Сейсмические и акустические данные, зарегистрированные на расстоянии 50 метров от исследовательского ядерного реактора, могут предсказать, находится ли реактор в рабочем или выключенном состоянии с точностью 98%, согласно новому исследованию, опубликованному в Seismological Research Letters.
Применив к данным несколько моделей машинного обучения, исследователи из Национальной лаборатории Ок-Риджа смогли также предсказать, когда реактор переходит из состояния «включено» в состояние «выключено», и оценить уровни его мощности с точностью около 66%..
Выводы предоставляют международному сообществу еще один инструмент для совместной проверки и мониторинга работы ядерных реакторов минимально инвазивным способом, сказал ведущий автор исследования Ченгпинг Чай, геофизик из Ок-Риджа. «Ядерные реакторы могут использоваться как для благотворной, так и для неблаговидной деятельности. Поэтому проверка того, что ядерный реактор работает, как заявлено, представляет интерес для сообщества, занимающегося нераспространением ядерного оружия».
Хотя сейсмические и акустические данные уже давно используются для мониторинга землетрясений и структурных свойств инфраструктуры, такой как здания и мосты, некоторые исследователи теперь используют эти данные, чтобы более внимательно изучить движения, связанные с промышленными процессами. В этом случае Чай и его коллеги разместили сейсмические и акустические датчики вокруг высокопоточного изотопного реактора в Ок-Ридже, исследовательского реактора, использовавшегося для производства нейтронов для исследований в области физики, химии, биологии, инженерии и материаловедения..
Энергетический статус реактора - тепловой процесс с градирней, рассеивающей тепло.«Мы обнаружили, что сейсмоакустические датчики могут регистрировать механические характеристики вибрирующего оборудования, такого как вентиляторы и насосы в градирне, с достаточной точностью, чтобы пролить свет на вопросы эксплуатации», - сказал Чай.
Затем исследователи сравнили ряд алгоритмов машинного обучения, чтобы определить, какие из них лучше всего подходят для оценки состояния мощности реактора по конкретным сейсмоакустическим сигналам. Алгоритмы были обучены с использованием только сейсмических, только акустических данных и обоих типов данных, собранных в течение года. Они обнаружили, что объединенные данные дали наилучшие результаты.
«Сейсмоакустические сигналы, связанные с различными уровнями мощности, демонстрируют сложные закономерности, которые трудно анализировать с помощью традиционных методов», - пояснил Чай. «Подходы к машинному обучению способны вывести сложную взаимосвязь между различными реакторными системами и их сейсмоакустическими отпечатками и использовать их для прогнозирования уровней мощности».
Чай и его коллеги обнаружили некоторые интересные сигналы в ходе своего исследования, в том числе вибрации шумного насоса в выключенном состоянии реактора, которые исчезли при замене насоса.
Чай сказал, что это долгосрочная и сложная цель - связать сейсмические и акустические признаки с различной промышленной деятельностью и оборудованием. Для высокопоточного изотопного реактора предварительные исследования показывают, что вентиляторы и насосы имеют разные сейсмоакустические характеристики и что разные скорости вращения вентиляторов имеют свои собственные уникальные характеристики.
«Некоторые обычные, но менее частые действия, такие как ежегодное или разовое техническое обслуживание, необходимо различать в сейсмических и акустических данных», - сказал Чай. Чтобы лучше понять, как эти сигнатуры связаны с конкретными операциями, «необходимо изучить как сейсмические и акустические сигнатуры приборов, так и фоновый шум на различных промышленных объектах».