工程師們受自然界的啟發，開發出了一種新的掃描技術，可以檢測石油和天然氣管道中的腐蝕金屬。透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，工程師們已經開發出一種新的系統，結合了兩種不同型別的輻射，快中子和伽馬射線，以檢測腐蝕-管道洩漏的主要原因。由於全球範圍內數千公里的管道用於遠距離輸送石油和天然氣，洩漏是一個每年耗資數百萬美元的重大問題。
而且還有可能導致事故和人員傷亡，以及重大的環境破壞。通常，輸油管道中的腐蝕是用超聲波或電磁技術來測量。但是，這些方法不適用於地下管道或覆蓋有混凝土或塑膠保溫層的管道。這個新系統由蘭開斯特大學、國家物理實驗室的工程師和一家名為混合儀器有限公司的工程師開發，利用了被稱為後向散射的反射訊號，即“孤立的快中子和伽馬輻射組合”，因為中子和伽馬射線具有有用的互補特性，中子主要與塑膠等低密度物質相互作用。
此外，快中子具有較高的穿透能力，適合探測厚物質。伽馬射線主要與金屬相互作用，並不總是能夠穿透密度很高的非常厚的材料。這兩種輻射型別產生不同的電子訊號，這意味著研究人員可以使用一種名為“混合場分析器”的新型探測裝置，同時保留這兩種輻射的資料，該裝置以前是由蘭開斯特大學和混合儀器有限公司開發。該系統產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。
研究小組在實驗室對不同厚度的碳鋼樣本進行了實時成像技術測試。研究人員能夠看到鋼材厚度的差異，當用混凝土或塑膠複製絕緣層時，感測器也可以工作，這表明鋼鐵中的缺陷以及腐蝕和鏽蝕可能會在後向散射中產生變化。這些結果表明，如果在真實的管道上使用，那麼在石油和天然氣能夠洩漏之前，潛在的問題可以更容易地被發現和解決。蘭開斯特大學、該專案的博士研究員毛羅·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，產生了對鋼材內部結構全面而快速的表示。這個系統的工作原理有點像蝙蝠發出的超聲波。這些超聲波是不同超聲波波長的疊加，會反彈到蝙蝠的耳朵裡。除了強調結合多種反射感測技術來檢測腐蝕等問題的好處外，研究還進一步表明，從自然界進化的系統中汲取靈感並模仿可以具有巨大潛力。蘭開斯特大學和混合儀器有限公司的馬爾科姆·喬伊斯教授說：
實時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。國家物理實驗室的尼爾·羅伯茨(Neil Roberts)說：這是NPL世界領先的中子設施被用於創新科學併產生積極影響一個很好的例子。其目的是進一步開發和使用探測器系統，透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域進行更多研究，以使系統更快。
博科園｜研究/來自：蘭開斯特大學
參考期刊《科學報告》
DOI: 10.1038/s41598-020-58122
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