الترددات الداكنية لإشارة التدفق النيوترونات، وفي دراسة تعاونية بين معهد التكنولوجيا في جامعة أونتاريو وشركة بروس باور، درب الباحثون جهازا آليا على مطياف الترددات الأساسية العادية المستمدة من البيانات الأساسية، وزاد خطأ إعادة البناء بشكل ملحوظ في الأسابيع السابقة على حدث تدفّق في القناة، مما أعطى المشغلين مهلة مبكرة.

التكنولوجيا الرقمية

في حين أن نماذج المحاكاة التقليدية للمفاعلات الجديدة والهيدروليكية الحرارية باستخدام بارامترات التصميم الاسمي، فإن التوأم الديجي [FLT:] هو نموذج حي يجري تحديثه باستمرار مع بيانات الاستشعار الحي، وذلك بتغذية خرائط الفلور في الوقت الحقيقي، ورموز الحرارة، وقراءات الميكانيكية في المرآة ذات المقياس المقياس التوائم

الرؤية الطويلة الأجل، التي تم توضيحها في الصناعة النووية الكندية، هي: Digital Twin Roadmap ]، هي أن تقترن بنظام مؤتمت لدعم القرار، يقترح إجراءات تصحيحية للمشغل المرخص، وبالتالي تقليل الحمل المعرفي البشري أثناء عمليات النقل، وفي الجيل القادم من مكونات البنية الأساسية للشركة، مثل مشروع الإنشاءات الرئيسية الجارية.

الحوسبة وضد البيانات

مع مستجوبين للألياف يولدون جيغابايت من البيانات الأولية يومياً، نقل جميع التجهيزات إلى غرفة المراقبة المركزية أمر غير عملي،

ريالوس العالمى وجنيات بروفين

وقد انتقلت عدة مواقع تابعة للوحدة إلى ما يتجاوز النماذج الأولية للمختبرات إلى عمليات الانتشار الميداني على نطاق واسع، وفي نقطة ليبورو، تم توجيه ألياف من طراز DTS من خلال أداة احتياطية لقياس درجة حرارة الموصل أثناء بدء التشغيل؛ وكشفت البيانات عن بقعة باردة لم تكن معروفة سابقا قرب مضخة من كلاندريا - توبي، مما أدى إلى تفتيش مستهدف على أساس الأشعة فوق الصوتية أكد على بدء عملية تسرب محتملة.

في محطة (أونتاريو) لتوليد الطاقة الكهربائية، تجربة مُستشفات الصواريخ الصغيرة في قناة واحدة لإعادة الوقود أظهرت أن إشارات التدفق السريع الاستجابة يمكن أن تقلل من عدم اليقين في وقت اكتشاف الملوثات العضوية الثابتة بنسبة 40٪ تقريباً، تحسين هامش الأمان الذي قد يسمح بزيادة طاقة متواضعة في السنوات الأخيرة لتشغيل المصنع، وتؤكد هذه الطيارات أن الابتكار ليس نظرياً فحسب، بل إن تحقيق فوائد عملية قابلة للقياس.

التكامل مع النبات IC Systems

إن نجاح المشاريع التجريبية يتوقف على التكامل غير المستقر مع هيكل المحطة الحالي للأجهزة والتحكم، وفي بروس باور، طور المهندسون طبقة متوسطة من البرمجيات تترجم بيانات الاستشعار الخام من شبكات الألياف الضوئية والصوتية إلى وحدات قياسية للبرمجيات المتعددة الأطراف وأجهزة التصوير المقطعي، مما يسمح بالتواؤم الرقمي لحرق البيانات دون تعديل نظم الرحلات القديمة.

العقبات على الطريق إلى التبني

وعلى الرغم من وعدها، يجب أن تبحر تكنولوجيات الرصد الجديدة في بيئة تنظيمية متحفظة وقيود هندسية عملية. وما زال الصلابة ] تشكل التحدي الرئيسي، بل إن الألياف البصرية التي تحمل الإشعاعات تولد امتصاصاً أكبر من اللون، مما يزيد على الوقت، ويحتاج إلى اختيار مادي دقيق وإلى بيئة تطهير دورية.

ومن دواعي القلق الأخرى أن هناك جهازاً واحداً للاستجواب عن أجهزة الاستنشاق بالفييروسات الاصطناعية يمكن أن يولد عدة غيغابايت من البيانات الخام يومياً، وبدون ضغط قوي ومعالجات أولية، يمكن أن يصبح نظام احتياز البيانات عقبة، كما أن الأمن السيبرى هو أيضاً أمر بالغ الأهمية؛ ونظراً لأن نظم الرصد الأساسية تصبح أكثر ترابطاً، يجب أن تتقيد بالمبادئ التوجيهية الدقيقة (11)

وعلاوة على ذلك، يجب تبرير تكلفة إعادة استخدام المحطات القائمة التي لديها شبكات استشعار متقدمة من قيمة هوامش الأمان المحسنة والمدة المنخفضة التي تدوم، وتقوم المرافق بتحليل التكاليف والمنافع التي تؤدي إلى تجنب التجاوزات القسرية، ودورات الوقود الموسعة، والائتمانات التنظيمية من أجل تعزيز الرصد، وقد تبين للمعتمدين المبكرين أن العائد على الاستثمار أمر مُلح، ولا سيما بالنسبة للوحدات التي تقترب من نهاية فترة تصميمها حيث تُترجم الإيرادات كل يوم.

الاتجاهات المستقبلية: نحو تحقيق دحر ذاتي

(ب) النظر إلى المستقبل، فإن تقارب أجهزة الاستشعار المتقدمة، والاستخبارات الاصطناعية، ومنصات البيانات المأمونة من طراز IC يشير إلى مستقبل يصبح فيه لب وحدة التشخيص الذاتي إلى حد كبير، وتستكشف أفرقة البحوث في المختبرات النووية الكندية والشركاء الأكاديميون دمج ]] في مواقع واقعية متطورة

وتركز الجهود الأطول أجلا على نظم التشخيص المستقلة التي يمكن أن تحقق الحد الأمثل من معدلات إعادة التزود بالوقود في المفاعلات، ومستويات مقارنات الزون السائل، وحتى نقاط إعادة النظام المأمون تحافظ ديناميا على كل مظلة تشغيلية في إطار التشغيل الآمن، حيث يتوقع الآن أن تعمل عدة وحدات من وحدات الاتحاد الوطني للاستقلال التام لأنواع، بعد مرور 60 عاما على تنفيذ برامج تصاعد الحياة، هناك حافز اقتصادي قوي على اعتماد نظم للرصد تستهدف باستمرار الظواهر مبكرة.

خاتمة

وقد بدأ تحويل الرصد الأساسي للشبكة من نموذج مرتكز على الاسترجاع إلى حد كبير، ومستند إلى أجهزة الاستشعار من النقاط إلى نموذج متوقع وواع للشبكة، وهو ما تحقق تقدما كبيرا في مجال الاستشعار الفيبر - الضوئي، والأجهزة الكشافة ذات الاستجابة السريعة، وشبكات رصد الحالة الصوتية، وهي تمثل أساسا غنيا بالبيانات، وتمثل في الوقت نفسه عمليات ابتكارية متطورة للآلات وموثوقية رقمية.