هسته‌ای در صنعت-۳| تشخیص نشت مخازن پرفشار با رادیوایزوتوپ‌ها
به گزارش خبرنگار اقتصادی خبرگزاری تسنیم؛ در جهان صنعت امروز، یکی از مهم‌ترین مؤلفه‌های حفظ پایداری عملیاتی و ایمنی در واحدهای فرایندی، توانایی تشخیص نشت در سامانه‌هایی است که تحت فشار بالا فعالیت می‌کنند. مخازن تحت فشار ــ از جمله راکتورها، مبدل‌های حرارتی، خطوط انتقال گاز و نفت، و منابع ذخیره‌ای گازهای فشرده ــ در بطن بسیاری از صنایع راهبردی جای دارند و کوچک‌ترین اختلال در عملکرد آن‌ها می‌تواند به فجایع فنی، اقتصادی و حتی انسانی منجر شود. به همین دلیل، علم مهندسی به‌دنبال روش‌هایی بوده است که بتواند با دقت و حساسیت بالا، کوچک‌ترین نشت‌ها را در این سامانه‌ها شناسایی کند، آن هم پیش از آن‌که به مرحله بحرانی برسند. یکی از پیشرفته‌ترین و دقیق‌ترین روش‌هایی که در چند دهه اخیر جایگاه ویژه‌ای یافته، بهره‌گیری از ایزوتوپ‌های رادیواکتیو یا به‌اصطلاح، رادیوایزوتوپ‌هاست.
رادیوایزوتوپ‌ها با تکیه بر اصول فیزیک هسته‌ای و خاصیت تابش یونیزان خود، این امکان را فراهم می‌کنند که بصورت غیرمخرب، با نفوذ بالا و بدون نیاز به تماس مستقیم، بتوان نشت‌های احتمالی را در ساختارهای پیچیده و لایه‌های متعدد شناسایی کرد. این روش در کنار سایر فناوری‌های پیشرفته مانند تحلیل طیفی، تصویربرداری هسته‌ای، و آشکارسازهای دیجیتال، امروزه یکی از ستون‌های ایمنی صنعتی به شمار می‌آید. یادداشت حاضر، با نگاهی تحلیلی، به بررسی ابعاد مختلف کاربرد رادیوایزوتوپ‌ها در تشخیص نشت در مخازن تحت فشار می‌پردازد و تلاش دارد تصویری دقیق از ظرفیت‌ها، چالش‌ها، تجارب جهانی، و امکان‌سنجی بومی‌سازی این فناوری در کشور ارائه دهد.
بیشتر بخوانید
مبانی علمی: چرا رادیوایزوتوپ؟
مبنای علمی استفاده از رادیوایزوتوپ‌ها در تشخیص نشت، به تعامل تابش‌های یونیزان با ماده بازمی‌گردد. ایزوتوپ‌های رادیواکتیو، در حین واپاشی هسته‌ای، ذرات یا پرتوهایی را منتشر می‌کنند که در برخورد با مواد اطراف، قابل آشکارسازی‌اند. زمانی که این ایزوتوپ‌ها به‌عنوان ردیاب وارد مخزن تحت فشار می‌شوند، در صورت وجود ترک، درز یا نشت، بخشی از ماده حاوی ایزوتوپ از محل آسیب خارج می‌شود. این ذرات رادیواکتیو که حال در فضای بیرونی یا در مرز نشت پراکنده شده‌اند، با ابزارهای آشکارساز، قابل شناسایی‌اند. در واقع، برخلاف روش‌های سنتی که عمدتاً به بررسی فشار یا استفاده از مواد رنگی متکی بودند، رادیوایزوتوپ‌ها این مزیت را دارند که حتی در صورت نشت بسیار جزئی و در عمق ساختار، رد تابش را برجای می‌گذارند.
انتخاب نوع ایزوتوپ نیز بر مبنای نوع مخزن، ماهیت سیال داخل آن، فشار عملیاتی، و ویژگی‌های فنی سیستم انجام می‌گیرد. گاهی از گازهای رادیواکتیو مانند کریپتون-۸۵ یا زنون-۱۳۳ استفاده می‌شود و گاهی از مایعاتی مانند ید-۱۳۱. نکته کلیدی، توانایی مخلوط شدن ایزوتوپ با سیال داخل مخزن، عدم واکنش شیمیایی نامطلوب، و قابلیت آشکارسازی تابش آن در بیرون از سیستم است.
گام‌های عملیاتی اجرای آزمون نشت‌یابی هسته‌ای
فرایند استفاده از رادیوایزوتوپ‌ها در تشخیص نشت، یک عملیات دقیق، چندمرحله‌ای و مهندسی‌شده است:
- مطالعه اولیه و تحلیل ریسک: پیش از هر اقدامی، تیم کارشناسی ساختار مخزن، ماهیت فرایند، فشار و دمای عملیاتی، و تاریخچه عملکرد سیستم را بررسی می‌کند تا مناطق دارای پتانسیل نشت را مشخص کند.
- انتخاب ایزوتوپ و طراحی آزمون: با توجه به نوع سیال، شرایط ایمنی و خواص فیزیکی سیستم، ایزوتوپ مناسب انتخاب شده و میزان مورد نیاز آن براساس مدل‌سازی مشخص می‌شود.
- تزریق ایزوتوپ و پایش تابش: ایزوتوپ در داخل حامل (گاز یا مایع) تزریق می‌شود و پس از تزریق به سیستم، آشکارسازهای پرتوی در اطراف مخزن یا در مناطق خاص نصب می‌شوند. این آشکارسازها، داده‌های تابشی را به‌صورت پیوسته ثبت و مخابره می‌کنند.
- تحلیل داده‌ها و مکان‌یابی نشت: با بهره‌گیری از نرم‌افزارهای پردازش داده و نقشه‌برداری تابشی، نقاط دارای تابش غیرعادی مشخص می‌شوند که با بررسی مهندسی، به‌عنوان محل نشت شناسایی می‌شوند.
- پاک‌سازی و دفع ایمن: پس از پایان آزمون، سیستم از ایزوتوپ پاک‌سازی شده و زباله پرتوزا با رعایت پروتکل‌های ایمنی دفع می‌شود.
مقایسه با روش‌های سنتی: برتری یا مکمل؟
روش‌های سنتی تشخیص نشت مانند آزمون فشار، استفاده از حباب‌های گازی، رنگ‌های نافذ، یا تست فراصوت، هر کدام در شرایط خاصی مفیدند؛ اما محدودیت‌هایی نظیر نیاز به توقف سیستم، عدم توانایی در تشخیص نشت‌های میکروسکوپی، وابستگی به شرایط محیطی (نور، دما، صدا)، و دشواری در تشخیص نشت در لایه‌های زیرین یا مکان‌های صعب‌الوصول دارند. در مقابل، روش ایزوتوپی ویژگی‌هایی دارد چون:
- قابلیت انجام آزمون حین بهره‌برداری
- حساسیت بسیار بالا (تشخیص نشت‌های بسیار ریز)
- امکان پایش درون پوشش‌های حفاظتی
- پوشش گسترده‌ی فضاهای پنهان و داخلی
با این حال، این روش نیازمند تجهیزات خاص، نیروی متخصص، مجوزهای ایمنی پرتویی و زیرساخت دفع زباله رادیواکتیو است؛ بنابراین، نه جایگزین مطلق، بلکه مکملی قدرتمند برای سایر روش‌هاست.
ایمنی، مجوزها و ملاحظات پرتوی
استفاده از رادیوایزوتوپ‌ها مستلزم رعایت الزامات سخت‌گیرانه ایمنی پرتویی است. سازمان انرژی اتمی ایران و مرکز نظام ایمنی پرتوی، نهادهای نظارتی اصلی در این زمینه هستند. شرکت‌هایی که خواهان اجرای این روش‌اند، باید دارای مجوز حمل، نگهداری، و استفاده از مواد پرتوزا بوده، پرسنل آموزش‌دیده داشته و استانداردهای حفاظت پرتویی مانند ALARA را رعایت کنند. مواردی همچون تعیین دز مجاز، استفاده از شیلد سربی، لباس حفاظتی، سنجشگر دز فردی، سامانه‌های پایش زیست‌محیطی و برنامه‌های واکنش در شرایط اضطراری، بخشی از چارچوب‌های الزامی در این فرایندند.
تجارب جهانی
کشورهایی مانند روسیه، ژاپن، آلمان و آمریکا، پیشروان استفاده از فناوری‌های هسته‌ای در صنعت‌اند. در روسیه، نیروگاه‌های روس‌اتم با بهره‌گیری از ایزوتوپ Scandium-46 در مبدل‌های حرارتی به نتایج درخشانی دست یافته‌اند. در ژاپن، شرکت‌های پتروشیمی با بهره‌گیری از ایزوتوپ‌های گازی، خطوط نشت را در سامانه‌های پیچیده با دقت میلی‌متری شناسایی می‌کنند. در ایالات متحده، صنایع هوافضا و تسلیحاتی از زنون-۱۳۳ برای پایش ایمنی مخازن موشک استفاده می‌کنند. آلمان، به‌ویژه در صنایع شیمیایی و داروسازی، ایمنی را از طریق تحلیل‌های رادیویی نهادینه کرده است.
ظرفیت ایران و مسیر توسعه بومی‌سازی
در ایران نیز، استفاده از فناوری‌های هسته‌ای در صنعت، به‌ویژه با تلاش پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، پژوهشکده پرتوشناسی کاربردی، و سازمان انرژی اتمی، شتاب گرفته است. آزمایشگاه‌های رادیوایزوتوپی فعال در اصفهان، تهران، کرج و شیراز، توان تولید و استفاده از منابع پرتوزا را دارند. برخی از شرکت‌های صنعتی کشور نیز همکاری‌هایی با نهادهای علمی برای اجرای پایلوت این فناوری در خطوط نفت، گاز و پتروشیمی آغاز کرده‌اند. با این حال، مسیر بومی‌سازی کامل این فناوری نیازمند سرمایه‌گذاری متمرکز، تربیت نیروی انسانی متخصص، تدوین استانداردهای ملی و توسعه سامانه‌های آشکارساز بومی است.
جمع‌بندی
رادیوایزوتوپ‌ها، صرفاً مواد پرتوزا نیستند، بلکه نماد دانشی پیشرفته‌اند که با تلفیق فیزیک هسته‌ای، مهندسی صنعتی، ایمنی پرتویی، و تحلیل داده، راه را برای نسل جدیدی از پایش‌های صنعتی هموار کرده‌اند. تشخیص نشت در مخازن تحت فشار، اگرچه مسئله‌ای فنی به‌ظاهر محدود است، اما با در نظر گرفتن تأثیرات زیست‌محیطی، ایمنی انسانی و پایداری تولید، به چالشی راهبردی بدل می‌شود. بهره‌گیری از رادیوایزوتوپ‌ها در این حوزه، نشانگر آن است که آینده صنعت، تنها در گرو قدرت ساخت، که در توان تشخیص و پیش‌بینی نهفته است. ایران می‌تواند و باید، در این مسیر، از ظرفیت علمی موجود بهره برده و با ارتقاء فناورانه، به جرگه کشورهای صاحب فناوری در این عرصه بپیوندد.
انتهای پیام/
