コウモリにヒントを得て、地下のパイプの漏れを検出できる新しいスキャン技術が開発されました。

エンジニアたちは、自然界からヒントを得て、石油やガスのパイプライン内の腐食した金属を検出できる新しいスキャン技術を開発した。コウモリが物体を感知し、狩りをし、捕食者を避けるのに異なる波長の超音波を使用する方法を模倣して、エンジニアたちは、パイプラインの漏れの主な原因である腐食を検出するために、高速中性子とガンマ線という2種類の放射線を組み合わせた新しいシステムを開発した。世界中には石油やガスを長距離輸送するために何千キロものパイプラインが敷設されており、漏洩は毎年何百万ドルもの損害をもたらす大きな問題となっている。

また、事故や死傷者が発生したり、重大な環境被害が発生する可能性もあります。通常、石油パイプラインの腐食は超音波または電磁気技術を使用して測定されます。ただし、これらの方法は、地下のパイプやコンクリートやプラスチックの断熱材で覆われたパイプには適していません。ランカスター大学、国立物理学研究所、ハイブリッド・インストゥルメンツ社という会社のエンジニアらが開発したこの新しいシステムは、後方散乱と呼ばれる反射信号、つまり「高速中性子とガンマ線の孤立した組み合わせ」を利用する。中性子とガンマ線は互いに補完し合う有用な特性を持ち、中性子は主にプラスチックなどの低密度の物質と相互作用するからである。

さらに、高速中性子は透過力が高く、厚い物質の検出に適しています。ガンマ線は主に金属と相互作用し、密度の高い非常に厚い材料を必ずしも貫通できるわけではありません。 2 種類の放射線は異なる電子シグネチャを生成するため、研究者はランカスター大学とハイブリッド インスツルメンツ社が以前に開発した「ハイブリッド フィールド アナライザー」と呼ばれる新しいタイプの検出装置を使用して、両方の種類の放射線から同時にデータを保持できます。このシステムは、中性子とガンマ線で構成されるペンシル状のプローブ放射線ビームを生成し、検査対象の鋼材部分に向けます。

研究チームは、実験室でさまざまな厚さの炭素鋼サンプルに対してリアルタイム画像化技術をテストしました。研究者らは鋼鉄の厚さの違いを観察することができ、またセンサーは断熱材をコンクリートやプラスチックで再現した場合でも機能した。これは、鋼鉄の欠陥や腐食、錆が後方散乱に変化を生み出す可能性があることを示唆している。これらの結果は、実際のパイプラインに使用すれば、石油やガスが漏れる前に潜在的な問題をより簡単に検出して解決できることを示唆しています。このプロジェクトに携わるランカスター大学の博士研究員マウロ・リカータ氏は次のように語った。

中性子とガンマ線の複合ビームが検出器の配列に平行に反射し、鋼鉄の内部構造の包括的かつ迅速な画像を生成します。このシステムはコウモリが発する超音波と少し似た仕組みになっています。これらの超音波は、異なる超音波波長の重ね合わせであり、コウモリの耳に跳ね返ります。この研究は、腐食などの問題を検出するために複数の反射センシング技術を組み合わせることの利点を強調するだけでなく、自然界で進化したシステムからインスピレーションを得てそれを模倣することの大きな可能性をさらに実証しています。ランカスター大学およびハイブリッド・インストゥルメンツ社のマルコム・ジョイス教授は次のように述べています。

コウモリの脳が後方散乱した超音波を自身のものと混同しないように分離するのと同じように、鋼鉄表面から後方散乱した中性子とガンマ線をリアルタイムで分離することで、パイプ壁の欠陥をより迅速かつ効率的に特定できるようになります。国立物理学研究所のニール・ロバーツ氏は、「これは、NPLの世界最先端の中性子施設が科学の革新に使用され、良い影響を与えている素晴らしい例です。目標は、検出器システムをさらに開発し、パイプラインのセクションに外部から向けることで障害を検出することです。ただし、研究者は、システムを高速化するには、中性子検出器の分野でさらに研究が必要だと言います。」と述べました。

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ボー・ケ・ユアン研究/出典: ランカスター大学

参考ジャーナル: Scientific Reports

掲載日: 10.1038/s41598-020-58122

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