核电站激光除冰技术试验成功

田纳西河流管理局成功试验了由University of South Florida工程师开发的一项新型激光维护技术。该技术是在对某些核电站应急堆芯冷却系统中的冰冷凝器系统进行定期检查时使用精密激光。

美国、芬兰和日本仅有少数压水堆在安全壳设计中采用冰冷凝器，其中包括田纳西河流管理局运营的田纳西州Spring City的Watts Bar核电站和田纳西州Soddy-Daisy的Sequoyah核电站，University of South Florida的这项技术正是在这两座核电站进行试验的。在发生冷却剂丧失事故或主蒸汽管道破裂时，冰冷凝器可作为非能动静态热阱，迅速吸收蒸汽并降低安全壳压力和温度。

核电站的冰冷凝器系统由数千个装有含硼冰的“冰篮”组成。在例行检查期间，每个冰篮都必须单独吊起并称重。然而，用于补充逐渐融化冰块的工艺可能导致相邻冰篮冻结在一起，若不通过劳动密集型作业将其分开，便无法对各冰篮进行单独检查。

田纳西河流管理局要求University of South Florida的工程师开发一种更好的冰篮分离方法，以便更轻松地开展检查。机械与航空航天工程副教授Ahmad Vaselbehagh、博士后研究助理兼机械工程师Ty Hagan接受了这一挑战。

激光除冰：Vaselbehagh、Hagan及其多学科研究团队设计了一套基于激光的除冰系统，以满足田纳西河流管理局运营人员的需求。该系统使用精密激光切开连接相邻冰篮的冰层，使冰篮能够安全分离并接受检查。这项激光技术可在冰冻条件下、距表面超过40英尺深处以及冰篮之间的狭窄空间内运行。

该系统可在数分钟内清除数英尺厚的冰，大幅缩短维护时间，并使安全检查能够更加全面、高效地完成。试验表明，这套除冰系统在运行时不会产生大量融水；大量融水会引发其他问题，例如在其他位置重新冻结。

University of South Florida团队在冰冻环境和污染受控区域对其激光维护系统进行了广泛试验。他们与田纳西河流管理局官员共同得出结论，试验已经证明该系统符合预期用途。

研究人员还完成了这套激光系统所需的专业辐射工作人员认证和激光安全认证，并制定了操作规程、文件和培训材料。因此，核电站人员应能够独立使用和维护该技术。

具有挑战性的多学科工作：这套激光系统的开发需要多个研究领域的参与，包括机械工程、电气工程、光学、控制、制造和安全合规。Vaselbehagh表示：“这是我领导过的最具挑战性的项目之一，因为它涵盖了概念构思、设计、工程、制造、试验以及产品化，而且所开发的设备必须能够由电站人员在没有我们现场指导或支持的情况下完美运行。理论工作与开发一套能够在真实工业环境中可靠运行的系统之间存在巨大差异。”

Hagan补充说：“当你要构建一套必须在现实环境中运行的系统时，它绝不只涉及一个学科。你必须了解机械系统、电气系统、控制、安全要求，以及所有这些要素如何协同运行。”